//выпилено
Последний раз редактировалось V_V_V; 26.04.2011 в 18:34.
создатели шаттла посчитали, что есть факторы более важные, чем снижение удельного импульса. иногда на старте используются даже двигатели орбитального маневрирования, рассчитанные на вакуум. это я к тому, что однозначно-лучшего решения тут не видно, выбирать приходится между вариантами с меньшими или большими недостатками. поэтому старый керосиновый "Cоюз" продолжает тянуть лямку, и будет тянуть еще долго.
с недавних пор все чаще упоминается двигатель на гелевом (пастообразном) топливе. с возможностью глубокого регулирования тяги, повторных включений, с более простыми условиями хранения и т.д.
в частности:
аналогичные разработки ведутся в США.Германия испытала ракеты на гелевом топливе
Компания Bayern-Chemie, "дочка" немецкого подразделения французской MBDA, провела испытания ракет на гелевом топливе, сообщает Defense Aerospace. Испытания проводились на полигоне Меппен в Германии в декабре 2009 года, однако известно об этом стало только сейчас. В тестах, которые завершились успешно, принимали участие две ракеты - демонстратора технологии.
Двигательная установка на гелевом топливе сочетает в себе положительные качества двигателей на твердом и жидком топливе. В частности, речь идет о готовности к запуску, безопасности хранения и транспортировки, а также регулируемой тяге. Последнее свойство позволяет ракете более эффективно расходовать топливо в полете. Кроме того, ракеты на гелевом топливе, по расчетам Bayern-Chemie, меньше подвержены выходу силовой установки из строя.
К числу положительных сторон гелевого топлива также относятся устойчивость к самопроизвольному возгоранию, а также к медленному или слишком быстрому сгоранию, малое выделение дыма, а также относительно небольшое тепловыделение, что увеличивает малозаметность ракеты. Также, благодаря малому давлению паров, в двигательных установках гелевых ракет не будет проявляться эффект "огненного шара", который может приводить к преждевременному разрушению жидкотопливных силовых установок.
Принцип действия гелевых двигателей таков - после впрыска топливного геля в камеру сгорания, он превращается в жидкое топливо и начинает гореть. Гель впрыскивается в камеру под давлением сжатого газа. Создание топливного геля ведется под контролем Агентства по оборонным технологиям и закупкам (BWB), которое занимается финансированием проекта.
а вот разработка из Днепропетровска, удалось добиться глубокого регулирования тяги и повторных включений на огневых испытаниях опытной установки. подробно здесь:
УДК 621. 454-404.9 А. Н. Иванченко, С. Г. Бондаренко
Днепропетровский национальный университет
СОСТОЯНИЕ РАЗРАБОТКИ ДРОССЕЛИРУЕМЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК НА УНИТАРНОМ ПАСТООБРАЗНОМ ТОПЛИВЕ.
http://www.nbuv.gov.ua/portal/natura...08/2008-09.pdf
Вот тут есть вопрос, с какого он превращается в жидкое топливо. Если только впрыскивать дополнительно еще что-то, что выведет его из фазы геля. От высокой температуры оно, по идее, сразу переходит в газовую фазу, а это совсем другие расклады, да и не понятно как добиться начальной высокой температуры.Принцип действия гелевых двигателей таков - после впрыска топливного геля в камеру сгорания, он превращается в жидкое топливо и начинает гореть. Гель впрыскивается в камеру под давлением сжатого газа.
Но пока на ракетах написано "На Вашингтон",
У "партнёров по НАТО" по-прежнему коротки руки.
фигура речи журналиста. про состав у немцев там не сказано, но вообще есть разные варианты, двухкомпонентное, однокомпонентное, есть ALICE -- алюминиевый порошок со льдом. вот у него там действительно все бурлит, кипит и т.д., мож это про него имелось в виду.
