Dorongan spesifik

Impuls spesifik (sering disingkat menjadi I_sp ) adalah cara untuk menggambarkan seberapa baik kinerja roket. Ini juga digunakan untuk menggambarkan seberapa baik kinerja mesin jet. Ini dapat digunakan untuk membandingkan roket dengan ukuran yang berbeda. Ini adalah cara untuk mengetahui berapa banyak gaya yang dihasilkan mesin tertentu untuk setiap bit bahan bakar. Untuk melakukan ini, kita perlu mengetahui berapa banyak bahan bakar yang ada di dalam mesin. Impuls spesifik yang tinggi berarti roket membutuhkan lebih sedikit bahan bakar untuk bekerja dengan baik. Jika impuls spesifik lebih rendah, itu berarti roket membutuhkan lebih banyak bahan bakar untuk bekerja dengan baik.

Impuls spesifik adalah nilai yang berguna untuk membandingkan mesin roket atau jet. Ini digunakan seperti mil per galon atau liter per 100 kilometer digunakan untuk membandingkan mobil. Mesin dengan impuls spesifik yang lebih tinggi menggunakan bahan bakar dengan lebih baik. Ini berarti bahwa jumlah bahan bakar yang sama memungkinkan roket melaju lebih cepat setelah semua bahan bakar habis.

Mesin roket dengan impuls spesifik yang lebih tinggi tidak berarti 'lebih bertenaga'. Artinya, itu tidak akan membuat roket berakselerasi lebih keras. Faktanya, desain mesin dengan impuls spesifik tertinggi, seperti mesin ion, adalah yang 'terlemah' dari semua jenis mesin. Mesin ini mempercepat roket secara perlahan tapi pasti dalam jangka waktu yang lama dengan hanya menggunakan sedikit bahan bakar. Dalam perlombaan antara dua roket dengan jumlah bahan bakar yang sama dan dua mesin yang berbeda, roket dengan mesin yang lebih bertenaga akan memimpin lebih awal, tetapi ketika ia membakar semua bahan bakarnya, roket dengan impuls spesifik yang lebih tinggi masih memiliki sisa bahan bakar dan akan terus berakselerasi. Akhirnya roket tersebut akan menyalip roket lawannya dan akan memenangkan perlombaan jika jaraknya cukup jauh untuk menggunakan keuntungan jangka panjangnya.

Sebuah gambar yang menunjukkan gaya yang dihasilkan oleh motor roket Estes A10-PT selama sekitar 1 detik. Ada juga informasi tentang impuls, jumlah bahan bakar, dan impuls spesifik.

Pengukuran

Ada dua cara orang menemukan angka untuk impuls spesifik. Untuk menemukan impuls spesifik, seseorang membagi impuls dengan jumlah bahan bakar. Impuls adalah pengukuran seberapa besar gaya yang dihasilkan motor roket dan untuk berapa lama. Sebuah motor yang menghasilkan gaya rendah untuk waktu yang lama kadang-kadang dapat memiliki impuls yang lebih tinggi daripada motor yang menghasilkan gaya tinggi untuk waktu yang singkat. Impuls diukur dalam Newton kali detik (N*s).

Jumlah bahan bakar yang digunakan untuk menemukan impuls spesifik dapat diukur dengan berbagai cara. Kadang-kadang diukur dalam massa dan kadang-kadang dalam berat. Apabila jumlah bahan bakar diukur dalam massa, impuls spesifik dinyatakan sebagai kecepatan. Ini biasanya dalam meter per detik. Ketika impuls spesifik diukur sebagai kecepatan, ia memiliki nama lain. Ini juga disebut kecepatan buang efektif. Cara lain untuk mengukur jumlah bahan bakar adalah berat. Jika berat digunakan, impuls spesifik dalam satuan waktu, biasanya dalam detik. Kedua cara ini sama-sama umum. Keduanya membandingkan performa mesin.

