比衝量

比衝量，動力學術語，火箭發動機每秒消耗單位質量推進劑（空氣噴氣發動機每秒消耗單位質量燃料）產生的推力，或單位質量推進劑（燃料）產生的衝量。計算單位為牛秒/千克或秒。它是表徵發動機工作性能和推進劑能量特性的主要技術指標。

基本介紹

• 中文名：比衝量
• 外文名：specific impulse
• 性質：動力學術語
• 英文縮寫：lsp
• 單位：N/(kg/s)，s，m/s
• 影響因素：化學能、燃料效率和噴管效率
• 用途：衡量火箭引擎效率的一種標準量
• 分類：海平面比衝量、真空比衝量

定義

標準定義

“比衝量”(specificimpulse)是衡量火箭發動機燃料的能量利用效率的標準量，英文縮寫為Isp。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。

擴展定義

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。

單位

根據比沖的定義式，容易寫出比沖的量綱。通用的單位有國際單位（米，千克，秒）與美國常用的英制工程單位（英尺，磅，秒）兩種。

	重量描述	質量描述
量綱	（時間量綱）	（速度量綱）
國際單位	（秒）	（米每秒）; （牛頓/千克・秒）
英制工程單位	（秒）	（英尺每秒）; （磅力/磅・秒）

影響因素

是衡量火箭發動機特性的重要參數，單位是秒（s）。比沖大小對火箭的射程影響很大，比沖越高，射程越遠。要獲得高比沖推進劑，要求推進劑具有高的化學能、高的燃燒效率和高的噴管效率，噴管形狀直接影響比沖的大小。

比衝量越高，火箭獲得的總動力越大，最終的速度越快，典型的固體火箭發動機的比衝量可以達到290秒，液體火箭主發動機的比衝量則是300至453秒，而離子發動機則能獲得更大的比衝量。按照上面的定義，用物理學的單位換算，比衝量的單位是米每秒m/s，與速度V單位相同：FT/M=MV/M=V，與上述簡化單位相差一個重力加速度g：FT/M=MgT/M=gT。例如“比衝量可以達到290秒”是指火箭噴出的燃料的速度可以達到290*g=2900m/s。比衝量與火箭噴出的燃料的速度成正比，要提高比衝量，就要想辦法提高火箭噴出的燃料速度。比衝量的極限即為燃料噴出速度達到光速，換算成以秒作單位則是3×10^8秒。

常見發動機比衝量

液體火箭發動機的比衝量為2500-4600牛秒/千克；

固體火箭發動機比衝量為2000～3000牛秒/千克；

渦輪噴氣發動機比衝量為30000～40000牛秒/千克；

渦輪風扇發動機可達72000牛秒/千克。