у днепропетровцев "неотвержденное твердое топливо", то есть, по химическому составу, очевидно, то же твердое топливо, только в пастообразном состоянии. оно у них однокомпонентное, т.е. смешанное заранее, на заводе, а не в двигателе. при этом оно не ядовитое, как гептил, и не криогенное. двигатель конструктивно от ЖРД отличается тем, что вместо насосов используется выдавливание. собственно, насос это то, что там чаще всего ломается, в ЖРД. ну и фильера эта, хреновина с дырками, вместо форсунок, обеспечивает повторный самозапуск двигателя, пока горячая. в общем, на ЖРД это весьма мало похоже.
старые добрые ведомственные интересы... нет, вроде, не собираются ничего прикрывать. пусть расцветают сто цветов, как говорил великий Мао.
Вопрос неоднозначный:
с одной стороны, уже при 2000 начинается заметная диссоциация молекулярного водорода до атомарного, а до 3000 заведомо не дойдет, поскольку эта самая диссоциация слопает всю вкачиваемую энергию
С другой стороны, - дык, ведь атомарный водород выбрасывать еще интереснее, это ж еще корень из двух!
Но с третьей стороны - под большим вопросом как раз тот самый ресурс двигателя. Ибо, как обнаружил чёрт-те когда господин Ленгмюр, атомарный водород очень любит садиться на любую твёрдую поверхность и на ней немедленно рекомбинировать, бысто и эффективно нагревая эту самую поверхность гораздо выше температуры окружающей газоплазменной среды.
В принципе это процесс иногда даже полезный: так, например, ежели нагреть струю водорода в вольтовой дуге градусов даже всего лишь где-то до 2700-2800 и направить её на свариваемые вольфрамовые железяки, то эти железяки без проблем принимают столько энергии, что хватает не только на теплоту плавления при 3360, но и на дальнейший нагрев аж до 3700. Нагрело бы и дальше, но сигма тэ в четвёртой не пускает.
Естественно, что то, что хорошо для сварки, то очень плохо для живучести соплА. Но ракетчики как-то выкручиваются, причем даже не при 2700, а при пресловутых 3000. Просто не могут не выкручиваться, т.к. существует еще и....
....В-ЧЕТВЁРТЫХ:
В-четвертых-раз: Подставляя в простенькую формулку адиабатического истечения в вакуум широко известную циферку 3000 градусов и не менее широко известную молекулярную массу воды (вкупе с ейным показателем адиабаты), с удивлением обнаруживаем, что не можем перевалить даже за 3.5 километров в секунду. А нам чего-то рассказывают про 4 и даже 4.5.
В-четвертых-два: на самом деле кислород-водородную реакцию тормозит на трех тысячах вовсе не чистая энергетика сгорания, а невозможность дальнейшего нагрева воды ввиду отжирания избыточной энергии диссоциацией на кислород и водород - или, попросту говоря, 3000 - это температура установившегося равновесия в обратимой реакции гремучий газ <-> вода. Разумеется, часть избыточной энергии тратится на разгон непрорегаировавшего водорода, и это хорошо, но нужно быть круглым идиотом, чтобы тратить её еще и на разгон непрореагировавшего кислорода.
В-четвёртых-три: ну, так его и не разгоняют, идиотов нет. Как не трудно посчитать, стехиометрическая заправка ракеты составляет 8 тонн кислорода на 1 тонну водорода. А в неё на тонну водорода почему-то заливают всего две тонны кислорода - именно для того, чтобы не разгонять тот кислород, который всё равно не прореагирует: пусть лучше вся энергия достанется лишнему водороду. Сие соотношение выверено теоретически, проверено на практике и обеспечивает в атмосфере у поверхности истечение порядка 4км/сек. Те ступени, которые работают в вакууме, заправлены примерно так же, но чуть в другом соотношении, и дают пресловутые 4.5км/с.
Отсюда вывод: с патентом мы явно опоздали, поскольку всё уже украдено до нас! ©Ы
Последний раз редактировалось Ky; 28.04.2011 в 00:56.
