Impulsion spécifique
L'impulsion spécifique (souvent abrégée en Isp) est une façon de décrire les performances d'une fusée. Elle est également utilisée pour décrire les performances d'un moteur à réaction. Elle peut être utilisée pour comparer des fusées de différentes tailles. C'est une façon de savoir quelle force un moteur donné exerce pour chaque morceau de carburant. Pour ce faire, il faut connaître la quantité de carburant contenue dans le moteur. Une impulsion spécifique élevée signifie qu'une fusée a besoin de moins de carburant pour être aussi performante. Si l'impulsion spécifique est plus faible, cela signifie que la fusée a besoin de plus de carburant pour fonctionner également.
L'impulsion spécifique est une valeur utile pour comparer les moteurs de fusée ou de jet. Elle est utilisée de la même manière que les miles par gallon ou les litres par 100 kilomètres sont utilisés pour comparer les voitures. Un moteur avec une impulsion spécifique plus élevée utilise mieux le carburant. Cela signifie que la même quantité de carburant permet à la fusée d'aller plus vite une fois que tout le carburant est épuisé.
Un moteur de fusée avec une impulsion spécifique plus élevée ne signifie pas qu'il est "plus puissant". C'est-à-dire qu'il ne fera pas accélérer la fusée plus fort. En fait, les moteurs à impulsion spécifique la plus élevée, comme les moteurs ioniques, sont les plus "faibles" de tous les types de moteurs. Ils accélèrent la fusée lentement mais régulièrement sur une longue période de temps en utilisant une quantité infime de carburant. Dans une course entre deux fusées ayant la même quantité de carburant et deux moteurs différents, celle qui a le moteur le plus puissant prendra rapidement la tête, mais lorsqu'elle aura brûlé tout son carburant, la fusée ayant l'impulsion spécifique la plus élevée aura encore un peu de carburant et continuera à accélérer. Elle finira par dépasser son homologue et remportera la course si la distance est suffisamment grande pour qu'elle puisse utiliser son avantage à long terme.
Une figure montrant la force exercée par un moteur de fusée Estes A10-PT pendant environ 1 seconde. On y trouve également des informations sur l'impulsion, la quantité de carburant et l'impulsion spécifique.
Mesures
Il y a deux façons de trouver le numéro d'une impulsion spécifique. Pour trouver l'impulsion spécifique, on divise l'impulsion par la quantité de carburant. L'impulsion est une mesure de la force produite par un moteur de fusée et de la durée de celle-ci. Un moteur qui produit une faible force pendant une longue période peut parfois avoir une impulsion plus forte qu'un moteur qui produit une force élevée pendant une courte période. L'impulsion est mesurée en Newtons fois secondes (N*s).
La quantité de carburant utilisée pour trouver une impulsion spécifique peut être mesurée de différentes manières. Elle est parfois mesurée en masse et parfois en poids. Lorsque la quantité de carburant est mesurée en masse, l'impulsion spécifique est exprimée sous la forme d'une vitesse. Celle-ci est généralement exprimée en mètres par seconde. Lorsque l'impulsion spécifique est mesurée en tant que vitesse, elle porte un autre nom. Elle est également appelée vitesse d'échappement effective. L'autre façon de mesurer la quantité de carburant est le poids. Si l'on utilise le poids, l'impulsion spécifique est exprimée en unités de temps, généralement en secondes. Ces deux façons sont communes. Elles permettent toutes deux de comparer les performances des moteurs.
Lorsque l'impulsion spécifique est plus élevée, il faut moins de carburant pour que la fusée soit performante à un certain niveau. Ainsi, un carburant est plus efficace si l'impulsion spécifique est plus élevée.
Veillez à ne pas confondre poussée et impulsion spécifique. La poussée n'est que la force exercée par une fusée à un moment donné. L'impulsion spécifique est une mesure de la force basée sur la quantité de carburant disponible.
Lorsque les gens trouvent une impulsion spécifique, le seul carburant compté est celui de la fusée avant qu'elle ne soit tirée. Cela comprend le combustible et l'oxydant (la partie du combustible qui aide le combustible à brûler). L'oxydant est parfois de l'oxygène, ou souvent autre chose (voir Moteur de fusée#Liquides, solides et hybrides).
Exemples
| Impulsion spécifique des différentes manières de pousser une fusée | |||
| Moteur | Vitesse d'échappement effective | Impulsion | Énergie par kg de gaz d'échappement |
| Turbofan | 29,000 | 3,000 | ~0.05 |
| Fusée à combustible solide | 2,500 | 250 | 3 |
| Fusée à combustible liquide | 4,400 | 450 | 9.7 |
| Propulseur ionique | 29,000 | 3,000 | 430 |
| Propulseur d'ions électrostatique à deux étages et à quatre grilles | 210,000 | 21,400 | 22,500 |
| VASIMR | 30,000-120,000 | 3,000-12,000 | 1,400 |
Les moteurs à réaction (d'avion) utilisent mieux le carburant que les moteurs de fusée. En effet, les gaz ne s'échappent pas aussi vite. C'est parce qu'ils ne s'échappent pas aussi vite. Les gaz d'échappement n'emportent pas autant d'énergie. Cela signifie que le moteur à réaction utilise beaucoup moins d'énergie pour pousser le jet. C'est aussi parce que l'air qui traverse le moteur lorsque le jet vole dans l'air aide le carburant à brûler plus vite.