Ketika impuls spesifik lebih tinggi, lebih sedikit bahan bakar yang dibutuhkan untuk membuat roket berkinerja pada tingkat tertentu. Jadi, bahan bakar lebih efisien jika impuls spesifiknya lebih tinggi.

Berhati-hatilah untuk tidak mengacaukan daya dorong dan impuls spesifik. Daya dorong hanyalah gaya yang dibuat oleh roket pada satu titik waktu. Impuls spesifik adalah ukuran gaya berdasarkan berapa banyak bahan bakar yang ada.

Ketika orang menemukan impuls spesifik, satu-satunya bahan bakar yang dihitung adalah di roket sebelum ditembakkan. Ini termasuk bahan bakar dan oksidator (bagian dari bahan bakar yang membantu bahan bakar terbakar). Oksidator kadang-kadang oksigen, atau sering sesuatu yang lain (lihat Mesin roket#Cairan, padatan dan hibrida).

Contoh

Impuls spesifik dari berbagai cara untuk mendorong roket
Mesin	Kecepatan buang efektif (m/s, kg-m/s/kg)	Dorongan spesifik	Energi per kg gas buang (MJ/kg)
Mesin jet turbofan (V sebenarnya adalah ~300)	29,000	3,000	~0.05
Roket bahan bakar padat	2,500	250	3
Roket bahan bakar cair	4,400	450	9.7
Pendorong ion	29,000	3,000	430
Pendorong Ion Elektrostatis Empat Kisi Tahap Ganda	210,000	21,400	22,500
VASIMR	30,000-120,000	3,000-12,000	1,400

Mesin jet (pesawat terbang) menggunakan bahan bakar lebih baik daripada mesin roket. Ini karena gas-gas tidak keluar dengan cepat. Karena gas-gas tersebut tidak keluar secepat itu, maka gas buang tidak membawa energi sebanyak itu. Ini berarti bahwa mesin jet menggunakan lebih sedikit energi untuk mendorong jet. Hal ini juga karena udara yang melewati mesin saat jet terbang di udara membantu bahan bakar untuk membakar lebih cepat.

Model peroketan

Impuls spesifik juga digunakan untuk menggambarkan seberapa baik motor roket model bekerja. Pada tabel di bawah ini adalah beberapa nilai yang diklaim Estes untuk impuls spesifik untuk beberapa motor roket mereka: Estes Industries adalah penjual roket model dan suku cadang roket yang besar dan terkenal di Amerika. Impuls spesifik untuk motor roket model jauh lebih rendah daripada motor roket lainnya karena bubuk hitam digunakan sebagai bahan bakar. Bubuk hitam digunakan dalam motor roket model karena harganya lebih murah.

Mesin	Impuls Total (Ns)	Berat Bahan Bakar (N)	Impuls Spesifik (s)
Estes A10-3T	2.5	.0370	67.49
Estes A8-3	2.5	.0306	81.76
Estes B4-2	5.0	.0816	61.25
Estes B6-4	5.0	.0612	81.76
Estes C6-3	10	.1223	81.76
Estes C11-5	10	.1078	92.76
Estes D12-3	20	.2443	81.86
Estes E9-6	30	.3508	85.51
Impuls spesifik untuk beberapa motor roket Estes.

Mesin Roket yang Lebih Besar

Berikut ini beberapa contoh angka untuk mesin roket yang lebih besar:

Jenis mesin	Contoh Penggunaan	Impuls spesifik (s)	Kecepatan gas buang efektif (m/s)
Mesin roket NK-33	Vakum	331	3,240
Mesin roket SSME	Ruang hampa udara pesawat ulang-alik	453	4,423
Ramjet	Mach 1	800	7,877
J-58 turbojet	SR-71 pada Mach 3.2 (Basah)	1,900	18,587
Rolls-Royce/Snecma Olympus 593	Pelayaran Concorde Mach 2 (Kering)	3,012	29,553
CF6-80C2B1F turbofan	Pelayaran Boeing 747-400	5,950	58,400
Turbofan CF6 General Electric	Permukaan laut	11,700	115,000
Impuls spesifik dan angka kecepatan buang efektif untuk beberapa mesin roket yang lebih besar.

