基本介紹
- 中文名：凍結流比沖
- 外文名：theoretical frozen specific impulse
- 定義：凍結流動條件下計算出的比沖
- 類別：固體火箭發動機性能參數
- 計算根據：凍結流額
- 學科：力學
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基本介紹
燃燒產物流經噴管時，其組分和各組分的物質的量均與燃燒室保持一樣的流動叫凍結流。按凍結流所計算的比沖稱為理論凍結流比沖。燃氣在噴管中的流動除了凍結流假設外還有平衡流假設。凍結流指燃氣在流動過程中組分保持不變，而平衡流則是指在噴管的任一截面處燃氣都處於化學平衡狀態，按平衡流所計算的比沖叫理論平衡流比沖。平衡流假設由於考慮了在噴管流動過程中燃燒產物發生化學反應所放出的熱量，使比衝量有所增加，而凍結流的比沖則偏小。實際流動介於兩者之間，既非平衡流，也非凍結流。
比沖定義
比沖，或稱比衝量（英文：specific impulse），是用於衡量火箭或飛機發動機效率的重要物理參數。比沖的定義為單位推進劑的量所產生的衝量。如果用重量描述推進劑的量，比沖擁有時間量綱，國際單位為秒；如果用質量描述推進劑的量，比沖以速度量綱表現，國際單位為米每秒。由於在計算上比沖可以寫為推力與推進劑重量或質量流速之比，故又稱比沖為比推力（英文：specific thrust）。
比沖計算
符號
比沖常用
或
表示，本詞條使用。
定義式
比沖的定義為單位推進劑的量所產生的衝量。其中推進劑的量有兩種描述方式，一種是重量描述，一種是質量描述。相應的定義式如下：
| 重量描述 | 質量描述 |
|---|---|
 |  |
其中，
：推進劑的產生的衝量，
：推進劑的重量，
：推進劑的質量。
需要注意的是，一般“重量”概念與地表附近的引力場有關，但在太空或軌道中“重量”只表示質量乘以標準重力加速度（或稱標準重力）
，即
。是一個約定的常數，不隨所處引力場位置變化而變化。
其它表示
將定義式進行擴展。利用
，以及
可以得到下式：
| 重量描述 | 質量描述 |
|---|---|
 |  |
其中，
：發動機推力，
：推進劑質量流速，即
，
：標準重力加速度，精確定義為
。
上式顯示出比沖被稱為“比推力”的原因。
上面定義的是瞬時比沖，我們還可以對時間積分寫出時間平均下的比沖表示：
| 重量描述 | 質量描述 |
|---|---|
 |  |
其中，
表示發動機工作時間。上式中的推力與推進劑質量流速都可以隨時間變化而不同。
可以發現，在重量和質量兩種描述下，比沖的表示僅僅只是相差一個常數因子。
對於液體發動機，容易測量每時刻的推力以及推進劑流速，從而計算瞬時或平均比沖；但是固體發動機很難計算推進劑流速，因此通常用下式計算平均比沖：
| 重量描述 | 質量描述 |
|---|---|
 |  |
其中，
表示在發動機工作時間內消耗的推進劑質量。
