В одной из тем я написал, что маховики можно использовать для получения электрической энергии за счет расхода реактивного топлива, имеющегося на КА.
Решил начать новую тему об этом, потому что возник массовый интерес:
Harsky: "как это?"
foogoo: "Гость не джентльмен, сам на слово никому не верит, и ему на слово верить нельзя совсем, убеждались уже много раз."
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=3552&start=210
На самом деле это очень просто. Пусть у нас есть КА с двигателями ориентации и маховиком, например таким:
http://space-power.grc.nasa.gov/ppo/projects/flywheel/fes.html
1) Накопление энергии.
Расходуя рабочее тело, с помощью двигателей создаем момент, который компенсируем за счет увеличения скорости вращения маховика.
Когда накопили нужное количество энергии - перестали расходовать рабочее тело, перестали создавать момент, перестали увеличивать скорость вращения маховика.
2) Выделение энергии.
Подключаем к маховику нагрузку и снимаем с него электрическую энергию. При этом нам снова приходится расходовать рабочее тело, чтобы компенсировать момент, возникающий при уменьшения скорости вращения маховика.
Вот и все.
Я думал, что это даже школьникам без объяснений будет понятно.
Одни предлагают турбинами/лопатками рабочее тело механически разгонять, другие для получения электричества выбрасывать рабочее тело за борт.
Сон разума!
Гость, на КК рабочее тело единственный невосполнимый ресурс и единственный источник момента. А вы его вот так просто раз и за борт... :cry:
foogoo: "Сон разума! Гость, на КК рабочее тело единственный невосполнимый ресурс и единственный источник момента. А вы его вот так просто раз и за борт"
Вопросы были не о том, зачем это делать, а о том, как это делать.
Но я могу привести несколько примеров, когда это могло бы понадобиться.
1) При возникновении аварийной ситуацим, когда система ориентации КА теряет знание направления на Солнце. В этом случае солнечные батареи могут находится в произвольном положении относительно Солнца. Следовательно поступление энергии от солнечных батарей может оказаться недостаточным.
Такая ситауция может быть даже штатной непосредственно после выведения КА.
В этом случае, указаннный мной способ мог бы опеспечить необходимый приток электроэнергии в течении времени необходимого для возобновление или начала нормального режима поступления энергии от солнечных батарей.
2) На МКС хотят провести некоторый эксперимент, для которого требуется повышенный расход электроэнергии, не вписывающийся в обычный энергобаланс.
3) На МКС скопились излишки топлива, которые нужно быстро истратить.
Ну и так далее....
foogoo: "на КК рабочее тело единственный невосполнимый ресурс и единственный источник момента"
Не знаю, что Вы обозначаете словом "ресурс". Пленка спутников фоторазведки - это ресурс или нет? Ресурс приборов - это ресурс или нет?
Но рабочее тело - это точно не единственный источник момента. В качестве источников момента могут использоваться и используются, например, гравитационное и магнитное поля, солнечное давление.
Ой, а может сразу турбинку этим рабочим телом раскручивать и зарядить конденсаторы/ионисторы. Чтобы "поймать" Солнце энергии хватит, а дальше пусть СБ работает.
Как-то не хочется КА лишний раз изгибающим моментом нагружать - птичку жалко :)
ЦитироватьНо я могу привести несколько примеров, когда это могло бы понадобиться.
1) При возникновении аварийной ситуацим, когда система ориентации КА теряет знание направления на Солнце. В этом случае солнечные батареи могут находится в произвольном положении относительно Солнца. Следовательно поступление энергии от солнечных батарей может оказаться недостаточным.
Такая ситауция может быть даже штатной непосредственно после выведения КА.
В этом случае, указаннный мной способ мог бы опеспечить необходимый приток электроэнергии в течении времени необходимого для возобновление или начала нормального режима поступления энергии от солнечных батарей.
В настоящее время в известных мне системах ориентации при таком развитии событий включается аварийный контур, который используя реактивные двигатели (и расходуя рабочее тело) по простейшей логике довольно быстро восстанавливает ориентацию КА на Солнце.
Экономия рабочего тела это высший приоритет.
Учитывайте так же и следующее. Популярные на КА однокомпонентные реактивные двигатели требуют поддержания рабочей температуры около 400 - 500 град. на катализаторе. Что само приводит к расходу электроэнергии.
Ещё момент. Существуют области, где включение реактивного двигателя категорически недопустимо из-за неизбежной порчи орбиты (Глонасс). Более того, для исключения влияния каких-либо утечек, после ввода КА в штатный режим полностью перекрывают клапан на баке, вакуумируют магистрали, выключают нагрев и ДУ переходит в режим хранения.