Unit

	Impuls Spesifik (berdasarkan berat)	Impuls Spesifik (berdasarkan massa)	Kecepatan gas buang yang efektif	Konsumsi bahan bakar spesifik
SI	=X detik	=9,8066 X N-s/kg	=9.8066 X m/s	=(101,972/X) g/kN-s
Unit bahasa Inggris	=X detik	=X lbf-s/lb	=32.16 X ft/s	= (3.600/X) lb/lbf-h
Satuan bahasa Inggris dan SI (sistem Metrik) untuk berbagai pengukuran kinerja motor roket.

Cara yang paling umum untuk mengukur impuls spesifik saat ini menggunakan detik. Ini digunakan baik di dunia SI (sistem metrik) maupun di mana satuan bahasa Inggris digunakan. Dengan cara ini, satuannya identik di mana-mana. Ini berarti impuls spesifik dapat digunakan untuk membandingkan kinerja mesin di negara mana pun. Sebagian besar perusahaan yang membuat motor roket atau mesin jet menggunakan satuan detik untuk mengiklankan performa produk mereka.

Cara umum lainnya untuk mengukur impuls spesifik adalah dalam meter per detik (m/detik), yang juga disebut kecepatan buang efektif. Untuk banyak mesin, kecepatan gas buang efektif berbeda dari kecepatan gas yang sebenarnya keluar dari nosel.

Halaman terkait

Mesin jet
Impuls (fisika) - perubahan momentum

Pertanyaan dan Jawaban

T: Apa yang dimaksud dengan impuls spesifik?

J: Impuls spesifik (sering disingkat menjadi Isp) adalah cara untuk menggambarkan seberapa baik kinerja roket atau mesin jet. Hal ini dapat digunakan untuk membandingkan roket dengan ukuran yang berbeda dan mengukur jumlah tenaga yang dihasilkan mesin untuk setiap bit bahan bakar.

T: Bagaimana impuls spesifik diukur?

J: Impuls spesifik diukur dengan mengetahui berapa banyak bahan bakar yang ada di dalam mesin dan menghitung berapa banyak gaya yang dihasilkan untuk jumlah bahan bakar tersebut.

T: Apa yang dimaksud dengan impuls spesifik yang tinggi?

J: Impuls spesifik yang tinggi berarti roket membutuhkan lebih sedikit bahan bakar untuk bekerja, sehingga roket menggunakan bahan bakar lebih efisien daripada roket dengan impuls spesifik yang lebih rendah.

T: Bagaimana kita bisa menggunakan impuls spesifik untuk membandingkan mesin?

J: Impuls Spesifik dapat digunakan seperti halnya mil per galon atau liter per 100 kilometer yang digunakan untuk membandingkan mobil, sehingga kita dapat membandingkan mesin roket atau jet berdasarkan efisiensinya.

T: Apakah dengan memiliki impuls spesifik yang lebih tinggi berarti sebuah mesin 'lebih bertenaga'?

J: Tidak, memiliki impuls spesifik yang lebih tinggi tidak selalu berarti sebuah mesin 'lebih bertenaga'. Faktanya, desain untuk mesin dengan impuls spesifik tertinggi biasanya yang paling lemah dalam hal daya akselerasi.

T: Bagaimana dua roket dengan mesin yang berbeda tetapi jumlah bahan bakar yang sama bisa berlomba satu sama lain?

J: Dalam perlombaan antara dua roket dengan jumlah bahan bakar yang sama dan dua mesin yang berbeda, roket dengan mesin yang lebih kuat akan memimpin lebih awal, tetapi ketika roket tersebut membakar semua bahan bakarnya, roket dengan dorongan spesifik yang lebih tinggi masih memiliki sisa bahan bakar dan akan terus melaju hingga akhirnya menyalip roket lawannya jika jaraknya cukup jauh untuk memanfaatkan keunggulan jangka panjangnya.