я вот тут читал всю эту перепалку с korund, и мне пришла в голову мысль:
а почему бы ненагреть твердотопливный двигатель?
может это более здравая идея чем греть водород под давлением? скажем имеет ли смысл нагреть пористую керамику или сплав или метал до состояния на грани плавления, и закачать туда просто воду или амиак или водород?
Карбид тантала-гафния (Ta4HfC5) это достаточно широко применяемый тугоплавкий сплав с одной из наивысших температур плавления, Тпл 4489 K (4216 °C, 7620 °F), известных человечеству, почти на тысячу градусов выше чем у вольфрама, прославленного своей тугоплавкостью с его Тпл = 3695K (3422°C, 6192°F).
Цены на металлический вольфрам чистотой около 99 % в 2007 году составили в среднем 30—35 долларов США за килограмм.
тантала — от 500 баксов за кило, Цены на гафний 99 % в 2007 году в среднем $780 за килограмм
только не кидайтесь сразу камнями, но уважаемые, можете прикинуть на калькуляторе тонна фольврамовой губки в оболочке из тантала-гафния это хороший двигатель? нагревать такую банку можно например перегретым водородом или инертным газом на старте.
или я тупость сморозил и перспектив у тепловых аккамуляторов нет, и химия рулит?
кстати температура кипения вольфрама свыше 5500К
в два раза лучше чем у химических ракет. давление жидкого вольфрама невысокое, это не газ. можно сделать как вариант тепловой аккумулятор не на твердом вольфраме, а на жидком, теплоемкость будет выше еще на 1-2 тысячи градусов
не ЯРД, но возможно этот вариант лучше химии, как вы считаете?
ЧД зовет! В ЧД дорогу! :evil:
У вольфрама вообще ещё и плотность 19... ;) :lol:
что так сразу, хоть бы поглумились для приличия :D
вольфрам
Плотность 19300 кг/м
Так я и говорю, плотность большая, значит баки будут маленького размера и небольшой массы. ;) :lol:
давайте грубо посчитаем такой ракетоноситель по сравнению с протоном?
Стартовая масса протона 702 т
Забрасываемый вес 20 т на опорной орбите
Длина трехступенчатого «Протона» без полезного груза 44,3 метра, а максимальный поперечный размер 7,4 метра.
Ступень Первая Вторая Третья
Масса с топливом, кг 450510 167828 50747
Сухая масса, кг 31100 11715 4185
Время работы, с 120 206 238
Удельный импульс,с 267 320 325
я щас поделаю кучу ошибок, но положим аккумулятор остывает в 2 раза с 4400 до 2000, выделяя при этом тепловой энергии на 2400К. рабочее тело плотная жидкость, например свинец :lol: ну а чо? в принципе может подойти даже свинец вместо воды его можно нагреть перед заливом также до 2000К он будет жидкий на грани кипения, испарит его фольфрам
Свинец:
Плотность 11,3415[1] г/см
вы щас крепко задумались или под столом валяетесь?
Атомная теплоемкость большинства простых веществ в твердом состоянии лежит в пределах 22—29 Дж/(моль-К) [в среднем около 26 Дж/(моль-К)]. Эмпирически это подметили французские ученые Дюлонг и Пти.
Поэтом чем меньше атомная масса твердого вещества тем лучше.
Поскольку важна еще и температура плавления, речь идет о твердых веществах, то бор и углерод будут более предпочтительны чем вольфрам.
С другой стороны теплоемкостный двигатель на графите может дать 26Дж/(моль-К) * 3000 К = 75 кДж/моль, а реакция образования воды из элементов 285 кДж/моль.
вода конечно имеет хорошие показатели, так в движке будет очень высокое давление и при 600С, но у свинца плотность в 11 раз выше. у аммиака еще шикарнее чем у воды и испаряется он круче, но плотность еще хуже.
мне показалась что пара вольфрам/свинец очень неплохо смотрятся.
может оказаться что при определенных парах веществ теплоаккамулятор / рабочее тело получится хуже чем химия.
если потянет на статью и идея стоит внимания я бы с удовольсвием отдал ее на публикацию журналу :)
Проект назвать LEDPIONER (свинцовый пионер).
