比推力

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比推力(ひすいりょく、specific impulseIsp)は、ロケットエンジンジェットエンジンに対しても定義できる)の推進剤[1]効率を示す尺度であり、推進剤の質量流量に対する推力の大きさを示す。

定義は「推力/(推進剤質量流量・地球の重力加速度)」で、単位である。ノズルの適正膨張を仮定すれば、「噴射速度を重力加速度で割った物」という物理的な意味を持つ。言葉を換えれば、

単位質量の推進剤で単位推力を発生させ続けられる秒数

となり、これは例えば「地球の地表の場合であれば、1トンの燃料を燃やすことで1トンの物を、その重量に抗して空中に支えるだけの垂直推力を維持できる秒数」といえる。この場合、推進剤以外のロケットの質量は全く関係が無く、燃焼に伴って推進剤が減ることも考慮しない。(力の基準として地球の重力加速度を使っているため「地球の地表の場合」や「重量」という表現が使われる数字になってしまうが、ロケットエンジンの性能の指標的な意味としては、前述の「噴射速度」として、地球と無関係に成立する。直感的に説明すると、噴射速度が速ければ速いほど、単位時間当たりの推進剤質量流量が小さくても、同じだけの推力を発生させることができる、という意味で、ある種の「燃費」のような指針と言える)

ロケットエンジンやロケットモーターの質量も関係せず、少量で軽い燃料を高速で噴射するほど比推力は向上する。推進器が燃料を消費する効率について、多種多様な推進器同士の比推力を比べることは意味を持つが、推進器や燃料タンクの質量は考慮されていないため燃料効率以外の性能や経済性は示していない。

推進器の性能は、比推力ばかりでなく補機類を含む推進器の質量をふまえた推力重量比も重要であり、総合的には、信頼性、安全性、さらには製造コストといった経済性も総合的な性能に含まれることがある。

推進エンジンの動作原理ごとの比推力[編集]

比推力と速度の関係図
縦軸:比推力 横軸:マッハ数
1. レシプロ・エンジン 2. ターボジェット・エンジン 3. ラムジェット・エンジン4. ロケット・エンジン[2]

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  1. ^ 現在のほとんどの実用的エンジンが燃料(と酸化剤)の反応後の廃棄ガス(排気)をそのまま推進剤に流用するため、これを「推進剤」ではなく「燃料」としてもだいたいは合っているが、純粋なロケット力学的には、全く燃料ではない推進剤である、ペットボトル水ロケットの推進剤である液体の水についても、比推力は算出できる。
  2. ^ a b 防衛技術ジャーナル編集部編 『ミサイル技術のすべて』 (財)防衛技術協会 2006年10月1日初版第1刷発行 ISBN 4990029828

関連項目[編集]