Maquette de fusée
L'impulsion spécifique est également utilisée pour décrire le bon fonctionnement des modèles réduits de moteurs-fusées. Dans le tableau ci-dessous figurent certaines des valeurs déclarées par Estes pour les impulsions spécifiques de plusieurs de ses moteurs-fusées : Estes Industries est un grand vendeur américain bien connu de modèles réduits de fusées et de pièces de fusées. L'impulsion spécifique des modèles réduits de moteurs-fusées est beaucoup plus faible que celle de nombreux autres moteurs-fusées, car la poudre noire est utilisée comme combustible. La poudre noire est utilisée dans les modèles réduits de moteurs-fusées parce qu'elle coûte moins cher.
| Moteur | Impulsion totale (Ns) | Poids du carburant (N) | Impulsion(s) spécifique(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 |
| Impulsions spécifiques pour plusieurs moteurs-fusées Estes. | |||
Grands moteurs de fusée
Voici quelques exemples de chiffres pour les gros moteurs de fusée :
| Type de moteur | Exemple d'utilisation | Impulsion(s) spécifique(s) | Vitesse d'échappement effective (m/s) |
| Moteur de la fusée NK-33 | Vide | 331 | 3,240 |
| Moteur de fusée SSME | Le vide de la navette spatiale | 453 | 4,423 |
| Ramjet | Mach 1 | 800 | 7,877 |
| Turboréacteur J-58 | SR-71 à Mach 3,2 (humide) | 1,900 | 18,587 |
| Rolls-Royce/Snecma Olympus 593 | Croisière du Concorde Mach 2 (sec) | 3,012 | 29,553 |
| CF6-80C2B1F turbofan | Croisière en Boeing 747-400 | 5,950 | 58,400 |
| General Electric CF6 turbofan | Niveau de la mer | 11,700 | 115,000 |
| Impulsion spécifique et vitesse d'échappement effective pour quelques gros moteurs de fusée. | |||
Unités
| Impulsion spécifique | Impulsion spécifique | Vitesse d'échappement effective | Consommation spécifique de carburant | |
| SI | =X secondes | =9,8066 X N-s/kg | =9,8066 X m/s | =(101,972/X) g/kN-s |
| Unités anglaises | =X secondes | =X lbf-s/lb | =32,16 X ft/s | =(3 600/X) lb/lbf-h |
| Unités anglaises et SI (système métrique) pour diverses mesures de performance des moteurs de fusée. | ||||
La façon la plus courante de mesurer une impulsion spécifique aujourd'hui utilise les secondes. Cette méthode est utilisée aussi bien dans le monde du SI (système métrique) que là où les unités anglaises sont utilisées. De cette façon, les unités sont identiques partout. Cela signifie que l'impulsion spécifique peut être utilisée pour comparer les performances des moteurs dans n'importe quel pays. La plupart des entreprises qui fabriquent des moteurs-fusées ou des moteurs à réaction utilisent les secondes pour faire la publicité des performances de leur produit.
L'autre façon courante de mesurer une impulsion spécifique est en mètres par seconde (m/s), ce qui est également appelé vitesse d'échappement effective. Pour de nombreux moteurs, la vitesse d'échappement effective est différente de la vitesse à laquelle les gaz sortent réellement de la buse.
Pages connexes
- Moteur à réaction
- Impulsion (physique) - le changement d'élan
Questions et réponses
Q : Qu'est-ce que l'impulsion spécifique ?
R : L'impulsion spécifique (souvent abrégée en Isp) est un moyen de décrire les performances d'une fusée ou d'un moteur à réaction. Elle peut être utilisée pour comparer des fusées de tailles différentes et mesurer la quantité de force qu'un moteur produit pour chaque quantité de carburant.
Q : Comment mesure-t-on l'impulsion spécifique ?
R : L'impulsion spécifique est mesurée en connaissant la quantité de carburant contenue dans le moteur et en calculant la force qu'il produit pour cette quantité de carburant.
Q : Que signifie une impulsion spécifique élevée ?
R : Une impulsion spécifique élevée signifie qu'une fusée a besoin de moins de carburant pour être aussi performante, et qu'elle utilise donc le carburant plus efficacement qu'une fusée ayant une impulsion spécifique plus faible.
Q : Comment peut-on utiliser l'impulsion spécifique pour comparer les moteurs ?
R : L'impulsion spécifique peut être utilisée de la même manière que les miles par gallon ou les litres aux 100 kilomètres sont utilisés pour comparer les voitures, ce qui nous permet de comparer les moteurs de fusée ou d'avion à réaction en fonction de leur efficacité.
Q : Une impulsion spécifique plus élevée signifie-t-elle qu'un moteur est "plus puissant" ?
R : Non, une impulsion spécifique plus élevée ne signifie pas nécessairement qu'un moteur est "plus puissant". En fait, les moteurs ayant les impulsions spécifiques les plus élevées sont généralement les plus faibles en termes de puissance d'accélération.
Q : Comment deux fusées dotées de moteurs différents mais de la même quantité de carburant font-elles la course l'une contre l'autre ?
R : Dans une course entre deux fusées ayant la même quantité de carburant et deux moteurs différents, celle qui a le moteur le plus puissant prendra l'avantage au début, mais lorsqu'elle aura brûlé tout son carburant, la fusée ayant l'impulsion spécifique la plus élevée aura encore un peu de carburant et continuera à accélérer jusqu'à ce qu'elle finisse par dépasser son homologue s'il y a suffisamment de distance pour qu'elle puisse utiliser son avantage à long terme.