Таким образом, думаю, если уж решили вырабатывать эл. энергию "расходным" путём, то надо ставить топливные элементы и не мучиться.
Цитировать1) Накопление энергии.
Расходуя рабочее тело, с помощью двигателей создаем момент, который компенсируем за счет увеличения скорости вращения маховика.
Каким образом будет производиться увеличение скорости вращения маховика?
Турбинка нужна, однако.. И отдельный движок дующий на неё.. Главное, не додуматься до электродвигателя :wink:
А не проще ли сделать два противовращающихся маховика, и ТОРМОЗИТЬ один из них в бОльшей степени? Будет и энергия, и момент.
Alexandrc: "Каким образом будет производиться увеличение скорости вращения маховика?"
За счет обратной связи в цепи управления ротором маховика. Когда включаются двигатели, КА поворачивается вокруг ротора маховика. Это приводит к появления электрического тока, который используется для увеличения скорости вращения маховика.
В идеале, без учета сил трения и прочих потерь, ситуация выглядит так:
На КА действует момент, создаваемый двигателями, и противоположный по направлению момент, создаваемый электромагитными силами в маховике.
На ротор маховика действует момент, создаваемый электромагнитынми силами, который противоположен по направлению аналогичному моменту, действующему на КА.
Feol: "В настоящее время в известных мне системах ориентации при таком развитии событий включается аварийный контур, который используя реактивные двигатели (и расходуя рабочее тело) по простейшей логике довольно быстро восстанавливает ориентацию КА на Солнце."
Предположим, что и аварийный контур поломался...
Feol: "Таким образом, думаю, если уж решили вырабатывать эл. энергию "расходным" путём, то надо ставить топливные элементы и не мучиться."
Конечно, Вы правы. Я просто так этот способ предложил, не всерьез.
hcube: "А не проще ли сделать два противовращающихся маховика, и ТОРМОЗИТЬ один из них в бОльшей степени? Будет и энергия, и момент."
А можно более подробно описать эту схему?
Два маховика в магнитном подвесе, с постоянной закруткой. На оси маховиков - электродвигатели-генераторы. Маховики соосны, вращаются с одной скоростью в разные стороны. В момент Х начинаем снимать мощность с маховика 1 - аппарат крутится в одну сторону. Прекращаем и снимаем мощность с маховика2 - аппарат крутится в другую сторону. Снимаем ожинаковую мощность с обоих - аппарат не крутится, а мощность есть.
Аналогично для двух оставшихся координат.
hcube: "Два маховика в магнитном подвесе, с постоянной закруткой. На оси маховиков - электродвигатели-генераторы. Маховики соосны, вращаются с одной скоростью в разные стороны. В момент Х начинаем снимать мощность с маховика 1 - аппарат крутится в одну сторону. Прекращаем и снимаем мощность с маховика2 - аппарат крутится в другую сторону. Снимаем ожинаковую мощность с обоих - аппарат не крутится, а мощность есть"
Понятно. Вот NASA-вский проект эксперимента, с использованием двух маховиков.
http://space-power.grc.nasa.gov/ppo/projects/flywheel/papers/ACESE_at_Glenn_Jansen.pdf
ЦитироватьСнимаем ожинаковую мощность с обоих - аппарат не крутится, а мощность есть.
Аналогично для двух оставшихся координат.
Ничего не выйдет.
Повернуть будет очень трудно. В случае с двумя соосными маховиками, поворачивать можно будет только вокруг одной единственной оси - оси маховиков. Поворачивать по другим осям будет возможно только после полной остановки указанных маховиков.
Гироскоп — Википедия (http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B8%D1%80%D0%BE%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%BF)
ЦитироватьСвойства роторного гироскопа
При воздействии момента внешней силы, стремящейся изменить направленность в пространстве оси вращения гироскопа, ось гироскопа начинает отклоняться не в направлении силы, а в перпендикулярном направлении. В результате такого воздействия ось вращения гироскопа начнёт вращаться, описывая конус, вокруг оси, перпендикулярной направлению приложенной силы (явление прецессии).
Данное свойство напрямую связанно с эффектом возникновения Кориолисовой силы. Так, при воздействии момента внешний силы гироскоп поначалу будет вращаться именно в направленнии действия внешнего момента (нутационный бросок). Каждая частица гироскопа будет таким образом двигаться с переносной угловой скоростью вращения из-за момента. Но роторный гироскоп, помимо этого, и сам вращается, значит каждая частица будет иметь относительную скорость. Следовательно, возникнет кориолисова сила, которая будет заставлять гироскоп двигаться в перпендекулярном приложенному моменту направлению то есть прецессировать. Прецессия вызовет кориолисову силу, момент которой скомпенсирует момент внешней силы.
