1. 개요
비추력(Specific impulse,[math(I_{sp})])이란, 항공/우주 분야에서 어떠한 엔진이 얼마나 효율이 좋은지를 나타내는 지표이다. 1 kg의 연료가 1초 동안 연소될 때의 추력을 의미하며, 단위는 초(s)이다.2. 구하는 법
비추력은 SFC(Specific fuel consumption)[1]의 역수 형태를 취한다. 다만 SFC는 kg/(N·s) (킬로그램당 뉴턴X초)와 lb/(lbf·hr)(파운드당 파운드(력)X시간)의 두 가지 버전에 따라 각각 1과 3600에서 나누는 차이가 있기에 유의하자.[math(I_{sp}=\displaystyle\frac1{SFC})]
SFC의 단위가 kg/(N·s)일 때
SFC의 단위가 kg/(N·s)일 때
[math(I_{sp}=\displaystyle\frac{3600}{SFC})]
SFC의 단위가 lb/(lbf·hr)일 때
SFC의 단위가 lb/(lbf·hr)일 때
구하는 수식은 위와 같다.
3. 왜 중요한가?
비추력이 중요한 이유는 다름아닌 엔진의 효율 때문인데, 어떠한 기관의 연료가 같은 힘에 대비해 얼마나 빠르게 소모되는지 나타내는 SFC의 역수이니만큼 이 로켓에 연료를 집어넣으면 얼마나 많은 잠재적인 추진력을 가지는지를 구할 수 있기 때문이다.그러나 비추력은 우주분야, 특히 이륙에 관련해서는 도움이 안 되는 경우도 있는데, 궁극적으로 매우 높은 비추력을 가진 것으로 예측되는 이온 엔진은 효율은 좋은데 실제 추진은 무지막지하게 느리다.
때문에 이륙시에는 비추력도 매우 중요하지만 추력 대 중량(Thrust to weight Ratio, TWR)이 가장 중요한 지표로 취급된다.
그렇다 할지라도 비추력이 좋냐 안 좋냐는 우주상에서는 인공위성의 수명을 결정할 만큼 중요한 수치이고, 항공기도 연료 대비 항속거리를 늘이기 위해서는 비추력이 좋은 엔진을 쓰는 것이 좋다.
4. 엔진의 종류별 비교시
항공기/로켓으로 비교시 비추력이 높은 순으로 터보팬 엔진>터보제트 엔진>로켓 엔진 이다. 보잉 777에 사용된 GE GE90-94B 엔진의 비추력은 12080초, 소유즈에 쓰인 Kouznetsov NK-33 엔진의 비추력은 331초로 30배가 넘는 차이가 드러난다. 이는 대기중의 산소를 쓰지 못하고 싸그리 액화해서 챙겨가야하는 로켓엔진의 근본적인 한계 때문이다.
[1]
앞에 Thrust를 붙여 TSFC(Thrust-specific fuel consumption)이라고도 부른다.