При преодолении лесного массива масса танка должна превышать диаметр деревьев.
Даже если взять заведомо низкую энергию диссоциации молекулы водорода - 1 эВ (на самом деле 4,78 эВ), то при температуре 2200, согласно распределению Максвелла, количество диссоциированных молекул будет заведомо менее 3%. Причем эта величина заведомо резко завышена. Реально она равна 10^{-4}%.
Брать более высокую температуру не имеет смысла - в силу того что за удельный импульс выше 360 - 370 все равно не перевалить - если исходить из адиабатического расширения во все стороны...
Впрочем и адиабатическое ограничение возможно обойти - примесью фтора - что дает возможность достижения скорости истечения до 4 км/с.
PS Упомянутое вами адиабатическое расширение подразумевает расширение газа во все стороны равномерно - что не имеет ничего общего с расширением в ракетном двигателе. И в реальных двигателях импульс достигает 450.
Впрочем и здесь замечание о фторной добавке остается в силе.
Последний раз редактировалось skroznik; 02.05.2011 в 23:32.
Возможно, Вы не заметили, но я говорил об адиабатическом истечении, что не подразумевает расширения газа во все стороны, а подразумевает именно то, что имеет место в ракетном двигателе. А если Вас смутило упоминание мною показателя адиабаты - то не могу не отметить, что предельно достижимая скорость истечения исчисляется тупым приравниванием кинетической энергии потока к внутренней тепловой энергии газа в камере сгорания, то есть итоговая формула просто обязана включать сей коэффициент - уж если говорить конкретнее, то сия скорость пропорциональна sqrt((гамма/(гамма-1))*Т/мю), т.е. чем больше непоступательных степеней свободы, тем веселее истекаем.
Возможно Вы также не обратили внимания, но именно эту циферку я и привёл для реальных двигателей, только выразил её не в секундах, а в метрах в секунду, что при принимаемом для пересчета g=9.80665 практически то же самое. Причём эта циферка максимизирована в ходе практической подгонки теоретических изысканий под суровую правду жизни и уже учитывает избыток водорода, диссоциацию водорода и воды, неидеальность соплА и кучу прочих больших и малых нюансов. Учитывая многолетнюю непрерывную борьбу за каждую секунду удельного импульса, было бы странно, если б было иначе.
Ну, а поскольку всё учтено и итоговая цифра известна, соображения о диссоциации водорода прячу под катом чтоб глаза не мозолили
[SPOILER="Про водород"]
Энергия диссоциации водорода, разумеется, не 1эВ, но и возводить е в степень E/T в данном случае нельзя, т.к. мы имеем не равновесие заселенности двух абстрактных уровней, а равновесие уровня и непрерывного спектра - точных формУлок не помню, а искать лениво, но хорошо помню, что при Е=Т диссоциирует не (е-1)/е, как при двух уровнях, а практически 100%.
Кроме того, с атомно-водородной сваркой я хорошо знаком, и даже без формул помню, что при 2000, как я и писал, только начинается заметная диссоциация, Точную цифру для 3000 не помню, но там процент уже солидный, т.к. перекачка тепла из газоплазмы на поверхность по этому механизму принимает громадные размеры, что составляет отдельную вполне реальную проблему для конструкторов и материаловедов [/SPOILER]
При преодолении лесного массива масса танка должна превышать диаметр деревьев.
При чем здесь японцы???
В атомных реакторах идет пароциркониевая реакция - которая эффективна при тепературе всего 900 градусов.
К тому же там разложение воды а не водорода.
Но самое главное водород выделяется в результате химческой реакции разложения воды цирконием, а не при диссоциации.
Это совершенно разные механизмы.
Последний раз редактировалось skroznik; 03.05.2011 в 17:02.
Misantrop (03.05.2011)
Это абсолютно лишнее.
В твердофазных ядерных ракетных двигателях идет разогрев водорода за счет теплопередачи через твердые стенки ядерных тепловыделяющих элементов.