Гироскопический эффект вращающихся тел есть проявление коренного свойства материи — её инертности.
(https://img.novosti-kosmonavtiki.ru/76670.jpg)
Два по физике (с) ;-)
Пара одинаковых маховиков, вращающихся с одинаковой скоростью в разные стороны ВООБЩЕ не имеет суммарного момента вращения. Все гироскопические моменты в ней замкнуты внутри общей рамы подвеса.
Но даже и просто три маховика (имеющих три ортогональные компоненты в ориентации осей) ВСЕГДА имеют такую комбинацию воздействий на них, чтобы повернуть раму подвеса в нужную сторону. Просто использование парных маховиков упрощает расчет этого поворота.
ЦитироватьДва по физике (с) ;-)
:roll:
ЦитироватьА не проще ли сделать два противовращающихся маховика, и ТОРМОЗИТЬ один из них в бОльшей степени? Будет и энергия, и момент.
Вы предложили классический гиродин! Исполнительный орган системы ориентации. Перераспределение кинетического момента между роторами создаёт момент относительно оси, параллельной оси вращения роторов при номинальном положении. Это "маховичный" канал. Развод - сведение осей вращения создает гироскопический момент в перпендикулярной плоскости. 2 таких прибора (4 ротора) достаточно для управления по трём осям.
ЦитироватьFeol: "В настоящее время в известных мне системах ориентации при таком развитии событий включается аварийный контур, который используя реактивные двигатели (и расходуя рабочее тело) по простейшей логике довольно быстро восстанавливает ориентацию КА на Солнце."
Предположим, что и аварийный контур поломался...
...
:)
Командир экзаменует солдата:
Ты видишь, что в тебя целится враг. Что будешь делать?
Стреляю в него из автомата!
Произошла осечка, патрон перекосило, затвор заклинило...
Кидаю гранату!
Граната не взорвалась...
Выхватываю нож и бию противника!
Вы промахнулись, попали в камень, нож сломался...
Товарищ командир, а вы на чъей стороне воюете?
:D
ДалекийГость, просто нет слофф, адни букаффы.
Вот так Feol, как видите до электромоторчика и того, что его можно обратить, додумался. :shock:
ЦитироватьДва по физике (с) ;-)
Ну, что не передумали? :D
Это Вам двойка, уважаемый hcube. Два маховика будут взаимокомпенсировать моменты только если их массы, диаметры и скорости вращения одинаковы, иначе... см. выше.
По вашей схеме соосные маховики
всегда будут вращаться с разной скоростью.
Да, и как вы эту конструкцию из 6 маховиков имени ДалекогоГостя собираетесь засовывать в сопло? :lol:
ЦитироватьAlexandrc: "Каким образом будет производиться увеличение скорости вращения маховика?"
За счет обратной связи в цепи управления ротором маховика. Когда включаются двигатели, КА поворачивается вокруг ротора маховика. Это приводит к появления электрического тока, который используется для увеличения скорости вращения маховика.
В идеале, без учета сил трения и прочих потерь, ситуация выглядит так:
На КА действует момент, создаваемый двигателями, и противоположный по направлению момент, создаваемый электромагитными силами в маховике.
На ротор маховика действует момент, создаваемый электромагнитынми силами, который противоположен по направлению аналогичному моменту, действующему на КА.
Т.е. вы предлагаете не только включить двигатель, когда корабль потерял ориентацию, но и покрутить корабль для пущей страсти, чтоб все еще сильнее запутать? :shock:
Давайте развернём вопрос так (возможно, автор это и имел ввиду по сути):
Может ли быть смысл использования в космосе расходующего электрогенератора не в виде топливных элементов, а как электро-механического устройство? Т., е. например, поршневой ДВС (подаём и окислитель, естественно) + генератор, газовая турбина + генератор и т. п. Этакий космический вариант дизель-генератора?
Получится "действующая модель паровоза в натуральную величину"(с).
Зачем все это? Топливные элементы надежнее, проще и легче.
ЦитироватьПолучится "действующая модель паровоза в натуральную величину"(с).
Зачем все это? Топливные элементы надежнее, проще и легче.
Угу. Только не всякое топливо в него можно запихнуть.
ТЭ на перекиси или гидразине есть?
Во! Становится интереснее. Итак, может ли понадобится "космический дизель-генератор" на долгохранимых компонентах?
ЦитироватьЦитироватьЦитировать1) Накопление энергии.
