비추력

3. 일반적인 고려 사항

비추력은 에너지 효율과 혼동해서는 안 된다. 고비추력 추진 시스템은 높은 에너지를 필요로 하기 때문에, 비추력이 증가함에 따라 에너지 효율은 감소할 수 있다.^[3]

비추력은 총 추력과 혼동해서는 안 된다. 추력은 엔진이 제공하는 힘이며, 비추력은 추진제 질량 유량 ''당'' 추력을 측정한다. 높은 추력과 높은 비추력은 상호 배타적인 경우가 많다. 예를 들어, LH₂/LO₂ 이원추진제는 RP-1/LO₂보다 더 높은 비추력을 생성하지만, 더 낮은 추력을 생성한다. 이온 추진기는 화학 엔진보다 25~35배 더 좋은 비추력에 도달하지만 낮은 추력을 생성한다.^[4]

비추력 계산 시, 사용 전 차량과 함께 운반되는 추진제만 계산되며, 이는 차량 운영 비용과 가장 잘 일치한다. 로켓의 경우, 추진제 질량은 연료와 산화제 모두를 포함한다. 비추력 최적화가 총 성능이나 총 비용 최적화와 같지 않을 수 있다. 특히 로켓 기술에서, 더 높은 비추력을 가진 무거운 엔진이 더 낮은 비추력을 가진 가벼운 엔진보다 고도, 거리, 속도를 얻는 데 효과적이지 않을 수 있다.

3. 1. 추진제 양의 단위

4. 단위

비추력의 가장 일반적인 단위는 초(s)이며, SI, 영국 단위계, 미국 관습 단위에서 그 값은 동일하다. 거의 모든 제조업체는 엔진 성능을 초 단위로 표기하며, 항공기 엔진 성능을 지정하는 데에도 유용하다.^[5]

미터 매 초 단위로 유효 배기 속도를 나타내는 것 또한 일반적이다. 미터 매 초는 뉴턴초 매 킬로그램(N·s/kg)과 수치적으로 동일하며, 비추력의 SI 측정값은 두 단위로 서로 바꿔 쓸 수 있다. 비추진제 소비량은 비추력과 반비례하며, g/(kN·s) 또는 lb/(lbf·h) 단위를 갖는다.^[7]

4. 1. 초 단위 비추력

• $I\_\backslash text\{sp\}$는 초 단위로 측정된 비추력,
• $v\_\backslash text\{e\}$는 엔진 축을 따라 평균 배기 속도(m/s 또는 ft/s),
• $g\_0$는 표준 중력 가속도(m/s² 또는 ft/s²)이다.

4. 2. 유효 배기 속도

• ''I''_sp는 초 단위의 비추력이다.
• ''v''_e는 m/s로 측정된 비추력으로, 유효 배기 속도와 같다. (만약 ''g''₀가 ft/s² 단위라면 ft/s 단위)
• ''g''₀는 표준 중력 가속도로, 9.80665 m/s²이다. (미국 관습 단위에서는 32.174 ft/s²)

4. 3. 실제 배기 속도 대 유효 배기 속도

5. 밀도 비추력

밀도 비추력(Density Specific Impulse)은 때때로 밀도 추력(Density Impulse)이라고도 하며, 일반적으로 $I_{sd}$로 약칭된다.^[14] 비추력보다 중요도는 낮지만, 발사체 설계에서 중요한 척도이다. 낮은 비추력은 추진제를 저장하기 위해 더 큰 탱크가 필요함을 의미하며, 이는 발사체의 질량비에 악영향을 미친다.^[15]

6. 비추력 연료 소비량

비추력은 추력 비추력 연료 소비량(SFC)과 반비례 관계를 가지며, SFC 단위가 kg/(N·s)일 때는 , SFC 단위가 lb/(lbf·hr)일 때는 의 관계가 성립한다.^[4]

7. 출력(일률)

추력과 비추력의 곱은 우주선의 출력(일률)과 관련이 있다.^[1]

8. 추진 엔진 작동 원리별 비추력

참조

_[1] 웹사이트 What is specific impulse? https://web.archive.[...] Qualitative Reasoning Group 2009-12-22
_[2] 웹사이트 New F-1B rocket engine upgrades Apollo-era design with 1.8M lbs of thrust https://arstechnica.[...] 2013-04-14
_[3] 웹사이트 Laser-powered Interstellar Probe (Presentation) https://web.archive.[...] null
_[4] 웹사이트 Mission Overview http://www.explorema[...] exploreMarsnow null
_[5] 웹사이트 Specific Impulse https://www.grc.nasa[...]
_[6] 웹사이트 What is specific impulse? https://www.qrg.nort[...]
_[7] 웹사이트 Specific Fuel Consumption https://www.grc.nasa[...] 2021-05-13
_[8] 서적 Rocket Propulsion Elements, 7th Edition
_[9] 웹사이트 Specific impulse http://www.grc.nasa.[...] NASA 2008-07-11
_[10] 서적 Rocket Propulsion Elements https://books.google[...] John Wiley & Sons 2016
_[11] 서적 Aerospace Propulsion Systems https://books.google[...] John Wiley & Sons 2010
_[12] 웹사이트 Rocket Thrust Equations https://www.grc.nasa[...] 2024-12-11
_[13] 저널 Research on Efficient Heat Transfer for Air Breathing Electric Propulsion https://doi.org/10.2[...] 2023-01-23
_[14] 백과사전 Density specific impulse https://encyclopedia[...]
_[15] 웹사이트 Rocket Propellants http://www.braeunig.[...]
_[16] 웹사이트 SSME https://web.archive.[...]
_[17] 웹사이트 11.6 Performance of Jet Engines http://web.mit.edu/1[...]
_[18] 웹사이트 Dunn's readme https://web.archive.[...] 2001
_[19] 웹사이트 Effective exhaust velocity | engineering https://www.britanni[...]
_[20] 웹사이트 fuel - Where is the Lithium-Fluorine-Hydrogen tripropellant currently? https://space.stacke[...]
_[21] 저널 4th Propulsion Joint Specialist Conference
_[22] 보고서 Lithium-fluorine-hydrogen propellant investigation Final report https://archive.org/[...] NASA 1970-05-01
_[23] 웹사이트 Space Propulsion and Mission Analysis Office https://web.archive.[...] null
_[24] 비디오 Nuclear Propulsion in Space https://www.youtube.[...] National Aeronautics and Space Administration 2017-01-05
_[25] 웹사이트 Characterization of a High Specific Impulse Xenon Hall Effect Thruster | Mendeley https://web.archive.[...] null
_[26] 웹사이트 VASIMR® VX-200 MEETS FULL POWER EFFICIENCY MILESTONE https://web.archive.[...] Ad Astra 2010-11-23
_[27] 일반 null
_[28] 서적 ミサイル技術のすべて 防衛技術協会 2006-10-01