При этом удельный импульс в советском ядерном ракетном двигателе (РД-0410) достигал 900, что соответствует скорости истечения примерно 9 км/сек. Что в свою очередь соотвествует температуре около 3000 градусов. Так что вопросы теплообмена при этих температурах не препятствуют разогреву газа до высоких температур.
PS Сверхтекучий гелий тоже применяется для эффективного охлаждения - но в совсем иной области - охлаждении сверхпроводящих магнитов ускорителей на больших длинах. Там эффективность охлаждения достигается за счет теплопереноса на эффекте второго звука. Для этого магниты поддерживаются при температуре приерно 1.8 - 1.9 Кельвина, при которой достигается максимум скорости второго звука - примерно 20 метров в секунду.
PPS Указание вами температуры 2.17 К бессмысленно без указания давления - температура фазового перехода гелия зависит от его давления.
Последний раз редактировалось skroznik; 03.05.2011 в 15:54.
Ну и к чему это наукообразие?
Ускорение свободного падения с точностью 5 знаков после запятой требуется только в программах для расчета жестких траекторий стратегических ракет - и указание ускорения с такой точностью без привязки к конкретной точки местности бессмысленно.
Ку - мы говорим об одном и том же...
Я сейчас чуть позже пририсую табличку сводную - надеюсь после этого идентичность нами сказанного будет ясна.
PS Но то что вы написали про водород - это неправильно.
Диссоциировать могут только те молекулы, энергия которых порядка энергии диссоциации. Я и посчитал выше процент диссоциации таких молекул - он очень мал - менее 1/1000 процента. Согласно теореме о малых добавках применение распределения Максвелла в этом случае совершенно правильная операция.
Максимально возможная скорость истечения газов дается формулой адиабатического расширеня газов в сопле Лаваля:
где k - показатель адиабаты (5/3; 7/5; 4/3)
Эту формулу для вычислений легко переписать в виде:
где i - число степеней свободы (остальные обозначения очевидны).
Теперь насложно посчитать скорости истечения газов для интересных случаев и температур (реальные скорости отличаются от максимально возможно в пределах 10%) Скорости истечения ниже указаны в км/сек.
В этой таблице i = 5 для двухатомной молекулы водорода (пять степеней свободы - три поступательных, две вращательных) и i = 6 для всех остальных молекул (трехатомных).
_____________________________________________________________________________________________________________
Диссоциацией атомов водорода при температурах до 3000 градусов можно полностью пренебречь - она несущественна даже для воды.
Последний раз редактировалось skroznik; 03.05.2011 в 16:54.
©Справочник химикаМолекула Водород Н2 состоит из двух атомов, соединенных ковалентной химической связью. Энергия диссоциации (то есть распада на атомы) составляет 4,776 эв. Межатомное расстояние при равновесном положении ядер равно 0,7414Å. При высоких температурах молекулярный Водород диссоциирует на атомы (степень диссоциации при 2000°С 0,0013, при 5000°С 0,95).
От себя добавлю: при Тпл вольфрама степень диссоциации где-то, на память, 0.6-0.7
А поскольку 1эВ - это 11 с чем-то тысяч кельвинов, а 4.776эВ - и вовсе порядка 50тыщ, то могу лишь предположить, что либо водород не обучен треореме о малых добавках, либо применение этой теоремы в данном случае некорректно.
Есть у меня сильное подозрение, что в данном случае работает т.н. "закон действующих масс", и в первом приближении максвелла нужно умножать на "небольшую" поправочку в виде отношения концентрации молекулярного водорода к квадрату концентрации атомарного - последняя в этом раскладе не может быть особо малой, т.к. в результате "поправочка" составит много-много порядков. Аднака, начальник, уравнение решать надо, т.к. равновесная концентрация и слева, и справа.
Но это - на пальцах и только когда степень диссоциации отностительно мала, а дальше там вообще черт ногу сломит, а я вообще в этой области никогда силен не был
Ну, как я и говорил, воде до реально достигаемых скоростей при реально достигаемых температурах о-очень далеко. То есть, это я к тому сам факт достижения 4500м/с указывает, что избыточный водород додумались использовать и без наших подсказок - см.выше, Всё украдено до нас. А так, в общем-то, да - об одном и том же говорим, формУлки не обманешь.
При преодолении лесного массива масса танка должна превышать диаметр деревьев.
Ну у вас в справочнике правильно написана степень диссоциации при 2000 градусов - она очень мала. При 5000 - это нам абсолютно не нужно. Поэтому распределение Максвелла я применил совершенно правильно. Водород прекрасно обучен теореме о малых добавках ибо скорость истечения получается как раз такой, как приведено в таблице - если бы степень диссоциации была большая - удельные импульсы (или скорости истечения) существенно расходились бы с экспериментом (РД-0410)...
В случае использования как рабочего тела водорода, очень большая доля нагрева может приходится на т.н. нейтронный подогрев, т.е. прямую передачу энергии от быстрых нейтронов водороду с эффективным замедлением оных. В этом случае температура нагрева водорода может быть больше, чем температура ТВЭЛ.
Так думаю я!
Реактор в советском ракетном ядерном двигателе работал на тепловых нейтронах.
Как известно, при цепных реакциях на тепловых нейтронах лишних нейтронов нет - они почти все нужны для поддержания цепной реакции. Поэтому говорить о нейтроном подогреве не приходится - иначе ядерный реактор работать не будет.
Однако лишний нейтрон есть в быстрых реакторах. Давайте посчитаем. При распаде ядра урана выделяется энергия 200 МэВ. Мощность реактора в двигателе РД-0410 равна 200 МВт. Значит ежесекундно мы имеем примерно (я даже с завышением беру) 10^{19} актов распада. От каждого акта распада мы можем забрать один (лишний) нейтрон на подогрев - итого 10^{19} нейтронов в секунду - что есть мизер абсолютный - это в 10000 раз меньше числа Авогадро (то есть всего одного моля вещества)...
Поэтому вклад нейтронной составляющей в быстром реакторе имеет место быть - но он мизерный и даже на уровне измерений незаметный.
Коллега, Вы хоть сами-то читаете то, что пишете?
замечу, что 0.0013=0.13% слегка отличается от "совершенно правильно посчитаных с момощью Максвелла" 1/1000 процента
Что Вы, собственно, пытаетесь доказать? Что каким-то образом при 2000С=2300К=0.2эВ "правильный Максвелл" даст Вам 0.13%? Увы, он даст Вам exp(-4.776/0.2)=4*10E-9. А при "никому не нужных" 5000 - соответственно 0,0015% вместо наблюдаемых 95%. Блестящее совпадение "правильно примененной формулы" с экспериментом, не правда ли?
Мы разве про РД-0410 говорили? - Ну, да Бог с ним; расчитывать степень диссоциации по скорости истечения при в точности не известных температуре рабочего тела и качестве соплА - это, конечно, грамотный подход.
Вообще-то гораздо удобнее и точнее мерять эту величину несколько иными методами, которые при 3000К дают 9 с чем-то %, величину, разумеется достаточно малую, но отнюдь не "пренебрежимо" - это при нормальном давлении - открою Вам страшную тайну: степень диссоциации ведь ещё и от давления зависит - Вы не подскажете, в какое место в "правильно применяемом" Максвелле следует подставлять давление?
При преодолении лесного массива масса танка должна превышать диаметр деревьев.
Так вот в том то и дело, что нейтрон не теряется, а замедляется. Причем один нейтрон замедляясь может отдать лишнюю энергию далеко не одному атому водорода. Без рабочего тела данный реактор может быть вообще глубоко подкритичен. Прямая аналогия с Фукусимой возникает: замедлителя нет - все спокойно, воды плюхнули и спасайся кто успеет.
Так думаю я!