Расходуя рабочее тело, с помощью двигателей создаем момент, который компенсируем за счет увеличения скорости вращения маховика.
Каким образом будет производиться увеличение скорости вращения маховика?
За счет обратной связи в цепи управления ротором маховика. Когда включаются двигатели, КА поворачивается вокруг ротора маховика. Это приводит к появления электрического тока, который используется для увеличения скорости вращения маховика.
В идеале, без учета сил трения и прочих потерь, ситуация выглядит так:
На КА действует момент, создаваемый двигателями, и противоположный по направлению момент, создаваемый электромагитными силами в маховике.
На ротор маховика действует момент, создаваемый электромагнитынми силами, который противоположен по направлению аналогичному моменту, действующему на КА.
МИН-НУТОЧКУ, МИН-НУТОЧКУ... Это что же это такое получается?
Мы, получая энергию от разницы вращения двух элементов системы, тратим её на то, чтобы эту самую разность вращения УВЕЛИЧИТЬ ???
Это что, как Мюнхгаузен сам себя из болота?
Народ, да нас всех тут РАЗВОДЯТ !!![/size]
ОХ, ВОТ ЭТО УМОРА... :lol: :lol: :lol:
Цитировать1) Накопление энергии.
Расходуя рабочее тело, с помощью двигателей создаем момент, который компенсируем за счет увеличения скорости вращения маховика.
Когда накопили нужное количество энергии - перестали расходовать рабочее тело, перестали создавать момент, перестали увеличивать скорость вращения маховика.
2) Выделение энергии.
Подключаем к маховику нагрузку и снимаем с него электрическую энергию. При этом нам снова приходится расходовать рабочее тело, чтобы компенсировать момент, возникающий при уменьшения скорости вращения маховика.
Вот и все.
Я думал, что это даже школьникам без объяснений будет понятно.
Вот тут непонятки:
Цитировать1) Накопление энергии.
Расходуя рабочее тело, с помощью двигателей создаем момент, который компенсируем за счет увеличения скорости вращения маховика.
Получается сначала тратим топливо на раскрутку корабля и тратим эл.энергию, а потом апять тратим топливо но вырабатываем эл.энергию - а смысл?
ЦитироватьЗа счет обратной связи в цепи управления ротором маховика. Когда включаются двигатели, КА поворачивается вокруг ротора маховика. Это приводит к появления электрического тока, который используется для увеличения скорости вращения маховика.
В идеале, без учета сил трения и прочих потерь, ситуация выглядит так:
На КА действует момент, создаваемый двигателями, и противоположный по направлению момент, создаваемый электромагитными силами в маховике.
На ротор маховика действует момент, создаваемый электромагнитынми силами, который противоположен по направлению аналогичному моменту, действующему на КА.
Ага, понял! Значит имеем:
Допустим 10-ти тонный аппарат. Внутри, допустим, 10-ти килограмовый маховик.
Раскручиваем 10 тонный аппарат двигателями, сжигая ... ну допустим 5 кг топлива.
При УИ двигателя 3000 м/с - импульс топлива 5*3000=15000
Допусти плечё было 3 метра тогда момент импулься в районе ~45000
Маховик внутри получает момент импульса примерно в ~100 000 раз меньше ( его масса в 1000 раз меньше, размер в ~10 раз меньше и окружная скорость соответственно тоже в ~10 раз меньше - итого 1000*10*10= в 100 000 раз меньше. )
Т.е. около 10 кг*45000/100000 = 4,5 Дж (не кило-, не мега- а просто джоулей)
КПД эл.генератора допустим 80% - получаем ~3.6 Дж электричества из 5 кг горючего.
Потом начинаем тормозить двигателями вращение 10-ти тонного аппарата.
Сжигаем ещё 5 кг топлива, а с маховика снимаем накопленную в его вращениии энергию (как уже говорил она примерно в 100 000 раз меньше энергии вращения корабля)
Итого получаем ~7.2 Дж электричества из 10 кг горючего.
Вот ... :roll:
---------------------------------------------------------------------
Я вот второй день читаю этот топик и незнаюю смеятся мне или плакать?
И над кем?
Допустим 10-ти тонный аппарат. Внутри, допустим, 1000 килограмовый маховик.
Раскручиваем 10 тонный аппарат двигателями, сжигая ... ну допустим 5 кг топлива.