боюсь без помощи форума мне не определить что эта за идея - полный бред или прорывная технология, которую так долго все ждали. в принципе это обратная идея криогенике, на которой щас делают ракеты и похоже она себя исчерпала, только шиворот на выворот. используются все те же принципы реактивной техники. но вместо горючего теплоаккамулятор, вместо окислителя рабочее тело, возможно с высокой плотностью, возможно металл - всеравно вольфрам все испарит.
я еще на олово и ртуть прикинул, но они в 10 раз дороже свинца, ртуть еще токсичнее, а олово в 1,5 раза легче плотность 7 хотя и не токсично.
Температура плавления графита — 3845-3890 С при давлении от 1, до 0,9 атм. Точка кипения доходит до 4200 С. плотность всего 2. помоему он как аккумулятор тепла уступает вольфраму по кипению и плотности. если вещество теплового аккамулятора будет в газовом состоянии, то боюсь при таком давлении и температуре у нас пока нет технологичных материаллов для использования в ракетной технике.
вопрос не решенный лучше это будет химии или нет? если примерно также, то смысла нет копать тему.
Помимо энергетики удельный импульс определяет молекулярная масса вылетающего рабочего тела. :)
Что у вас будет рабочим телом, Pioneer? ;)
Цитироватьвопрос не решенный лучше это будет химии или нет? если примерно также, то смысла нет копать тему.
Вам же ответили - реакция образования воды дает 285 кДж/моль или ~16 МДж/кг. Нагрев вольфрама на 4000 К дает deltaH=536 кДж/кг. Разница в 30 раз.
ЦитироватьПомимо энергетики удельный импульс определяет молекулярная масса вылетающего рабочего тела. :)
Что у вас будет рабочим телом, Pioneer? ;)
нерешено. вилка между жидким водородом и нагретым до 2000К свинцом. а что вы считаете лучше? понятно что УИ у водорода вне конкуренции, но самые оптимальные ракеты щас летают на гептиле :)
вот вам на выбор бы предложили бы громоздкую ракету ну пусть вдвое меньше по размеру чем протон, но на жидком водороде (это еще проститать надо будет ли она меньше) или 5 метровую на жидком свинце? (это так же еще требует расчетов хорош ли свинец в качестве рабочего тела) вольфраму все равно что испарять.
ЦитироватьЦитироватьвопрос не решенный лучше это будет химии или нет? если примерно также, то смысла нет копать тему.
Вам же ответили - реакция образования воды дает 285 кДж/моль или ~16 МДж/кг. Нагрев вольфрама на 4000 К дает deltaH=536 кДж/кг. Разница в 30 раз.
прочел. задумался.... если так то мне похоже шах и мат. если ваши расчеты верны, то разницу в 30 раз мне нечем покрыть, ни какой плотностью и никакими градусами :cry:
ЦитироватьЦитироватьПомимо энергетики удельный импульс определяет молекулярная масса вылетающего рабочего тела. :)
Что у вас будет рабочим телом, Pioneer? ;)
нерешено. вилка между жидким водородом и нагретым до 2000К свинцом. а что вы считаете лучше? понятно что УИ у водорода вне конкуренции, но самые оптимальные ракеты щас летают на гептиле :)
вот вам на выбор бы предложили бы громоздкую ракету ну пусть вдвое меньше по размеру чем протон, но на жидком водороде (это еще проститать надо будет ли она меньше) или 5 метровую на жидком свинце? (это так же еще требует расчетов хорош ли свинец в качестве рабочего тела) вольфраму все равно что испарять.
Вообще, помимо того, что резервуары с расплавленным вольфрамом, — дело такое житейское, привычное, выбор зависит исключительно от стоимости, а не от габаритов. :)
Гептиловый "Протон" потому оптимален, потому что сделан давно и недорог, а не из-за каких-то уникальных свойств гептила. :)
стоимость то я прикинул она вроде нормальная.
проблема в энергетики двигателя. если расчеты по теплоемкости верны, то химия выигрывает по всем пунктам все таки.
пара расплавленый графит + водород по громоздкости будет как хим ракеты, а по энергетики им уступит.
пара вольфрам + свинец получится компактная ракета, но с энергетикой таже проблема, а импульс у свинца гавно.
а раз химия выиграла тема невырулит. я чтото неверю в газообразные тепловые аккамуляторы изза высокого давления а других способов еще поднять энергетику нет.
В чём вы ВООБЩЕ собрались хранить "нечто расплавленное, температуру более 2000 градусов имеющее"? ;)
У сплавов температура плавления выше, например:
Карбид тантала-гафния (Ta4HfC5) это достаточно широко применяемый тугоплавкий сплав с одной из наивысших температур плавления, Тпл 4489 K (4216 °C, 7620 °F), известных человечеству, почти на тысячу градусов выше чем у вольфрама.
его планировалось использовать на оболочку. наверно круто сплавы использовать в качестве тепловых аккумуляторов, но тогда хранить будет не в чем. да и данных по кипению сплавов я ненашел.
А как будут работать все приборы, когда рядом такая температура находится? Все ведь почти требуют 20-40град. А у Вас рядышком 2000 лежит... :)
Куда как перспективнее химия + механические аккумуляторы.
щас не 60 годы, отражающая теплозащита давно отработана и применяется например в строительстве. сделать термосом, внешнюю из полированного алюминия, у него температура плавления 2700К. бак то небольших размеров должен был получиться по черновой прикидке всего 5-10 кубометров под вольфрам.
есть еще одна надежда поднять энергетику:
расплав алюминия + перекись водорода. там будет дополнительный плюс при синтезе Al2O3 = 1676 кДж/моль. но это уже гибрид из тепло аккумулятора и химии.
Алюминий
Плотность 2,6989 г/см
Цитироватьсделать термосом, внешнюю из полированного алюминия, у него температура плавления 2700К.
ЦитироватьАлюминий
...
Температура плавления 933,5 K
:shock:
Цитироватьтак, стоп удельная теплота испарения у алюминия — 10,53 МДж/кг :?
при переходе из жидкого в газообразное идет большой скачек в энергетике? мы ничего с вольфрамом не напутали? может его рано списали? или можно подобрать другой теплоноситель который прежде чем перейдет в пар сможет поглотить кучу энергии?
у пары водород/кислород энергетика точнее 13,434 МДж/кг
В рабочем теле эта энергия на что только не уходит (кроме кинетической энергии), поэтому МДж/кг никто не считает. Гораздо проще рассуждать так: удельный импульс пропорционален корню квадратному температуры/молярную массу тела. Если вы используете свинец в качестве рабочего тела, то чтобы он имел одинаковый с водородом уи температура свинца должна быть больше в 10 раз.
Цитироватьтеплоемкость будет выше еще на 1-2 тысячи градусов
Вот, да, вы в чем теплоемкость считаете?
Цитироватьне ЯРД, но возможно этот вариант лучше химии, как вы считаете?
По какому параметру? Окислителя не нужно, это может быть плюсом :)
ЦитироватьУ сплавов температура плавления выше, например:
Карбид тантала-гафния (Ta4HfC5) это достаточно широко применяемый тугоплавкий сплав с одной из наивысших температур плавления, Тпл 4489 K (4216 °C, 7620 °F), известных человечеству, почти на тысячу градусов выше чем у вольфрама.
Вы собрались делать бак из этого карбида? ;)
Цитироватьего планировалось использовать на оболочку. наверно круто сплавы использовать в качестве тепловых аккумуляторов, но тогда хранить будет не в чем. да и данных по кипению сплавов я ненашел.
Пусть бак даже не расплавится, вы "заценили" тепловые потери при хранении жидкого вольфрама? ;)
Цитироватьщас не 60 годы, отражающая теплозащита давно отработана и применяется например в строительстве. сделать термосом, внешнюю из полированного алюминия, у него температура плавления 2700К. бак то небольших размеров должен был получиться по черновой прикидке всего 5-10 кубометров под вольфрам.
Да, отработана, но не для перепада температуры около 2000 градусов и выше. :)
Что касается алюминия, так он теряет прочность уже при 200 градусах. :)
Pioneer если вы вообще придумаете как хранить расплавленный вольфрам, без всяких ракет, вы бешеные деньги заработаете. :)
Тугоплавкие сплавы в жидком виде никто не хранит даже при изготовлении этих тугоплавких сплавов. :)
я сразу предупреждал что ошибок будет куча :) по характеристикам алюминия байда какая то видимо на википедии. тем не менее жидкий алюминии тоже надо рассмотреть
но от этого тема актуальности не теряет. если есть ракеты при комнатной температуре и переохлажденные, криогенные холодильники, то почему не могут летать горячие, использующие в качестве топлива или теплоаккумулятора расплавленный метал? может они лучше будут и компактнее?
Цитироватья сразу предупреждал что ошибок будет куча :) по характеристикам алюминия байда какая то видимо на википедии. тем не менее жидкий алюминии тоже надо рассмотреть
но от этого тема актуальности не теряет. если есть ракеты при комнатной температуре и переохлажденные, криогенные холодильники, то почему не могут летать горячие, использующие в качестве топлива или теплоаккумулятора расплавленный метал? может они лучше будут и компактнее?
Ваша "терморакета" будет вся по составу материала "одно сопло с камерой сгорания", как вы думаете, она при этом будет шибко недорогая? ;)
Относительно сравнения с криогеникой. :)
http://ru.wikipedia.org/wiki/Теплопроводность
Там есть зависимость мощности тепловых потерь, посмотрите, сами всё поймёте. ;)
Нагревая тугоплавкое рабочее тело до кипения и ионизации (температура порядка десятков тысяч К), действительно можно получить двигатель с черезвычайно высоким УИ.
Чтобы при этом не расплавился сам аппарат, нагрев должен быть импульсным. А необходимую для этого энергию даст ядерный взрыв - за счет его мощности ещё и тяга будет нехилой.
Поздравляю, мы изобрели импульсный ЯРД. :D
необязательно.
например если как теплоноситель выбрать расплавленный алюминий, то его можно выдавливать в камеру сгорания, где он будет смешиваться с перекисью разогретой до 270С. горячие ракеты разные бывают, нужно только подобрать оптимальную пару и конструкцию
ярд конечно идеально прогреет любой металл и он круто будет смотреться в расплавленом вольфраме, но цель какраз была создать чтото промежуточное между ярд и современными химракетами, без радиации и с большим КПД, и пригодное для первой ступени.
"Черная дыра" плачет по этой теме. Моооодераааааторыыыы ауууууууу.
Цитироватьвы щас крепко задумались или под столом валяетесь?
Да! :)
Цитироватьстоимость то я прикинул она вроде нормальная.
проблема в энергетики двигателя. ...
Проблема в количестве энергии на килограмм массы, как Вам уже сказали. Но главная проблема не в этом. :) Главная проблема в том, что в стране осталось немного вольфрама. Вот у китайцев - есть, примерно половина мировых запасов. Но и это тоже немного. И если встанет вопрос: пустить этот вольфрам на инструмент, броню или вольфрамовые ракеты - то каким будет ответ?
ЦитироватьГлавная проблема в том, что в стране осталось немного вольфрама. Вот у китайцев - есть, примерно половина мировых запасов. Но и это тоже немного. И если встанет вопрос: пустить этот вольфрам на инструмент, броню или вольфрамовые ракеты - то каким будет ответ?
Проблема как раз в энергоемкости, а вольфрам как тепловой аккумулятор на 1 ступени легко сделать возвратным.
Цитироватьярд конечно идеально прогреет любой металл и он круто будет смотреться в расплавленом вольфраме, но цель какраз была создать чтото промежуточное между ярд и современными химракетами, без радиации и с большим КПД, и пригодное для первой ступени.
:lol: :lol: :lol: :lol:
Да а лучше в кипящем - это намного круче.....
ладно, давайте возьмем за старт следующюю формулировку теплоемкостной ракеты, чтобы прояснить ситуацию
1. эта ракета должна быть эффективнее существующих ракет на криогенном или обычном топливе (иначе она ненужна). подразумевается меньшие размеры, при большей нагрузке, одно или максимум двухступенчатость, сравнимая или меньшая стоимость вывода.
2. при любых вариантах констукции отличительный признак - бак с жидким или твердым материаллом-теплопроизводителем, но не с газом под давлением по технологическим соображениям, нагретый до 2000К и выше, и второй бак с рабочим веществом с существенно меньшей температурой парообразования.
3. Пары теплопроизводитель/рабочее вещество могут быть разнообразными - от алюминий/вода до вольфрам/свинец. Желательно предпрочтение отдать тем парам, у которых идет дополнительно химическая реакция с выделением тепла из-за недостаточной теплоемкости известных веществ. Оптимальные пары предстоит определить в ходе доп.исследований. Желательно отказаться от высокотоксичных и радиактивных веществ.
4.конструкция двигателя может использовать следующие схемы:
4.1.гибридный двигатель с вводом рабочего вещества непосредственно в вещество-теплопроизводитель;
4.2.ввод рабочего вещества в камеру тепообменник;
4.3.выдавливание вещества теплопроизводителя с его расходом в камеру сгорания для смеси с рабочим веществом.
оптимальная конструкция зависит от выбраных пар.
вопрос к участникам форума - это реально?
Коротко - нет.
Цитировать... вопрос к участникам форума - это реально?
Мы валяемся под столом, крепко задумавшись... :roll:
А не хотите упростить задачу?
Сделать небольшой движок тягой несколько десятков килогрвам для работы в системах ориентации.
Вольфрам можно подогревать электрическим током. Электроэнергии, конечно, потребуется много, поэтому на обычный спутник его не поставишь, но для буксира Перминова это не проблема.
Получиться простой надежный двигатель, спосбный работать на любой жидкости или газе (лишь бы не разъедала фольфрам).
При работе на водороде он и по УИ будет значительно превосходить химические, при работе на воде немного уступать химичеким, но будет иметь преимущество за счет простоты конструкции, безопасности и доступности рабочего тела.
Мысль хорошая, но требует дальнейшего развития: выкинуть вольфрам и греть электричеством непосредственно рабочее тело двигателя. :D
Получаем ЭРД, например СПД (стационарный плазменный двигатель).
Я примерно такую ракету "разрабатывал" в классе седьмом. Мне тогда отец рассказал историю, что если в ковш с кипящей сталью наливали немного воды, то происходил взрыв большой силы, способный разнести металлургический завод. Мол этим приемом пользовались диверсанты.
Ну я тогда и смекнул, мол пара кип.металл-вода, это большая сила. Моя ракета имела центральный жилой отсек и четыре боковых блока на консолях. В основании блоков стояли емкости, в которые перед самым стартом заливался металл. Выше - баки с водой. Вода поступала в емкость с металлом, мгновенно испарялась и пар выходил через сопла. Понятно, что ни каких серьезных расчетов я тогда сделать не мог, но жаль, что рисунок не сохранился. :cry: Был бы приоритет от 1967 года... :D
ЦитироватьМысль хорошая, но требует дальнейшего развития: выкинуть вольфрам и греть электричеством непосредственно рабочее тело двигателя. :D
Получаем ЭРД, например СПД (стационарный плазменный двигатель).
Плазменные двигатели на буксире уже стоят, но они имеют маленькую тягу и не способны выполнять точные маневры, такие, например, как стыковка.
Для выполнения этих маневров на буксир придется ставить вспомогательные химические двигатели. Используя нагревательные двигатели мы бы могли получить довольно большие тяги, но уйти от химии. На буксире все равно имеется избыток мощности, т.к. во время выполнения точных маневров маршевые двигатели не работают.
В принципе, газ можно греть и дугой, но дуга жжет электроды. Ресурс двигателя получается небольшой. А нагревательный - практически вечный.
расскаленное железо + вода будет оксид железа + выделится водород + еще больше тепла. это старый способ получения водорода, его применяли для наполнения газом дирижаблей и воздушных шаров еще в 19 веке. это одна из возможных топливных пар. хз, но твоя ракета на мой взгляд вполне могла бы полететь.
но по мнению других форумчан категорично нет. У меня недостаточно компетенции в данном вопросе чтобы их переубедить :?
возможно, разработка экперементальных двигателей более стоящая задача для современных ГИРД, чем попытка повторить технологии 30 годов?
Блин, сказали же МАЛАЯ ЭНЕРГОЕМКОСТЬ, от себя: и большие потери энергии.....
да ни такая у и малая
4Fe + 2H2 O + 3O2 -> 2(Fe2O3 * H2O) + 7,16 MДж/кг
железо:
Плотность 7,874 г/см
Зачем раскалять, плавить. Просто взять "термит" и сделать воздушно прямоточную твёрдотопливную ступень. Экологии алюминием и железом не навредишь.
mark200000, в точности ваш проект:
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/content/numbers/203/37.shtml
Saul, я раз такое посчитал, получилось совсем плохо. Мне тогда хотелось двигателя, который никогда не взрывается :).