При УИ двигателя 3000 м/с - импульс топлива 5*3000=15000
Допустим плечо было 3 метра тогда момент импулься в районе ~45000
Маховик внутри получает момент импульса примерно в ~40 раз меньше ( его масса в 10 раз меньше, размер в ~1/2 раз меньше и окружная скорость соответственно тоже в ~1/2 раз меньше - итого 10*2*2= в 40 раз меньше. )
Т.е. около 1000 кг*45000/40 = 1.125 мДж (не просто, не кило- а мегаджоулей)
КПД эл.генератора допустим 80% - получаем ~0.9 мДж электричества из 5 кг горючего.
Потом начинаем тормозить двигателями вращение 10-ти тонного аппарата.
Сжигаем ещё 5 кг топлива, а с маховика снимаем накопленную в его вращениии энергию (как уже говорил она примерно в 40 раз меньше энергии вращения корабля)
Итого получаем ~1.8 мДж электричества из 10 кг горючего.
ЦитироватьДопустим 10-ти тонный аппарат. Внутри, допустим, 1000 килограмовый маховик.
Да чего мелочиться! Давайте сразу 5000 килограмовый маховик. :lol: :lol: :lol:
"новый силовой гиродин /гироскоп/ размером со среднюю стиральную машину и весом около 300 кг"
http://newsinfo.ru/news/2005/08/prn_news1226137.php?id_r=10
Маховики могут полностью заменить и гиродины и аккумуляторы.
ЦитироватьИтого получаем ~1.8 мДж электричества из 10 кг горючего.
Ооу! Вы это полагаете большим достижением? :)
Если просто сжечь 10 кг топлива получится около 200-300 МДж тепла.
Если сжечь в турбинке то около 90-160 МДж энергии или ~70-130 МДж эл.энергии.
А чтоб получить в турбине 1.8 МДж эл.энергии надо всего 100-200 грамм топлива. И ненужен 1000 килограмовый маховик занимающий половину места.
А топливные элементы ещё в ~1.5 раза лучше.
Цитировать"новый силовой гиродин /гироскоп/ размером со среднюю стиральную машину и весом около 300 кг"
http://newsinfo.ru/news/2005/08/prn_news1226137.php?id_r=10
Маховики могут полностью заменить и гиродины и аккумуляторы.
Не спорю. Могут.
Конечено, это не достижение. Это просто некоторая возможность. Нечто подобное используется на практике - в часах с автоподзаводом.
Конечно, топливные элементы и турбины эффективнее "сжигают" топливо. Они специально для этого предназначены.
Компьютеры с автоподзаводом
http://www.crn.ru/?ID=445255
:D
ЦитироватьЦитироватьДопустим 10-ти тонный аппарат. Внутри, допустим, 1000 килограмовый маховик.
Да чего мелочиться! Давайте сразу 5000 килограмовый маховик. :lol: :lol: :lol:
Если уж действительно не мелочиться, то надо маховик минимум в 9000 кг :shock:
Alexandrc: "Если уж действительно не мелочиться, то надо маховик минимум в 9000 кг"
Рассуждая аналогично, проверим можно ли использовать двигатели внутреннего сгорания для автомобилей.
Возьмем к примеру 1 тонный автомобиль и двигатель весом 1 кг. Не получается? Сколько говорите двигатель должен весить? 300 кг???? А почему, "если уж действительно не мелочиться" не 999 кг ?!
Вывод: двигатели внутреннего сгорания в принципе не могут использоваться на автомобилях.
Получить электроэнергию за счет расхода рабочего тела любой дурак сможет.
А вот как бы было бы здорово получить рабочее тело за счет расхода элекроэнергии... :)
ЦитироватьAlexandrc: "Если уж действительно не мелочиться, то надо маховик минимум в 9000 кг"
Рассуждая аналогично, проверим можно ли использовать двигатели внутреннего сгорания для автомобилей.
Возьмем к примеру 1 тонный автомобиль и двигатель весом 1 кг. Не получается? Сколько говорите двигатель должен весить? 300 кг???? А почему, "если уж действительно не мелочиться" не 999 кг ?!
Вывод: двигатели внутреннего сгорания в принципе не могут использоваться на автомобилях.
Во-первых: не надо читать между букв, читайте сами буквы.
Во-вторых: ваша аналогия не состоятельна.
ЦитироватьПолучить электроэнергию за счет расхода рабочего тела любой дурак сможет.
А вот как бы было бы здорово получить рабочее тело за счет расхода элекроэнергии... :)
Ха! Электролиз воды ! :)
Можно и покруче :) . E = mc2 . Ускоритель на борту КА, преобразование кинетической энергии в массу покоя, сбор частиц... КПД пока (очень мягко говоря) невелик, зато какой простор в управлении характеристиками рабочего тела! :) Хотите, скажем, антиматерию?..
Про че вы тут разговариваите? А?
Дурью маемся :mrgreen: