Форум Новости Космонавтики

Какие существуют в природе накопители, в которые можно забить более 10 МДж/кг ?

Дрова - удельная теплота сгорания - 19 Мдж/кг
Антрацит - 32 Мдж/кг
 :D

ЦитироватьДрова - удельная теплота сгорания - 19 Мдж/кг
Антрацит - 32 Мдж/кг
 :D

Хотелось бы отметить, что это теплотворная способность БЕЗ УЧЕТА МАССЫ ОКИСЛИТЕЛЯ ;) Так, что можно смело делить на 3-4

Ммм... ну, всякая экзотика, у которой водород менее связан, чем в молекуле водорода. Дейтрид лития какой-нибудь ;-) Окислитель видимо кислород оптимален - двухвалентный. Можно попробовать не просто кислород, а легкие изотопы кислорода, причем в молекуле озона ;-).

Но вообще на химии сильно больше не получишь - прочность даже самых ближних к ядру валентных связей не позволит.  Если хочется УИ больше - надо или использовать внешнее рабочее тело, или дополнительно вкачивать энергию в плюс к энергии сгорания.

Как энергетический контейнер непревзойденными качествами обладает вода. А разлагать ее на водород кислород надо электрохимическими методами, из которых электролиз наиболее дубовый и не интересный. Хотя в дальних полетах не очень далеко от Солнца и он сгодится. Большие перспективы в этой области открывают нанотехнологии, позволяющие хранить и разлагать кластерную воду на ультра дисперсных адсорбционных носителях, типа алюминия, могущих выступать в роли топлива наряду с водородом. Дело за инженерно-технологическим оформлением процессов. Но нет пока серьезного заказа со стороны ракетчиков, плохо информированных о перспективах и полностью погруженных в  высасывание крохотных преимуществ в рамках традиционных подходов.

ЦитироватьКакие существуют в природе накопители, в которые можно забить более 10 МДж/кг ?

Энергия химической связи лежит в диаппазоне 10-1000кДж/моль, то-есть легко можно подобрать химические вещества, состоящие из легких элементов, чье привращения даст энерговыделение на уровне 10 МДж/кг.

Ну и про изотопные генераторы забывать не следует!

ЦитироватьКак энергетический контейнер непревзойденными качествами обладает вода. А разлагать ее на водород кислород надо электрохимическими методами, из которых электролиз наиболее дубовый и не интересный. Хотя в дальних полетах не очень далеко от Солнца и он сгодится. Большие перспективы в этой области открывают нанотехнологии, позволяющие хранить и разлагать кластерную воду на ультра дисперсных адсорбционных носителях, типа алюминия, могущих выступать в роли топлива наряду с водородом. Дело за инженерно-технологическим оформлением процессов. Но нет пока серьезного заказа со стороны ракетчиков, плохо информированных о перспективах и полностью погруженных в  высасывание крохотных преимуществ в рамках традиционных подходов.

Энтальпия образования
LiF - 612 кДж/моль;
BeO - 598 кДж/моль
HF - 271 кДж/моль
H2O - 286 кДж/моль

То KBOB

Сравнение термодинамических данных это лобовой подход в русле уже пройденного. Например методы химии высоких энергий позволяют рассчитывать в принципе и на энергии ионизации не только внешних электронных оболочек. А сочетание методов нанотехнологиЙ, химии супрамолекулярных соединений, гетерогенного фотостимулированного катализа и электрохимии открывают новое обширное поле для использования экзотических видов ракетного топлива химической природы.

Пока для двигателей малой  и средней тяги.

Народ, а давайте приводить не в КДж/моль, а в КДж/кг ;-). Алюминий - да, известная штука, он в присутствии щелочи отлично вытесняет водород из воды. Одна маленькая проблемка - у него атомная масса высокая ;-) Водорода на атм кислорода надо два атома - 2 г/моль. А алюминия - 0.6 атома, он окиесел Al2O3 образует. Масса алюминия - 27, т.е. 18 г/моль кислорода. Вместо двух.

Мне кажется, самое оптимальное - пара водород-озон. Может быть какое то экзотическое соединение водорода, хотя вроде и метан, и аммиак дают УИ меньше, чем просто у водород-кислорода.

Если на выходе нужен газ, то все не так весело (отрицательная энтальпия при н.у.):
LIF -- 339 кДж/моль = 13.0 МДж/кг
BeO -- -134 кДж/моль = -5.6 МДж/кг
HF -- 271 кДж/моль = 13.6 Мдж/кг
H2O -- 242 кДж/моль = 13.4 Мдж/кг

При этом при н.у. газообразный оксид бериллия -- это эндотермическое соединение, для получения которого нужно дополнительное тепло. :)
А если считать честно, нужны зависимости теплоемкостей и энтропии от температуры.

Но, в любом случае, природу не обманешь -- получится около 13 МДж/кг

В качестве окислителя можно применять (отрицательная энтальпия при н.у.):
O3 -- -142 кДж/моль
OF2 -- -25 кДж/моль

Но много это не даст:
3Н2+O3=3H2O -- 242+142/3=289 кДж/моль = 16.1 МДж/моль

А вот с устойчивостью этой дряни...

Интерес представляют сложные каскадные химические превращения. Высокий УИ может быть получен не за счет максимальной энергии  одностадийной экзо-реакции  компонетов с малой атомной массой, проводимой при большом давлении. Часть энергии в многостадийном процесс может быть получена в виде энергии свободных электронов, используемой физическими методами для организации пробоя в плазме либо процессов каскадной ударной ионизации. При этом появляется возможность использовать энергию связи части внутренних электронных оболочек. А высокоионизованную плотную плазму дополнительно разгонять за счет энергии магнитных полей внешнего источника ЭДС или  за счет части энергии, высвобожденной в многостадийном процессе. Даже с учетом КПД превращения тепловой энергии в электромагнитную УИ может оказаться  достаточно высоким. При многостадийном процессе можно сжечь в качестве топлива и основную часть ультрадисперсного контейнера-носителя из магния или алюминия. При этом как бы используется в качестве топлива часть баковой конструкции.

В качестве контейнера-носителя могут быть использованы и супрамолекулярные соединения на основе углерода(фулерены и его аналоги)  или  супрамолекулярной металлоорганики.

ЦитироватьНарод, а давайте приводить не в КДж/моль, а в КДж/кг ;-). Алюминий - да, известная штука, он в присутствии щелочи отлично вытесняет водород из воды. Одна маленькая проблемка - у него атомная масса высокая ;-) Водорода на атм кислорода надо два атома - 2 г/моль. А алюминия - 0.6 атома, он окиесел Al2O3 образует. Масса алюминия - 27, т.е. 18 г/моль кислорода. Вместо двух.

Мне кажется, самое оптимальное - пара водород-озон. Может быть какое то экзотическое соединение водорода, хотя вроде и метан, и аммиак дают УИ меньше, чем просто у водород-кислорода.

Энтальпия образования
LiF - 612 кДж/моль (23.5 МДж/кг)
BeO - 598 кДж/моль  (22.1 МДж/кг)
HF - 271 кДж/моль (13.6 МДж/кг)
H2O - 286 кДж/моль (15.9 МДж/кг)

Озон богаче энергией, чем кислород на ~3 МДж/кг.
Самой высоко-энергетичной парой является Be + озон 24 МДж/кг

ЦитироватьЕсли на выходе нужен газ, то все не так весело (отрицательная энтальпия при н.у.):
LIF -- 339 кДж/моль = 13.0 МДж/кг
BeO -- -134 кДж/моль = -5.6 МДж/кг
HF -- 271 кДж/моль = 13.6 Мдж/кг
H2O -- 242 кДж/моль = 13.4 Мдж/кг

При этом при н.у. газообразный оксид бериллия -- это эндотермическое соединение, для получения которого нужно дополнительное тепло. :)
А если считать честно, нужны зависимости теплоемкостей и энтропии от температуры.

Но, в любом случае, природу не обманешь -- получится около 13 МДж/кг

В качестве окислителя можно применять (отрицательная энтальпия при н.у.):
O3 -- -142 кДж/моль
OF2 -- -25 кДж/моль

Но много это не даст:
3Н2+O3=3H2O -- 242+142/3=289 кДж/моль = 16.1 МДж/моль

А вот с устойчивостью этой дряни...

А зачем на выходе газ?

ЦитироватьСравнение термодинамических данных это лобовой подход в русле уже пройденного.

Простите, но закон сохранения энергии пока еще не отменяли.

ЦитироватьНапример методы химии высоких энергий позволяют рассчитывать в принципе и на энергии ионизации не только внешних электронных оболочек.

Не возражаю. Но нам же нужно понизить энергию полученных в результате химических реакций соединений. Или же вы собираетесь повысить энергию реагентов? Если последнее -- то еще в 60-е годы (если мне не изменяет память) предлагали использовать в качестве топлива радикалы водорода. Энергия диссоциации молекулы водорода 432 кДж/моль = 216 МДж/кг. Да и молекулярная масса продукта в 9 раз меньше чем у воды. Одно плохо -- пока никому не удалось заставить жить радикалы такого типа время, достаточное для заправки ракеты (и даже много меньшее).

ЦитироватьА сочетание методов нанотехнологиЙ, химии супрамолекулярных соединений, гетерогенного фотостимулированного катализа и электрохимии открывают новое обширное поле для использования экзотических видов ракетного топлива химической природы.

1. Хотелось бы понять, при чем тут нанотехнология?
2. Супрамолекуклярные соединения:
Supramolecular chemistry refers to the area of chemistry beyond the molecules and focuses on the chemical systems made up of a discrete number of assembled molecular subunits or components. The forces responsible for the spatial organization may vary from weak (intermolecular forces, electrostatic or hydrogen bonding) to strong (covalent bonding), provided that the degree of electronic coupling between the molecular component remains small with respect to relevant energy parameters of the component.
По-моему, к рассматриваемому вопросу это отношения не имеет.
3. Катализ не изменяет состава получающихся соединений. Он может только ускорить одну из веток параллельной реакции.
4. А причем тут электрохимия?

ЦитироватьА зачем на выходе газ?

Ну так мы ракетный двигатель делаем. Следовательно нам нужно понизить молекулярную массу истекающих соединений.
Да, и при этом если BeO кипит при 4100°C, то вода кипит при 100...

ЦитироватьИнтерес представляют сложные каскадные химические превращения. ...

Но энергия будет все равно той же самой. Или вы предлагаете делать плазму химическими методами, а потом доразгонять?

ЦитироватьКакие существуют в природе накопители, в которые можно забить более 10 МДж/кг ?

Отличный вопрос! Браво!

Цитировать

ЦитироватьИнтерес представляют сложные каскадные химические превращения. ...

Но энергия будет все равно той же самой. Или вы предлагаете делать плазму химическими методами, а потом доразгонять?

Той же самой по сравнению с чем? В основе получения плазмы лежит физический процесс ионизации. Ионизация может быть чисто термическая за счет экзоэнергии разрыва химических связей или внешнего нагрева, а может иметь и другие сопутствующие  физические механизмы электромагнитной  природы.
А УИ не зависит линейно от энтальпии реакций в КС.

ЖРД конечно мы не делаем. Но факт в том, что плотность энергии на КИЛОГРАММ выше у тех веществ, у которых на одну валентную связь этих самых килограммов поменьше. Кроме того, у них и связи более прочные. Поэтому в качесте донора или акцептора электронов лучше водорода ничего не найти. Ну да, можно еще бериллий - но он ядовитый, и, как правильно тут указали, ни разу не газ после реакции. Хотя может это и хорошо.

В общем, если нужна батарейка - то некий топливный элемент на компонентах бериллий-озон. Если ЖРД - то озон-кислород.

Только вот озон как то очень плохо хранится, и уж тем более перевозится в чистом 100%-ом виде.

Фтор черезчур агрессивный, хотя это и не приговор.

Литий и берилий это как бы немного твердое топливо, и качегарку нужно будет делать, как для твердого топлива. Ладно литий плавится полегче, а для берилия нужны будут в штате кочегары, иначе вся реакция выделения энергии будет происходить только в месте хранения этого самого берилия.

Да и с водородом, с заправкой и транспортировкой гимарой не так просто, хотя успешный опыт есть, нужно только волевое решение.

Так что из химии дальше чем водород-кислород в промышленных масштабах ни чего не выжать. Обратим свои взоры к ядерной и солнечной энергии за пределами атмосферы лучшего "неизсякаемого" источника энергии не найти. (пока)

Уран 235, 233, Плутоний 239 и так далее.
Там проблема обратная - как справится с такими тепловыми потоками.
И ее решение приводит к ГФЯРД.

Я думаю, значим и объёмный показатель плотности энергии, тех же 10 МДж/кг. Одно дело Магний, а другое Водород.
Кроме этого немаловажно фазовое состояние энергетического материала.

ЦитироватьЯ думаю, значим и объёмный показатель плотности энергии, тех же 10 МДж/кг. Одно дело Магний, а другое Водород.
Кроме этого немаловажно фазовое состояние энергетического материала.

В первом приближении можно не учитывать. Для химических источников энергии массма хранилища не превышает в среднем 10% от массы энергоносителя.
Вот для атомного топлива, конечно, необходимо учитывать и массу хранилища и, возможно, преобразователя и рабочего тела.

Существуют ещё расходы на производство энергетического материала.
Типа дрова собрать на опушке леса или построить цех по производству, хранению и заправки ракеты водородом.

Цитировать

ЦитироватьЯ думаю, значим и объёмный показатель плотности энергии, тех же 10 МДж/кг. Одно дело Магний, а другое Водород. Кроме этого немаловажно фазовое состояние энергетического материала.

В первом приближении можно не учитывать.

Учитывать это все-таки нужно.
Например можно в качестве энергонакопителя использовать легкий газ (гелий) разогретый до состояния полной ионизации и выше. Энтальпия горячей плазмы будет настолько велика, что плотность запасенной энергии даже с учетом массы контейнера легко превысит и 10, и 20, и 30 МДж/кг.  Минус ровно один -  низкая объемная плотность энергии. Поэтому здесь необходимо ввести еще один критерий, скажем объемная плотность энергии должна быть не хуже чем у LOX/LH2 (3.6 ГДж/м3)

Не будет. Действительно, на единицу массы в плазме запасено дофига энергии... но... но есть проблема ее удержания. С этой точки зрения плазма - это сильно перегретый газ. И давление она оказывает такое же как газ. Давление пропорционально температуре, запас энергии - тоже температуре. Выигрыша один фиг нету ;-)

Народ, не мучьтесь ;-) Принципиальный выигрыш по отношению к водород-кислороду химико-физические методы не дают. Только ядерные. Скажем, бэта-распад трития до электрона плюс гелий-3. Но там немножко большой период полураспада - для АМС намана, а для выведения на LEO - фигня ;-).

ЦитироватьНе будет. Действительно, на единицу массы в плазме запасено дофига энергии... но... но есть проблема ее удержания. С этой точки зрения плазма - это сильно перегретый газ. И давление она оказывает такое же как газ. Давление пропорционально температуре, запас энергии - тоже температуре. Выигрыша один фиг нету ;-)

отнюдь
запас - это энергия потраченная на ионизацию плазмы. например у гелия потенциал ионизации - 25 эВ, а температура, при которой он может жить в ионизованном состоянии ~ 2-3 эВ. Хотя конечно по большому счету все это чистый сфероконь в вакууме.

Цитироватьотнюдь
запас - это энергия потраченная на ионизацию плазмы. например у гелия потенциал ионизации - 25 эВ, а температура, при которой он может жить в ионизованном состоянии ~ 2-3 эВ. Хотя конечно по большому счету все это чистый сфероконь в вакууме.

А с чего это вдруг? :)
Термодинамику отменили?

Если охладить геливую плазму до 2-3эВ она начнёт, ессно, рекомбинировать. И ионизованой в итоге окажется только та часть плазмы, которая должна быть ионизированой при такой температуре.
И, конечно, плазму очень сложно термоизолировать: даже при идеальном магнитном удержании излучательные потери достаточно высоки.

ЦитироватьНе будет. Действительно, на единицу массы в плазме запасено дофига энергии... но... но есть проблема ее удержания. С этой точки зрения плазма - это сильно перегретый газ. И давление она оказывает такое же как газ. Давление пропорционально температуре, запас энергии - тоже температуре. Выигрыша один фиг нету ;-)

Зато легче потратить, что тоже может быть полезно.
Ну например, если я правильно понимаю, при аэродинамическом спуске с орбиты горячую плазму используют для рассеивания тепла.

Исторически сложилось так, что большую часть знаний о свойствах и поведении плазмы получены применительно к задачам термоядерного синтеза. (за исключением задач по газовой динамике и горению.) А там проблема удержания плазмы является краеугольной.
Применительно к РД такая проблема не стоит вовсе. Здесь краеугольной задачей является эффективный, с точки зрения получения  максимальной скорости истечения, вывод плазменного потока..
Это различие необходимо учитывать при оценке эффективности плазмы, как энергетического контейнера.

До сих пор в двигателестроении активно не использовались физические методы эффективной ионизации рабочего тела в КС. Причина в отсутствии легких и компактных источников ЭДС. Однако существуют топливные элементы, позволяющие снимать очень большие плотности тока в единицу времени. И, что самое интересное есть, варианты очень мощных  топливных элементов с к крайне интенсивным выделением водорода в результате электро-химической реакции.

Акустическая энергия в КС тоже во многом рассматривается как паразитный процесс. Но если подойти к ней как дополнительному резерву для повышения эффективности ионизации рабочего тела, можно существенно увеличить удельный импульс при той же термодинамической эффективности по энтальпии.

РД на химической энгергии еще весьма далеки от пределов своей эффективности, ИМХО.

А ЗА КАКИМ ЛЕШИМ вам ионизировать рабочее тело в ЖРД?!  :lol:

ЦитироватьА ЗА КАКИМ ЛЕШИМ вам ионизировать рабочее тело в ЖРД?!  :lol:

А за тем что можно еще ускорить рабочее тело _физическими_методами_ и поднять УИ, а эффективно ускорять незаряженные частицы (неионизированное рабочее тело) пока еще не научились.

Энергию (в виде электричества!!!) для доускорения ГДЕ возьмёте? Из тумбочки?

ЦитироватьЭнергию (в виде электричества!!!) для доускорения ГДЕ возьмёте? Из тумбочки?

Из тумбочки :lol:

Дело в том что кроме электромагнитных способов ускорения пока доступно только нагрев, а у нагрева проблема что он греет не только рабочее тело но и стенки камеры сгорания и сопло.
Сейчас уже перепробованы почти все несложные методы удержания нагретого рабочего тела, и уже дальнейший рост УИ сдерживается возможностями роста температуры.
Плюс есть проблема неудобных топлив, например что при сгорании образуются тугоплавкие и очень твердые вещества (по сути абразив).

Можно пытаться далее совершенствовать удержание нагретого рабочего тела, а можно перейти от сильного нагрева к электромагнитному ускорению - если КПД преобразования энергии будет достаточно высоким, электромагнитное ускорение однозначно выгоднее нагрева, особенно с неудобными топливами, вроде аллюминия, тк ускоритель может ускорять и пыль.

Цитироватьа у нагрева проблема что он греет не только рабочее тело но и стенки камеры сгорания и сопло.

Ужасная проблема, просто чудовищная и нерешаемая!  

ЦитироватьСейчас уже перепробованы почти все несложные методы удержания нагретого рабочего тела, и уже дальнейший рост УИ сдерживается возможностями роста температуры.

Да ну?! Сами придумали?
А вам никогда не приходило в голову сравнить температуру и УИ у водородных и керосиновых ЖРД?

Лучче б тумбочку пообсуждали... Ну там МГД с изотопным приводом али СБ/решётки для снятия больших мощностей с луча...

ЦитироватьА ЗА КАКИМ ЛЕШИМ вам ионизировать рабочее тело в ЖРД?!  :lol:

Ионизация рабочего тела в ЖРД может идти и за счет не первых потенциалов ионизации внешней электронной оболочки. А это открывает дополнительный и не слабый резервуар энергии, при рекомбинации этих уровней. Но это все интересно при не чисто термической ионизации.
Ну и прав zyxman, по поводу электромагнитного доразгона. Хотя здесь объехать закон сохранения энергии сложно. Но теоретически можно представить, что даже с учетом КПД преобразования тепловой энергии в электромагнитную эффективность преобразования энергии в кинетическую энергию реактивной струи, будет выше чем в самом совершенном расширительном сопле, за счет той части энергии, которая идет на нагрев сопла и стенок КС.

Насчет тумбочки: читайте внимательно мой предыдущий пост.

Цитироватьтам проблема удержания плазмы является краеугольной.
Применительно к РД такая проблема не стоит вовсе.

Ионизация - это температура порядка единиц эВ, то есть - десятки тысяч градусов. Нет материалов, способных выдержать более-менее длительный контакт с 20000-40000К плотной плазмой.
Замечу, что магнитное удержание к ней тоже неприменимо.

Можете мои фантазии пообсуждать
http://makarov.od.ua/index.php/teoreticheskieosnovi

Плазма в качестве РТ - это конечно здорово, но энергию-то где взять для ее нагрева? ;-) Химия хороша тем, что в ней энергия уже в рабочем теле содержится. А в плазму ее надо вкачивать...

Мое HO - что наилучшим по УИ был бы термоядерный двигатель прямого действия - т.е. линейный реактор, с одной стороны котрого магнитная ловушка открыта и отработанная гелиевая плазма свободно сбрасывается. Но это не в ближайшие десятилетия.

Цитировать

ЦитироватьА ЗА КАКИМ ЛЕШИМ вам ионизировать рабочее тело в ЖРД?!  :lol:

А за тем что можно еще ускорить рабочее тело _физическими_методами_ и поднять УИ, а эффективно ускорять незаряженные частицы (неионизированное рабочее тело) пока еще не научились.

Вчера :) присутствовал при разговоре как раз о том, как получить для ускоренного до ~1 МэВ пучка нейтральных атомов водорода к.п.д. "от розетки" примерно 90%.

ЦитироватьИонизация рабочего тела в ЖРД может идти и за счет не первых потенциалов ионизации внешней электронной оболочки. А это открывает дополнительный и не слабый резервуар энергии, при рекомбинации этих уровней.

Ионизация как источник внутренней энергии мне не очень понятна. Про проблемы удержания плазмы уже выше написано, я про другое. Рекомбинация обычно идёт каскадно, через излучение. Излучение нам зачем? Как сделать направленную тягу - вот, собственно, ещё одна проблема.

ЦитироватьВчера :) присутствовал при разговоре как раз о том, как получить для ускоренного до ~1 МэВ пучка нейтральных атомов водорода к.п.д. "от розетки" примерно 90%.

:shock: и как, если не секрет?   :) И каков при этом, кхм, "ток"?

ЦитироватьИонизация рабочего тела в ЖРД может идти и за счет не первых потенциалов ионизации внешней электронной оболочки. А это открывает дополнительный и не слабый резервуар энергии, при рекомбинации этих уровней.

Вы пытаетесь нарушить закон сохранения энергии? Т.е. 1+1 <> 2?

Цитировать

ЦитироватьИонизация рабочего тела в ЖРД может идти и за счет не первых потенциалов ионизации внешней электронной оболочки. А это открывает дополнительный и не слабый резервуар энергии, при рекомбинации этих уровней.

Вы пытаетесь нарушить закон сохранения энергии? Т.е. 1+1 <> 2?

Вобще то полезно дочитывать посты до конца :) Глядиш, там и ответ на ответ на свои недоумения найти можно. :wink:

Закон сохранения энергии обязан соблюдаться для замкнутой или квазизамкнутой системы. КС и сопло таковыми не являются да же при чистом химическом горении. Еще есть  потенциальная, кинетическая и акустическая энергии от турбины. К ним добавляется энергия источника ЭДС в случае электромагнитной ионизации. В КС и системе электомагнитного доразгона можно только с неким КПД преобразовать энергию энтальпии "плазмы" в энергию реактивной струи. Рабочее тело в КС далеко от равновесия, эффективная температура подобной плотной "плазмы"(степень ионизации не слишком велика) понятие достаточно неопределенное. Если ионизация по механизму каскадного элетрического пробоя в закритической части сопла, то задачи удержания как таковой нет.

ЦитироватьИонизация как источник внутренней энергии мне не очень понятна. Про проблемы удержания плазмы уже выше написано, я про другое. Рекомбинация обычно идёт каскадно, через излучение. Излучение нам зачем? Как сделать направленную тягу - вот, собственно, ещё одна проблема.

Ионизация есть способ увеличить плотность энергии на единицу объема.

А разве при инициации термоядерного заряда по методу Теллера  необходимое давление получают не за счет "излучения"? Энергия "излучения" конечно другая, но принцип тот же.

Цитировать

ЦитироватьВы пытаетесь нарушить закон сохранения энергии? Т.е. 1+1 <> 2?

Вобще то полезно дочитывать посты до конца :) Глядиш, там и ответ на ответ на свои недоумения найти можно. :wink:

Закон сохранения энергии обязан соблюдаться для замкнутой или квазизамкнутой системы. КС и сопло таковыми не являются да же при чистом химическом горении.

Не правда. Системой является ракета + продукты выбрасываемые из нее. И закон сохранения не может быть нарушен. Как бы этого не хотелось. :)

К сожалению, у меня большое подозрение, что вы путаете законы сохранения энергии и импульса с законами термодинамики. :wink:

Не правда, что именно?:) Вы приводите мою цитату, а за тем излагаете примерно тоже самое в другой формулировке. И я, что, где то  высказывал сомнения по поводу необходимости соблюдения закона сохранения энергии?  :roll:
 А законы термодинамики  есть частные  следствие закона сохранения энергии для равновесных и квазиравновесных систем. :wink:   Как и Закон сохранения импульса, но уже безотносительно к равновесности систем.
Ваш вариант квазизамкнутой системы подходит для анализа закона сохранения импульса. Для закона сохранения энергии уже не совсем корректен.  Тепловое излучение в окружающее пространство надо учитывать.
Ваши сомнения - это Ваши сомнения :)

ЦитироватьА законы термодинамики  есть частные  следствие закона сохранения энергии для равновесных и квазиравновесных систем. :wink:  

Ыгы, особенно второй и третий...  

ЦитироватьКак и Закон сохранения импульса, но уже безотносительно к равновесности

Чаааго?! Это, по-вашему, закон сохранения импульса - следствие закона сохранения энергии?!!!!  :shock:

Цитировать

ЦитироватьА законы термодинамики  есть частные  следствие закона сохранения энергии для равновесных и квазиравновесных систем. :wink:  

Ыгы, особенно второй и третий...  

ЦитироватьКак и Закон сохранения импульса, но уже безотносительно к равновесности

Чаааго?! Это, по-вашему, закон сохранения импульса - следствие закона сохранения энергии?!!!!  :shock:

А это в рамках каких допущений мы рассматриваем общность.
 :)
Согласно теореме Неттер (1918 г) закон сохранения энергии соответствует однородности времени, а закон сохранения импульса - однородности пространства.

Однако в 1919 Эйнштейн вводит в оборот понятие пространства-времени, а скажем в начале девяностых входят в оборот различные варианты М теорий, рассматривающих 11 и более мерные пространства и сохранение однородности пространства отдельно от одноодности времени уже полностью теряет смысл. :)

Истинна она многогранна, коллега. :wink:

Цитировать

ЦитироватьВчера :) присутствовал при разговоре как раз о том, как получить для ускоренного до ~1 МэВ пучка нейтральных атомов водорода к.п.д. "от розетки" примерно 90%.

:shock: и как, если не секрет?   :) И каков при этом, кхм, "ток"?

Схема стандартная: генератор плазмы, вытягиваются ионы, ускорение, нейтрализация. Модули мегаваттной мощности - стандартное средство нагрева плазмы в крупных установках. Суммарно на крупнейших машинах инжектируется до 40 МВт (ныне покойный TFTR, вроде бы больше этой цифры ни у кого нет). Тут, собственно, только цифра 90% проблемная. Да, вопрос про ток прост: если у Вас энергия пучка 20 кэВ - то это масштаба 50 ампер, если мегавольт - то соответственно 1. Хотя на мегавольте на мегаватт делать неинтересно - там обычно рисуют на 5-10. Правда, обычно подобное нарисованное не получается.

Вот схемка типичного низковольтного устройства для токамака:

(https://img.novosti-kosmonavtiki.ru/61164.gif)

ЦитироватьВы пытаетесь нарушить закон сохранения энергии? Т.е. 1+1 <> 2?

Если я правильно его понял, то он хочет сначала запасти энергию на Земле и уже в таком виде стартовать. Так что всё нормально.

ЦитироватьА разве при инициации термоядерного заряда по методу Теллера  необходимое давление получают не за счет "излучения"? Энергия "излучения" конечно другая, но принцип тот же.

Ну дык. Там-то у товарища майора всё каааак бабахнет! А здесь надо не это, а как-то обеспечить долговременное хранение энергии. Хотя бы в пределах штатных операций и задержек на СК.
Давайте немного более конкретно. В плазме работает та же формула для давления, что и в газе. "Пэ равно эн-ка-тэ". Давление линейно связано с запасаемой энергией. Предельное давление связано с прочностью конструкционных материалов. Пофиг - то ли газ в бак накачивать, то ли держать давление плазмы магнитным полем, каковое держится катушками. В конечном счёте всё опять упирается в прочность внешнего бандажа. При этом плазма холодной (в смысле, температура много меньше потенциала ионизации) быть не может. Потому что тогда она рекомбинирует за время масштаба одного электрон-ионного столкновения. Это безумно быстро. Так что только горячая. А это уже все известные термоядерщикам проблемы с удержанием. А что в сухом остатке? Ровно та же предельная плотность запасаемой энергии, что и для тупо надутого в объём газа. Только для газа ещё не надо геморроя с магнитным полем, излучением и прочими плазменными прелестями. Одним словом: анафига?

Цитировать

ЦитироватьВы пытаетесь нарушить закон сохранения энергии? Т.е. 1+1 <> 2?

Если я правильно его понял, то он хочет сначала запасти энергию на Земле и уже в таком виде стартовать. Так что всё нормально.

Спасибо за разъяснение. Потому что мне, к сожалению, не удалось понять sychbird.

ЦитироватьНе правда, что именно?:) ...

Видимо, мы излагаем свои мысли как-то... перпендикулярно друг другу. ;)

ЦитироватьВидимо, мы излагаем свои мысли как-то... перпендикулярно друг другу. ;)

Бывает и такое. :) Согласен держать базар за свою половину перпендикулярности.

Попробуем сначала и последовательно. Имеем ЖРД на химии. Тогда в первом приближении КС есть конвертор химической энергии реакции горения в термическую. Сопло есть конвертор термической энергии рабочего тела в кинетическую энергию реактивной струи. Оба конвертора имеют некие КПД и имеется сумарный КПД для всего процесса преобразование химической энергии в векторную форму энергии импульса.

КПД обоих конверторов зависят от давления в КС. При нынешнем уровне материаловедения и технологии оба типа конверторов практически выжаты до суха. Ожидать значительного прироста суммарного КПД  не приходиться. И наиболее эффективные по энтальпии реакции топливные пары  вроде бы исчерпаны. (хотя в запасе имеются фтор /водород и фтор /бароводород и еще некие экзотики и все с сопутствующими гемароями).

Казалось бы тупик. Но на мое ИМХО можно подойти иначе. Почему удельный импульс двигателя так зависит от давления в КС. А потому, что КПД обоих конверторов зависят от плотности энергии в  обоих конверторах вне зависимости от вида энергии. Именно поэтому мы отбираем долю химической энергии топливной пары и используем ее в турбоагрегате РД.
А есть альтернативный  росту давления способ повысить в конверторах плотность энергии. Есть - можно повысить степень ионизации рабочего тела за счет физических, а не термических способов ионизации. Откуда взять энергию? Использовать часть массы топливной пары(или топливной тройки, есть разные варианты) на работу электрохимического генератора очень высокой удельной мощности. Есть вариант такого ЭХГ с выделением водорода и работающего практически на магнии и воде (не в чистом виде, есть много нюансов). Получаем как бы аналог отбора топлива и окислителя на газогенератор в ЖРД замкнутой схемы.

И имеем надежду, что удасться повысить общий КПД преобразования химической энергии в энергию импульса. :)

ЦитироватьОжидать значительного прироста суммарного КПД  не приходиться.

А как вы думаете - КАКОЙ там КПД?

Беда только в том, что плотность энергии в водород-кислородной топливной паре - максимальная. Больше энергии на единицу массы получить нельзя. А если мы будем от чего-то питать ускоритель, то мы автоматически увеличим 'мертвую' массу - УИ, да, вырастет, а вот ХС - упадет, потому что чем выше УИ при фиксированном запасе энергии - тем ниже ХС - чистая физика, ХС - это MV, а запас энергии - M*V*V/2, а УИ - V, грубо говоря. Поэтому схемы с дополнительным ускорением рабочего тела могут быть использованы ТОЛЬКО в том случае, когда есть внешний источник энергии, на порядки более емкий чем химия. Т.е. ядерный или дистанционная передача энергии, включая СБ.

К слову сказать, схема с подогревом РТ отлично используется уже лет 5, поднимая УИ маневровых двигателей ГСО спутников раза в полтора-два. Движки слабенькие, СБ и аккумуляторы мощные - на подогрев рабочего тела и коррекцию орбиты их хватает.

ЦитироватьПри этом плазма холодной (в смысле, температура много меньше потенциала ионизации) быть не может.

Может. Посчитайте по уравнению Саха при какой температуре достигается ионизационное равновесие - обычно это 0.1-0.2 от потенциала ионизации. В этом и экономия. Хотя конечно даже при 2 эВ держать плазму по сути нечем. Если только быстро вкачать энергию и использовать испаряющийся материал контейнера в качества рабочего тела.

ЦитироватьБеда только в том, что плотность энергии в водород-кислородной топливной паре - максимальная.

Массовая плотность максимальная среди химии, но не объемная ;)
плюс, то есть минус геморрой с водородом и криогеникой и с высокой температурой в КС.
А можно взять какой-то топливный элемент, и им запитать ЭРД (условно) с любым рабочим телом, хоть просто ловить космическую пыль и ее ускорять.

Кстати интересный вопрос: какие в топливных элементах практичны окислители (чтобы от кислорода избавиться, вроде как топливо уже например и керосин подходит)?
- У меня например есть такое ощущение, что за счет более высокого УИ могло бы-быть практично и выигрышно что-то очень экзотическое, зато более безопасное чем кислород в хранении и некриогенное.

Внимательно читаем, что выше написано ;-) Цель - получить максимум ХС. ХС расчитывается исходя из соотноений начальной и конечной массы. Допустим, у нас есть ускоритель для космической пыли на 15 км/с со 100% КПД. Согласно закону сохранения энергии, чтобы ускорить 1 кг космической пыли, нужно потратить 9 кг водород-кислородной смеси в топливном элементе - чисто из соотношения скоростей. Потом водичка сбрасывается за борт - не тащить же ее с собой? В результате полученная ХС на данный расход топлива оказывается втрое НИЖЕ, чем если бы мы просто подали эту топливную пару в ЖРД.

ЦитироватьВнимательно читаем, что выше написано ;-) Цель - получить максимум ХС. ХС расчитывается исходя из соотноений начальной и конечной массы. Допустим, у нас есть ускоритель для космической пыли на 15 км/с со 100% КПД. Согласно закону сохранения энергии, чтобы ускорить 1 кг космической пыли, нужно потратить 9 кг водород-кислородной смеси в топливном элементе - чисто из соотношения скоростей. Потом водичка сбрасывается за борт - не тащить же ее с собой? В результате полученная ХС на данный расход топлива оказывается втрое НИЖЕ, чем если бы мы просто подали эту топливную пару в ЖРД.

Сразу замечу, пурга в этой теме знатная :) .

Хкуб, ты исходишь из предположения постоянства доступной энергии. В то время как сычбёд апеллирует к различным КПД разных процессов, проводимых с одинаковыми исходными материями. Поэтому у сычбёда запас энергии, вообще говоря, непостоянен, и твои выкладки оказываются не о том.

Большое спасибо, sychbird, за подробное описание. :) Теперь мне понятно, что вы предлагаете.

Цитировать

ЦитироватьВнимательно читаем, что выше написано ;-) Цель - получить максимум ХС. ХС расчитывается исходя из соотноений начальной и конечной массы. Допустим, у нас есть ускоритель для космической пыли на 15 км/с со 100% КПД. Согласно закону сохранения энергии, чтобы ускорить 1 кг космической пыли, нужно потратить 9 кг водород-кислородной смеси в топливном элементе - чисто из соотношения скоростей. Потом водичка сбрасывается за борт - не тащить же ее с собой? В результате полученная ХС на данный расход топлива оказывается втрое НИЖЕ, чем если бы мы просто подали эту топливную пару в ЖРД.

Сразу замечу, пурга в этой теме знатная :) .

Хкуб, ты исходишь из предположения постоянства доступной энергии. В то время как сычбёд апеллирует к различным КПД разных процессов, проводимых с одинаковыми исходными материями. Поэтому у сычбёда запас энергии, вообще говоря, непостоянен, и твои выкладки оказываются не о том.

Замечание очень верное. Точно по сути. Но должен сказать, что и Хкуб своими коментариями заставил меня задуматься. :roll:

У меня, к сожалению, нет профильной инженерной подготовки по основам проектирования ракет. Я интуитивно исходил из того, что борьба за максимализм удельного импульс имеет высший приоритет. Пока для себя я пришел к выводу, что все-таки высокий удельный импульс позволяет получить необходимую  целевую ХС при меньшей стартовой массе. Нельзя забывать и о том, что высокий УИ, полученный за счет "утежеления" инженерных решений может подкосить удельную стоимость вывода ПН на орбиту.

Буду рад услышать другие мнения по данной проблематике.

ЦитироватьПосчитайте по уравнению Саха при какой температуре достигается ионизационное равновесие - обычно это 0.1-0.2 от потенциала ионизации. В этом и экономия. Хотя конечно даже при 2 эВ держать плазму по сути нечем.

Вот в этом-то и проблема. Уточню, что эти 0.1 от потенциала ионизации - это не ионизационное равновесие (оно есть при любой температуре, естественно), а переход к степени ионизации больше 50%. Неважно. В данном случае при ~2 эВ чем плазму держать? Если мы хотим поиметь выигрыш по сравнению с обычным сжатым газом (даже не со стандартными компонентами ракетного топлива, а тупо, пытаемся получить энергии больше, чем в баллоне гелия под давлением), то должны довести газокинетическое давление плазмы до тех же 400 ати, до которых газ сжимают. Тогда типа будет ещё пятёрка-десятка в ионизации. Так? Ну вот и можно прикинуть плотность плазмы для этих 2 эВ и 400 ати. Много. Столько не бывает. Чем держать? Там такая частота столкновений, что наверняка и магнитная термоизоляция работать не будет при доступных полях. А контакт со стенкой всё охладит в момент. Про излучение (лениво считать, но есть подозрение, что это будет почти излучение чёрного тела из-за сильного штарковского уширения линий) даже не говорю. И всё ради чего? Поиметь плотность запасённой энергии меньше, чем в керосине?

Тут даже думать нечего - законы физики - не игра в покер, от смены комбинации операций с веществом энергии из него больше извлечь не получится ;-). Есле у нас нету подкачки энергии снаружи - вполне реальной подкачки, а не собирания виртуальных гравитонов, то ЖРД - наилучший способ распорядиться наличной энергией. Точнее - наилучший в отсутствии внешней среды. Если есть - можно ее на малых скоростях использовать как рабочее тело и поднять УИ на этих скоростях - примерно до 8-12М работает, дальше выгоднее опять же ЖРД.

Интересно, какую максимальную энергию на кг можно вытянуть с вращающегося маховика?
Раскрутить гипотетический маховик из нанотрубок в глубоком вакууме подвешеный в магнитном поле + подавать туда водород, по-чучуть
+ сопло, вот и двигло %) Это все в космосе, конечно...

ЦитироватьТут даже думать нечего - законы физики - не игра в покер, от смены комбинации операций с веществом энергии из него больше извлечь не получится ;-).

Именно поэтому я сформулировал вопрос именно так, а не иначе )
Бо космический двигатель - это источник энергии + преобразователь энергии в кинетическую. Причем для получения преимущества перед ЖРД, удельная энергия энергоносителя должна быть по крайней мере не меньше чем у жидкого топлива. Это условие категорически недостаточное, но строго необходимое.

ЦитироватьТут даже думать нечего - законы физики - не игра в покер, от смены комбинации операций с веществом энергии из него больше извлечь не получится ;-).

Строго говоря, получится, если 1) конечные состояния вещества разные или 2) КПД преобразований разный.

ЦитироватьЖРД - наилучший способ распорядиться наличной энергией. Точнее - наилучший в отсутствии внешней среды.

Не только внешней среды, а также и существенной гравитации - поэтому ЭРД дают весьма заметный выигрыш уже на средних орбитах.

Кроме того, у ЖРД принципиальное ограничение на возможную ХС - грубо говоря вот как только произведут высадку на Европу - все, больше на ЖРД летать некуда вообще.

ЭРД дают выигрыш в случае наличия неограниченного источника энергии. Если его нету - то повышать УИ за счет отброса только ЧАСТИ массы - полный бред, потому что получаемая ХС ПАДАЕТ прямо пропорционально росту УИ ;-).

ЦитироватьТут даже думать нечего - законы физики - не игра в покер, от смены комбинации операций с веществом энергии из него больше извлечь не получится ;.

Заявление лихое, спору нет. :) Но так ли оно бесспорно, если смотреть на проблему вне наезженной колеи подходов термодинамики  и физики ЖРД.  :roll: Полное содержание химической энергии в суммарной массе РЗТ отнюдь не исчерпывается экзоэнергией теплоты горения при оптимальном стехиометрическом соотношении.
В действительности оно  равно суммарной удельной энальпией этих веществ. И если скажем брать пару кислород /керосин, то  соотношение теплотворной способности керосина и суммарной удельной энтальпии кислорода и керосина, то разница этих величин весьма ощутима.

Можно ли вскрыть этот резервуар с остаточной частью энтальпии? Вот в чем первая часть проблемы. Вторая часть проблемы, можно ли сделать это с затратой энергии, меньшей чем выделиться в результате вскрытия. Иначе говоря имеется ли в этом процессе потенциальный барьер, после преодоления которого процесс пойдет самопроизвольно?.

И такой процесс имеется! Он чисто физический: каскадный ударный электрический пробой в плотной низко-ионизованной плазме. И если вести его вне КС, за критическим сечением сопла, то вопросы удержания, на  которые справедливо указывают специалисты-плазменьщики, можно обойти, ИМХО.

Получаем некую комбинацию ЖРД с электротермическим РД и гипотетической возможностью добавить сюда электромагнитный доразгон за срезом сопла.

И никто не мешает после использования части РЗТ в ЭХГ высокой удельной мощности вернуть его в КС, тем более что есть варианты с выделением водорода в ЭХГ.

Энтальпия - это другое название теплоты химической реакции. Реакция горения при стехиометрическом отношении - полная, т.е. при ней в тепло переходит ВСЯ теплота химической реакции данной топливной пары. После этого с хорошим КПД эта теплота переводится в энергию поступательного движения.

Допустим, мы взяли ТЭ и вместо сжигания одного компонента в другом, направили их в ТЭ. На выходе мы получили воду при температуре исходных компонентов плюс энергию химической реакции.

Если мы эту энергию направим на нагреватель и ускорим им полученное количество рабочего тела, то получим аналог ЖРД. Честно говоря, я сомневаюсь, что выигрыш будет хотя бы и 5% ХС ;-).

Можно направить энергию на механический разгон рабочего тела - но это опять же не идеал - чтобы разогнать РТ до величины порядка УИ, нужно иметь лопатки насоса, движущиеся с такой скоростью ;-)

ЭРД - вообще не вариант. Энергия, затраченная на ионизацию РТ, не возвращается - не может быть использована для доразгона РТ при рекомбинации. А это большая энергия - сопоставимая с теплотой сгорания ;-).

ЦитироватьЭнтальпия - это другое название теплоты химической реакции. ).

Вы говорите об  энтальпии реакции, которая есть разница энтальпий начальных и конечных компонентов реакции, а я о полной   энтальпии вещества. Последняя есть энергия связи всех электронов в атоме или молекуле, после удаления их на бесконечное расстояние от ядра. Этот термин не имеет очень широкого хождения, но тем не менее употребляется.
Возможно мне стоило его пояснить в  свое посте. :cry:

Цитировать. Энергия, затраченная на ионизацию РТ, не возвращается - не может быть использована для доразгона РТ при рекомбинации. А это большая энергия - сопоставимая с теплотой сгорания ;-).

Это мне кажется спорным. ИМХО, зависит от того, как организованы процессы в объеме и пространстве. А вот то, что это большая энергия, меня и влечет. :)

Ага. И откуда вы возьмете исходные компоненты в ПОЛНОСТЬЮ ионизированном состоянии? ;-) Наилучшее возможное приближение - это озон вместо кислорода. Усе, остальные варианты еще хуже ;-).

ЦитироватьАга. И откуда вы возьмете исходные компоненты в ионизированном состоянии? ;-) Наилучшее приближение - это озон вместо кислорода. Усе, остальные варианты еще хуже ;-).

Я же написал - ударный пробой в плотной плазме за критическим сечением сопла. Возможно даже за срезом тарельчатого сопла или сопла внешнего расширения. На изолированный от сопла электрод.

ЦитироватьПосле этого с хорошим КПД эта теплота переводится в энергию поступательного движения.

Может я ошибаюсь?
Сравнил - энергию полезной нагрузки mv2/2 + потенциальная энергия mgh  и теплоту сгорания керосина - получил КПД всего 5%.

Цитировать

ЦитироватьПосле этого с хорошим КПД эта теплота переводится в энергию поступательного движения.

Может я ошибаюсь?
Сравнил - энергию полезной нагрузки mv2/2 + потенциальная энергия mgh  и теплоту сгорания керосина - получил КПД всего 5%.

В энергию поступательного движения продуктов сгорания, а не полезного груза, к сожалению... Но тут уж фундаментальное ограничение принципа реактивного движения - сначала мы вынуждены разгонять то, что будем потом отбрасывать назад...

Я об этом и говорю - энергию где взять? Чтобы ионизировать газ, нужна энергия. При рекомбинации он в лучшем случае эту энергию вернет - причем если исходную энергию мы можем скажем потратить на подогрев компонентов ДО двигателя, то после ионизациии она уже совершенно бесполезна, бе тяга двигателя создается ДО критсечения и сразу после него, а широкая часть сопла добирает жалкие ошметки УИ ;-), поэтому ионизация газа после сопла только УХУДШИТ работу двигателя, потому что повысит давление на выходе сопла и может 'запереть' поток газа.

ЦитироватьПолное содержание химической энергии в суммарной массе РЗТ отнюдь не исчерпывается экзоэнергией теплоты горения при оптимальном стехиометрическом соотношении.

Если в исходном состоянии компоненты топлива не ионизированы, то именно теплотой сгорания всё и ограничивается.
 

ЦитироватьВ действительности оно  равно суммарной удельной энальпией этих веществ. И если скажем брать пару кислород /керосин, то  соотношение теплотворной способности керосина и суммарной удельной энтальпии кислорода и керосина, то разница этих величин весьма ощутима.

Вообще-то, сама по себе энтальпия ничего не обозначает, поскольку выбор нуля в общем случае произволен. Важна разница энтальпий веществ в начальном и конечном состояниях. Теплотворная способность - это тепловой эффект реакции полного сгорания, что есть разница энтальпий исходных веществ и продуктов сгорания. Поэтому при полном сгорании веществ никакого неиспользованного запаса химической энергии не остаётся.

ЦитироватьМожно ли вскрыть этот резервуар с остаточной частью энтальпии?

Если Вы говорите о теплоте рекомбинации, то нельзя. Точнее, было бы можно, если бы компоненты топлива были уже ионизированы в исходном состоянии, в баках.

ЦитироватьВторая часть проблемы, можно ли сделать это с затратой энергии, меньшей чем выделиться в результате вскрытия. Иначе говоря имеется ли в этом процессе потенциальный барьер, после преодоления которого процесс пойдет самопроизвольно?.

И такой процесс имеется! Он чисто физический: каскадный ударный электрический пробой в плотной низко-ионизованной плазме.

Что-то я не понял, откуда прибавка появится.

На ионизацию нужно сначала затратить определенную энергию (независимо от того, как именно эта энергия подводится), которая выделится при рекомбинации. Самопроизвольно ионизация никогда не происходт. Поэтому нужно либо постоянно подводить электрическую энергию для поддержания пробоя, либо тратить на это часть тепловой энергии сгорания топлива, что в повлечет снижение скорости истечения.

ЦитироватьВ энергию поступательного движения продуктов сгорания...

Продукты сгорания осуществляют хаотические движения...
Вопрос. Возможно, КПД и УИ был бы значительно выше, если бы использовалось направленное движение продуктов сгорания.
Существуют же когерентные источники излучения.

Цитировать

ЦитироватьВ энергию поступательного движения продуктов сгорания...

Продукты сгорания осуществляют хаотические движения...
Вопрос. Возможно, КПД и УИ был бы значительно выше, если бы использовалось направленное движение продуктов сгорания.
Существуют же когерентные источники излучения.

Реактивное сопло как раз и используется для согласованного ускорения продуктов сгорания в одном направлении (т.е. для превращения энергии хаотического движения в энергию поступательного движения).

Цитировать(т.е. для превращения энергии хаотического движения в энергию поступательного движения).

Есть ли возможность, отказаться от использования данной энергии хаотического движения, а например использовать другие виды энергии для последующего преобразования в энергию поступательного движения или сразу создавать энергию поступательного движения.

Цитировать

Цитировать(т.е. для превращения энергии хаотического движения в энергию поступательного движения).

Есть ли возможность, отказаться от использования данной энергии хаотического движения, а например использовать другие виды энергии для последующего преобразования в энергию поступательного движения или сразу создавать энергию поступательного движения.

Конечно, есть такая возможность.

Некоторые виды электрических ракетных двигателей именно так и делают.

ЦитироватьНекоторые виды электрических ракетных двигателей именно так и делают.

К сожалению ЭРД имеет низкую тягу. Какие ещё существуют методы создания поступательного движения?

Не интересней ли для достижения более высоких скоростей прогонять топливо через МГД генераторы, а энергию пускать на ускорители.
Понятно, что при наличии мощных источников энергии от ускорителей мы уже не отделаемся.

ЦитироватьГость 22 пишет:
 

ЦитироватьМожно ли вскрыть этот резервуар с остаточной частью энтальпии?

Если Вы говорите о теплоте рекомбинации, то нельзя. Точнее, было бы можно, если бы компоненты топлива были уже ионизированы в исходном состоянии, в баках.[/quote="Гость 22"] Вы были бы правы, если  бы предлогалось вести процесс  в последовательности конверторов химической энергии в энергию импульса  типа: КС-Сопло.

ЦитироватьВторая часть проблемы, можно ли сделать это с затратой энергии, меньшей чем выделиться в результате вскрытия. Иначе говоря имеется ли в этом процессе потенциальный барьер, после преодоления которого процесс пойдет самопроизвольно?.

И такой процесс имеется! Он чисто физический: каскадный ударный электрический пробой в плотной низко-ионизованной плазме.

ЦитироватьЧто-то я не понял, откуда прибавка появится.

На ионизацию нужно сначала затратить определенную энергию (независимо от того, как именно эта энергия подводится), которая выделится при рекомбинации. Самопроизвольно ионизация никогда не происходт. Поэтому нужно либо постоянно подводить электрическую энергию для поддержания пробоя, либо тратить на это часть тепловой энергии сгорания топлива, что в повлечет снижение скорости истечения.

Физическая химия знает два типа реакций идущих самопроизвольно: экзореакции без потенциального барьери и цепные реакции. Последние могут иметь потенциальный барьер и не иметь его. К первым относяться ВВ требующие инициирования.
Ионизация боле физический процесс, чем химический. Но определенные аналоги имеются. Лавинный электрический пробой в газе идет по цепному механизму с порогом активации.

ЦитироватьИонизация боле физический процесс, чем химический. Но определенные аналоги имеются. Лавинный электрический пробой в газе идет по цепному механизму с порогом активации.

Только там есть источник энергии ионизации: электрическое поле, которые ускоряет "оторвавшиеся" электроны, чтобы они выбивали другиге электроны.
А кто даст энергию тому полю?

Цитировать

ЦитироватьИонизация боле физический процесс, чем химический. Но определенные аналоги имеются. Лавинный электрический пробой в газе идет по цепному механизму с порогом активации.

Только там есть источник энергии ионизации: электрическое поле, которые ускоряет "оторвавшиеся" электроны, чтобы они выбивали другиге электроны.
А кто даст энергию тому полю?

Читай выше :)

ЦитироватьЧитай выше :)

Выше только весьма абстрактные рассуждения о том, как бы выжать воду досуха. :)
В химическом топливе, как уже было сказано, энергии ровно на разницу энтальпий начальных и конечных продуктов. Энергия ионизации - отрицательна и строго равно -энергия_рекомбинации.

Так за чей счёт банкет?
Вот попросту скажите: откуда возьмётся энергия? Из топлива, с Земли, зелёные человечки подарят?

Там выше же написано: электро-химический генератор, использующий часть РЗТ, с возможным возвратом этой части (как минимум большей части этой части :) ) РЗТ в КС.

Вот у нас есть генератор. Он отнял от топлива 1 джоуль. Топливо недогрелось на этот у джоуль. Затем мы ионизируем часть топлива на этот 1 джоуль и получаем основную часть топлива недогретой, а остальное - перегретым до ионизации. Средний УИ при этом ПАДАЕТ, потому что перегрев увеличивает УИ меньше, чем недогрев снижает ;-). Ну, возможны частности типа ионизация - разгон - рекомбинация, но в целом ВЫИГРЫША получить за счет внутренней энергии топлива нельзя, только проигрыш из-за неравномерности нагрева.

Кстати говоря, а какой КПД у ЖРД все-таки? Т.е. преобразования энергии топлива в энергию струи газа?

ЦитироватьВот у нас есть генератор. Он отнял от топлива 1 джоуль. Топливо недогрелось на этот у джоуль. Затем мы ионизируем часть топлива на этот 1 джоуль и получаем основную часть топлива недогретой, а остальное - перегретым до ионизации. Средний УИ при этом ПАДАЕТ, потому что перегрев увеличивает УИ меньше, чем недогрев снижает

Доказательства в студию, please.  :roll:

ЦитироватьКстати говоря, а какой КПД у ЖРД все-таки? Т.е. преобразования энергии топлива в энергию струи газа?

От степени расширения зависит. Может быть от 0.6 (двигатели первых ступеней) до 0.9 (двигатели верхних ступеней с очень большой степенью расширения).

У сопла кпд может быть даже выше 0.95.

ЦитироватьДоказательства в студию, please.  :roll:

Сопло само по себе - очень эффективное устройство с высоким кпд (см. выше). Чтобы повысить его эфективность, кпд предлагаемого Вами процесса должен быть еще выше. Это возможно?

Цитировать

ЦитироватьДоказательства в студию, please.  :roll:

Сопло само по себе - очень эффективное устройство с высоким кпд (см. выше). Чтобы повысить его эфективность, кпд предлагаемого Вами процесса должен быть еще выше. Это возможно?

Ну для значения КПД равным 0,6 считаю весьма вероятным, для значения 0,9 - весьма проблематичным.

Завтра уходим в зону отсутствия сигнала мобильной связи. Вернусь после 17 сентября. Желаю Всем удачи и хорошего дружеского общения.

Доказательства? Легко и непринужденно.

Возьмем устройство, которое отбрасывает 2 шарика весом по 1 кг каждый. Со скоростью 1 км/c. Суммарная энергия шариков - 1 МДж. УИ - 1 км/c. Теперь изменим баланс энергии - пусть на 1 шарик придется 0.7, а на второй - 0.3 МДж. Скорости будут соответственно 1.18 и 0.77 км/с. Их среднее арифметическое -  0.975 км/c. Т.е. за счет изменения баланса энергии УИ упал на 2.5%. В более запущенном случае, когда мы передадим всю энергию одному шарику, он может упасть аж на 41%.

Ферштейн? ;-) Без внешнего источника энергии наилучшая стратегия - использовать ВСЕ топливо как рабочее тело. Более того, для повышения УИ в водородных ЖРД даже специально берут избыток водорода, потому как он лучше создает давление на единицу массы при данной температуре ;-D.

Цитировать

ЦитироватьДоказательства в студию, please.  :roll:

Сопло само по себе - очень эффективное устройство с высоким кпд (см. выше). Чтобы повысить его эфективность, кпд предлагаемого Вами процесса должен быть еще выше. Это возможно?

Нет ничего невозможного! Берём кислородно-водородное топливо для примера. Часть продуктов сгорания конденсируем, высвобождающуюся энергию направляем с топливом в камеру сгорания. Конденсат тоже направляем туда или в сопло, но при этом подбираем такие условия распыла, чтобы он успевал разгоняться до близкой к потоку скорости на срезе, но не успевал охлаждаться. КПД может зашкалить за 100%, так как энергия образования конденсата 15,1 МДж/кг, а энергия продуктов сгорания водородника - 12,6 МДж/кг. В случае металлосодержащих топлив эффект может быть ещё заметнее. То есть, теоретически резервы повышения эффективности есть.  :wink: Практически, однако, никто не берётся...  :(

ЦитироватьВозьмем устройство, которое отбрасывает 2 шарика весом по 1 кг каждый. Со скоростью 1 км/c. Суммарная энергия шариков - 1 МДж. УИ - 1 км/c. Теперь изменим баланс энергии - пусть на 1 шарик придется 0.7, а на второй - 0.3 МДж. Скорости будут соответственно 1.18 и 0.77 км/с. Их среднее арифметическое -  0.975 км/c. Т.е. за счет изменения баланса энергии УИ упал на 2.5%. В более запущенном случае, когда мы передадим всю энергию одному шарику, он может упасть аж на 41%.

А теперь еще учтем что в ЖРД мы шарик нагреваем до тысяч градусов, что есть для воды порядка 4.1868 кДж/кг*град * 70град + 333,55 кДж/кг + 1.8 кДж/(кг*град. Цельсия) * 3000 = 293 + 333.5 + 5400 = 6МДж/кг

То есть у нас несколько мегаджоулей уходит исключительно на нагрев. А если эти кислород с водородом пропустить через топливный элемент, а получившуюся воду разгонять, на выходе из ТЭ будет где-то порядка 300 градусов, или на нагрев потрачен _один_ МДж вместо шести.
Ферштейн?

Ну, в принципе я согласен, однако работа ЖРД состоит в преобразовании температуры в скорость, и на выходе сопла газ быстрый, но холодный, так как отдал тепло и на расширении, и на совершении работы по толканию сопла ;-) Нагрев - это просто технологическая операция, в конечном выхлопе температура далеко не максимальная.

Я не спорю, идеально было бы получить на входе пар с температурой 400К, так, чтобы вся остальная энергия рекомбинации была направлена на разгон этого пара. Пока что ЖРД - наилучшее к этому приближение - делай себе сопло с нужной степенью расширения, и все.

2михальчук - все верно, но это только для случая, когда у нас есть ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ источник энергии в виде забрасываемого на орбиту топлива. Да и то - чтобы его обратно сконвертировать в водород-кислород, надо на орбиту поднять завод жидких газов. Не уверен, что прибавка ПН окупит эту операцию ;-) Если же брать важу схему - вы же собираетесь конденсат не в жидкой фазе сбрасывать в сопло, ага? А на испарении как раз те самые 3 Мдж разницы и набегут.

Хкуб, КПД преобразования химэнергии в кинетическую может быть меньше - теоретически - чем КПД разгона по обходным процессам.

Цитировать2михальчук - все верно, но это только для случая, когда у нас есть ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ источник энергии в виде забрасываемого на орбиту топлива. Да и то - чтобы его обратно сконвертировать в водород-кислород, надо на орбиту поднять завод жидких газов. Не уверен, что прибавка ПН окупит эту операцию ;-) Если же брать важу схему - вы же собираетесь конденсат не в жидкой фазе сбрасывать в сопло, ага? А на испарении как раз те самые 3 Мдж разницы и набегут.

Этот завод по сжижению может быть на удивление невелик и нетяжёл. В тонну точно можно всё уместить.

А производительность какая будет? А объемы для хранения газов? А сжижатор? ;-) Наконец, энергию для электролизера и холодилььника где брать? ;-) Мнится мне, что тонна - это 'на всем готовом', а если учесть всю инфраструктуру, то получится тонн 20, которые будут 5 тонн топлива месяц нарабатывать.

ЦитироватьКПД может зашкалить за 100%

Это мнимое "зашкаливание" обычно обозначает использование энергии из внешнего источника, который не учитывается в расчете кпд ;)

Как уже говорилось, кпд ЖРД может достигать 0.9, а кпд отдельно взятого сопла (без КС) как устройства по разгону уже имеющегося горячего газа может превышать 0.95.

Если говорить о тепловых машинах на химическом топливе, то ЖРД - одна из самых совершенных машин среди них, которая практически не оставляет неиспользованных резервов химической энергии. Улучшить ЖРД за счет отбора энергии у химического топлива и использования этой энергии каким-то другим способом (отличным от простого расширения при течении через сопло) практически невозможно.

Поэтому все предложения по улучшению ЖРД так или иначе предполагают наличие дополнительного источника энергии.

ЦитироватьНет ничего невозможного! Берём кислородно-водородное топливо для примера. Часть продуктов сгорания конденсируем, высвобождающуюся энергию направляем с топливом в камеру сгорания. Конденсат тоже направляем туда или в сопло, но при этом подбираем такие условия распыла, чтобы он успевал разгоняться до близкой к потоку скорости на срезе, но не успевал охлаждаться. КПД может зашкалить за 100%, так как энергия образования конденсата 15,1 МДж/кг, а энергия продуктов сгорания водородника - 12,6 МДж/кг.

Главная проблема вашей схемы - идеологически, согласен, любопытной - в необходимости создания ОЧЕНЬ мощного и эффективного теплообменника. ГИГАВАТТНЫХ масштабов.

Ни рубашки охлаждения, ни прикидки келдышевцев по теплообменнику для ЖРД безгенераторной схемы в кач-ве примера не предлагать - там больше полутора порядков разница по мощности.
И даже теплообменник, что Бонд делает для Скайлона - не очень-то годится. Как по мощности, так и по др. параметрам.

Цитировать

ЦитироватьКПД может зашкалить за 100%

Это мнимое "зашкаливание" обычно обозначает использование энергии из внешнего источника, который не учитывается в расчете кпд ;)

Да нет, у Михальчука несско другая идея: часть продуктов сгорания не выбрасывать через сопло, а конденсировать и везти с собой на орбиту (включая в ПН), а энергию их сгорания утилизировать, передавая "выбрасываемому" рабочему телу через теплообменники.

Специфика про(ж)екта - помимо всех чисто технических трудностей - в том, что он "по построению" пригоден только для того, чтобы возить на орбиту воду :)

Цитировать

Цитировать

ЦитироватьКПД может зашкалить за 100%

Это мнимое "зашкаливание" обычно обозначает использование энергии из внешнего источника, который не учитывается в расчете кпд ;)

Да нет, у Михальчука несско другая идея: часть продуктов сгорания не выбрасывать через сопло, а конденсировать и везти с собой на орбиту (включая в ПН), а энергию их сгорания утилизировать, передавая "выбрасываемому" рабочему телу через теплообменники.

Да, я помню :)

Однако и в этом случае никакого "зашкаливания" кпд не наблюдается. Нужно просто иметь в виду, что располагаемая энергия определяется общим количеством топлива в баках, а не только той частью топлива, которая будет "выброшена" через сопло. Тогда кпд сразу приходит в норму :)

А вообще, с точки зрения термодинамики, предлагаемая mihalchuk схема эквивалентна расширению газа при его истечении через сопло вплоть до температур конденсации. Для пустотных двигателей именно этот вариант будет проще, легче, надежнее и дешевле любого теплообменника. Для нижних ступеней такое расширение невозможно, и теплообменник действительно может дать какую-то прибавку, но... как Вы и сказали - это пригодно только для водовозов :)

Где-то на данном форуме читал, что в детонационных двигателях УИ достигал 8000 м/с.
Интересно, как тогда объяснить ограничение энергии химических связей?

Кроме-этого принципиальным ограничением в повышении плотности энергии является внешняя оболочка и её ограничения по удержанию температуры и давления.

Ну да, можно хоть миллион сделать. Только беда в том, что при этом массовое совершенство катастрофически падает - 1 кг ускоряем до 10К км/с, а миллион килограммов на это тратим ;-).

ЦитироватьКроме-этого принципиальным ограничением в повышении плотности энергии является внешняя оболочка и её ограничения по удержанию температуры и давления.

Господи да кто же это придумал? Нету такого ограничения. Пример - плутоний.
Хотите высоких энергий - атомарные водород и кислород, всяческие метастабильные структуры в электронных оболочках атомов и тд и тп

Цитировать

ЦитироватьКроме-этого принципиальным ограничением в повышении плотности энергии является внешняя оболочка и её ограничения по удержанию температуры и давления.

Господи да кто же это придумал? Нету такого ограничения. Пример - плутоний.

И чем-же так хорош плутоний?

Я не уверен, что энергия внутренних связей твердых тел меньше, чем энергия топливной пары. Я сужу об этом по тому, какую прочность заявляют для виртуальных конструкционных материалов. Самый простой способ использовать эту энергию - не строить маховик, а расплавить (или испарить) материал, разорвав эти связи. Где можно найти теплоту плавления карбида кремния, оксида бериллия? Плавятся ли они, или возгоняются, как углерод?

ЦитироватьНу да, можно хоть миллион сделать. Только беда в том, что при этом массовое совершенство катастрофически падает - 1 кг ускоряем до 10К км/с, а миллион килограммов на это тратим ;-).

Я думаю, что УИ рассчитывается у двигателя для всего запаса топлива.

ЦитироватьГосподи да кто же это придумал? Нету такого ограничения.

Если нет ограничений, то тогда давайте рассматривать плотность энергии в центре Солнца в объёме одного м3. Температура миллионы градусов, удержать сможете?

Цитировать

ЦитироватьГосподи да кто же это придумал? Нету такого ограничения.

Если нет ограничений, то тогда давайте рассматривать плотность энергии в центре Солнца в объёме одного м3. Температура миллионы градусов, удержать сможете?

А че так мелко-то? - "Тайно, ночью.." (с) надеваем на Солнце сопло и вперед к звездам! :D

ЦитироватьИ чем-же так хорош плутоний?

238-й замечательный источник тепла.

ЦитироватьЕсли нет ограничений, то тогда давайте рассматривать плотность энергии в центре Солнца в объёме одного м3. Температура миллионы градусов, удержать сможете?

Вам нужна такая плотность энергии? Пожал-ста килограм железа и килограм антижелеза на магнитиках.

ЦитироватьИ чем-же так хорош плутоний?

Энергоемкость велика, а хранить можно и в салфеточке без прочных баков.
Все размышления о прочных баках хороши только если энергия хранится на валентных электронных оболочках (да и то куча способов обойти это ограничение). Для энергии хранимой в ядре или на внутренних электронных оболочках эти рассуждения не правомерны.

ЦитироватьЯ не уверен, что энергия внутренних связей твердых тел меньше, чем энергия топливной пары.

Я тоже вот не уверен. :) Потому что это очень разные по сути энергии: первая - положительная (то есть, энергия которая выделится, если топливо сгорит), вторая - отрицательная (которую нужно приложить, чтобы разрушить объект).

Но если говорить о запасании энергии в напряжениях конструкций, то оно всегда будет проигрывать в сравнении с "обычными" топливными парами. Причину можно изложить простой русской пословицей: "где тонко, там и рвётся". Для получения предельных параметров нужно иметь  конструкцию из бездефектного материала, ибо наличие дефектов снижает предельную прочность на порядки и в разы.
Учитывая, что энергия химических связей примерно одного порядка... можно сделать вывод.

ЦитироватьЯ сужу об этом по тому, какую прочность заявляют для виртуальных конструкционных материалов.

А уж какую энергию я могу заявить для виртуальной топливной пары... :)

Цитировать

ЦитироватьИ чем-же так хорош плутоний?

Энергоемкость велика, а хранить можно и в салфеточке без прочных баков.

И на пару порядков больше геморроя с преобразованием энергии в тягу и с безопасностью..

Причем самое смешное что вообще-то можно даже сделать ЯРД и даже воздушно-реактивный двигатель, которые можно будет использовать в атмосфере, но размер его будет громадным и это будет очень существенно отягощать проблемы, возникающие в случае катастрофы.
- Насколько я помню, у NERVA на 10 тоннах массы уже стали дотягиваться до превышения тяги над массой, а сколько должна быть масса движка чтобы у него была круговая радиационная защита и превышение тяги над массой хотя-бы раза в два? - 100 тонн или больше?

- А теперь представим себе что эта дура где-то нештатно упала и горит..

ЦитироватьА вообще, с точки зрения термодинамики, предлагаемая mihalchuk схема эквивалентна расширению газа при его истечении через сопло вплоть до температур конденсации. Для пустотных двигателей именно этот вариант будет проще, легче, надежнее и дешевле любого теплообменника. Для нижних ступеней такое расширение невозможно, и теплообменник действительно может дать какую-то прибавку, но... как Вы и сказали - это пригодно только для водовозов :)

Если взять водородник, то расширение до температур конденсации предполагает снижение этой самой температуры почти до 0 С, а я не помню ЖРД (может, кто подскажет) с температурой на срезе менее 300 С. При этом давление будет настолько небольшим, а угол сопла по отношению к оси настолько малыми, что размеры сопла (необходим протяжённый конденсационный участок), имхо, делают идею практически нереальной. В случае принудительной конденсации и распыла трудности другого рода – технологические. Есть и ещё одно важное отличие: в первом случае конденсат должен успеть отдать энергию газу, а во втором - не успеть нагреться. А итогом имеем следующее: в результате того, что подсчёт КПД двигателя идёт по газообразным продуктам сгорания и не учитывает энергию конденсации, расчётный КПД может превысить 100%. В противном случае ни один ЖРД не достигает КПД 90%. А сам пример – показатель того, что можно заглянуть немного далее слоившихся представлений, если смотреть в суть вещей.
 :wink:

ЦитироватьПри этом давление будет настолько небольшим, а угол сопла по отношению к оси настолько малыми, что размеры сопла (необходим протяжённый конденсационный участок), имхо, делают идею практически нереальной.

В порядке бреда - а если использовать сопло с внешним расширением?

Цитировать

ЦитироватьА вообще, с точки зрения термодинамики, предлагаемая mihalchuk схема эквивалентна расширению газа при его истечении через сопло вплоть до температур конденсации.

Если взять водородник, то расширение до температур конденсации предполагает снижение этой самой температуры почти до 0 С, а я не помню ЖРД (может, кто подскажет) с температурой на срезе менее 300 С.

Ну было ж фото работающего кислородно-водородного пустотного двигателя с сосульками вокруг среза сопла! Американский двигатель, по-моему, как раз, для лунного посадочного модуля разрабатывался по программе Констеллейшен. Помню, поминалась регулировка тяги в десятикратном диапазоне - впервые для кислород-водородных двигателей.

ЦитироватьНо если говорить о запасании энергии в напряжениях конструкций, то оно всегда будет проигрывать в сравнении с "обычными" топливными парами. Причину можно изложить простой русской пословицей: "где тонко, там и рвётся". Для получения предельных параметров нужно иметь  конструкцию из бездефектного материала, ибо наличие дефектов снижает предельную прочность на порядки и в разы.

Вот поэтому я и предложил допущение (довольно спорное), что теплота плавления равна энергии разрыва связей. А для плавления дефекты не играют никакой роли, в отличие от конструкционного материала.

Цитировать

ЦитироватьЯ сужу об этом по тому, какую прочность заявляют для виртуальных конструкционных материалов.

А уж какую энергию я могу заявить для виртуальной топливной пары... :)

Ну, я просто постеснялся писать "нанотрубки". А как называется ваша виртуальная топливная пара? :)

ЦитироватьПри этом давление будет настолько небольшим, а угол сопла по отношению к оси настолько малыми, что размеры сопла (необходим протяжённый конденсационный участок), имхо, делают идею практически нереальной.

Сопла с центральным телом и разворотом сверхзвукового потока позволяют достичь очень высоких степеней расширения при вполне реализуемых габаритах. Так что 0 С на "срезе" такого сопла - это не проблема (ни по технической реализуемости, ни по массе, ни по еще каким либо параметрам).

ЦитироватьА итогом имеем следующее: в результате того, что подсчёт КПД двигателя идёт по газообразным продуктам сгорания и не учитывает энергию конденсации, расчётный КПД может превысить 100%.

Даже если считать по газообразным продуктам сгорания, затраченная на их разгон энергия включает в себя теплоту конденсации.

В расчет процессов горения и истечения входит начальная энтальпия компонентов топлива при температуре их подачи в КС. В схеме с теплообменником начальная энтальпия включает теплоту конденсации.

Поэтому можно сколько угодно говорить о кпд>100%, но на самом деле это самообман ;)

ЦитироватьВ порядке бреда - а если использовать сопло с внешним расширением?

Почему - "в порядке бреда"? Это нормальное решение для получения сопла с очень высокой степенью расширения.

ЦитироватьНу было ж фото работающего кислородно-водородного пустотного двигателя с сосульками вокруг среза сопла! Американский двигатель, по-моему, как раз, для лунного посадочного модуля разрабатывался по программе Констеллейшен. Помню, поминалась регулировка тяги в десятикратном диапазоне - впервые для кислород-водородных двигателей.

Однако там конденсировался только газ в пристеночном слое, а не по всему потоку, если это вообще не вода из атмосферы.

ЦитироватьОднако там конденсировался только газ в пристеночном слое, а не по всему потоку

Так и mihalchuk предлагал конденсировать не всё сгорающее топливо, а только какую-то его часть. Поэтому можно считать, что на той фотографии было изображено испытание на стенде термодинамического аналога предлагаемой mihalchuk схемы, но без дополнительного теплообменника :)

http://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_1263.html

ЦитироватьСопла с центральным телом и разворотом сверхзвукового потока позволяют достичь очень высоких степеней расширения при вполне реализуемых габаритах. Так что 0 С на "срезе" такого сопла - это не проблема (ни по технической реализуемости, ни по массе, ни по еще каким либо параметрам).  

Температура торможения около 3000 град.

Так при конденсации газ тормозиться не будет.

ЦитироватьТемпература торможения около 3000 град.

Ну и что? Если статическая температура будет достаточно низкой, то водяной пар конденсируется независимо от величины температуры торможения.

Наверно нагревают рабочее тело, чтоб его разогнать, а значит получить импульс. Если Вы хотите потом это рабочее тело снова ухватить и использовать заново, гравицапа, однако получится. А Вы в её верите? :shock:

ЦитироватьВот поэтому я и предложил допущение (довольно спорное), что теплота плавления равна энергии разрыва связей. А для плавления дефекты не играют никакой роли, в отличие от конструкционного материала.

Тогда уж не плавление, а испарение. И то, только если результат испарения - одноатомный газ. :)

ЦитироватьНу, я просто постеснялся писать "нанотрубки". А как называется ваша виртуальная топливная пара? :)

Да хотя б литий-фтор-водород. Если мечтать, то зачем же себе отказывать? :)

Цитировать

ЦитироватьНу было ж фото работающего кислородно-водородного пустотного двигателя с сосульками вокруг среза сопла! Американский двигатель, по-моему, как раз, для лунного посадочного модуля разрабатывался по программе Констеллейшен. Помню, поминалась регулировка тяги в десятикратном диапазоне - впервые для кислород-водородных двигателей.

Однако там конденсировался только газ в пристеночном слое, а не по всему потоку, если это вообще не вода из атмосферы.

Это не могла быть вода в атмосфере, потому что движок работал в вакуумной камере. И, судя по видео, доступному на ютубе, конденсируется там часть газа по всему потоку.
Да даже если только пристеночный, это означает, что температура там ну очень низкая, т.к. давление на срезе сопла много меньше одной атмосферы, движок-то пустотный.

http://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_1263.html

Однако ж там, если приглядеться, охлаждение сопла криогенным компонентом идёт до самого среза, если не ошибаюсь - так что чего уж удивительного, если в пристеночном слое температура опустится ниже 100 С (именно ста, а не нуля - чего все насчёт нуля-то, если речь о конденсации? и похоже там больше не на сосульки, а на струйки воды, ИМХО).

P.S. Мда, подписи под картинками читать иногда полезно :)
 А там аглицким по белому говорится - "The steam is cooled by the cold engine nozzle, condensing and eventually freezing at the nozzle exit to form icicles."
Так что охлаждается до конденсации вовсе не из-за какойо-то особо большой степени расширения и "срабатывания" рабочего тела, а таки банально холодной стенкой сопла.

Цитироватьи похоже там больше не на сосульки, а на струйки воды, ИМХО).

И всё же сосульки :)
(https://img.novosti-kosmonavtiki.ru/9037.jpg)

ЦитироватьТак что охлаждается до конденсации вовсе не из-за какойо-то особо большой степени расширения и "срабатывания" рабочего тела, а таки банально холодной стенкой сопла.

На самом деле, там сказываются оба фактора, при этом расширение "работает" сильнее :)

На RL-10B-2 (одном из предшественников CECE) продукты сгорания на срезе сопла только за счет расширения (т.к. насадок неохлаждаемый) охлаждаются до температуры ~450 C (при температуре в КС ~3100 C). Так что холодная стенка в CECE, конечно, вносит свою долю в снижение температуры пристеночного слоя, но в основном газы охлаждаются именно за счет расширения (на ~2600 градусов в RL-10B-2, и на ~2400 градусов в RL-10A4-2 и CECE).

Так что, конечно "the steam is cooled by the cold engine nozzle"... но только после того, как он еще более существенно охладится за счет расширения и "срабатывания" :)

И это - с традиционными круглыми соплами. Сопла с центральным телом могут еще сильнее расширять (а значит - охлаждать) газ.

ЦитироватьИ всё же сосульки :)

Нет, я тоже видел, что они там про "айс" пишут, однако ж по фото, ИМХО, неочевидно, что там сосульки :)

Или вы хотите сказать, что фото сделано после выключения движка???

Цитировать(на ~2600 градусов в RL-10B-2, и на ~2400 градусов в RL-10A4-2 и CECE).

Так что, конечно "the steam is cooled by the cold engine nozzle"... но только после того, как он еще более существенно охладится за счет расширения и "срабатывания" :)

Стоп-стоп!
Ну ясное море, что с тысячеградусным "расширительным" перепадом температур охлаждению соперничать трудно :)
Но мы же ведём спич о том, что в конечном итоге приводит к конденсации, не так ли?
А в данном случае без охлаждения сопла - конденсации бы не было. Тчк.
Мне кажется, это факт совершенно бесспорный :)

Да, почти наверняка если б степень расширения еще сильнее увеличить (достаточно заметно) - то можно было бы и в неохлаждаемом сопле увидеть конденсацию и струи воды (хотя вот с сосульками, ИМХО, были бы проблемы еще большие).
Но потери на трение в сопле, не исключено, возросли бы при этом так, что затея потеряла бы смысл.

ЦитироватьИли вы хотите сказать, что фото сделано после выключения движка???

Нет, это фото работающего двигателя. На пониженной тяге, но тем не менее...

ЦитироватьНо мы же ведём спич о том, что в конечном итоге приводит к конденсации, не так ли? А в данном случае без охлаждения сопла - конденсации бы не было. Тчк. Мне кажется, это факт совершенно бесспорный :)

Да, почти наверняка если б степень расширения еще сильнее увеличить (достаточно заметно) - то можно было бы и в неохлаждаемом сопле увидеть конденсацию и струи воды (хотя вот с сосульками, ИМХО, были бы проблемы еще большие).
Но потери на трение в сопле, не исключено, возросли бы при этом так, что затея потеряла бы смысл.

Лично я говорю вот о чем:

Цитировать

ЦитироватьПри этом давление будет настолько небольшим, а угол сопла по отношению к оси настолько малыми, что размеры сопла (необходим протяжённый конденсационный участок), имхо, делают идею практически нереальной.

Сопла с центральным телом и разворотом сверхзвукового потока позволяют достичь очень высоких степеней расширения при вполне реализуемых габаритах. Так что 0 С на "срезе" такого сопла - это не проблема (ни по технической реализуемости, ни по массе, ни по еще каким либо параметрам).

и о том, что это проще, легче и надежнее любого теплообменника, а по эффективности не будет уступать ему (в вакууме, по крайней мере).

Про сопла с веером волн разрежения я еще не совсем запамятовал со 2-го курса :)

Однако же, справедливости для - с михальчуковской идеей (при всех ея недостатках) сравнивать некорректно совершенно, поскольку сконденсированный продукт мы не собираем и не везём с собою в качестве ПН :)

И на круг с учётом всяких потерь и нерасчётных режимов - да фиг его знает, окажется ли выгоднее...
Может, известны какие-то подробные работы на эту тему?

ЦитироватьСопла с центральным телом и разворотом сверхзвукового потока позволяют достичь очень высоких степеней расширения при вполне реализуемых габаритах. Так что 0 С на "срезе" такого сопла - это не проблема (ни по технической реализуемости, ни по массе, ни по еще каким либо параметрам).

В габаритах - да, но не в массе: сопло просто извёрнуто, а там, где удаётся сохранить большее давление на стенках приходится платить большей их массой. Однако, до 0 С всё-таки далеко. И во всех учебниках конденсацию рабочего тела в сопле считают паразитным процессом: конденсат или твёрдые частицы не успевают ни разогнаться, ни отдать тепло. Нужно или очень протяжённое сопло(за оценки даже не берусь), либо сопло большой мощности. И есть существенная разница, которая, на мой взгляд, делает сравнение несопоставимым в отношении массовой оценки: в моём случае излишнее тепло преобразуется в работу начиная от начала сопла при давлениях в десятки атмосфер, а самоконденсация начинает работать в конце сопла (до его удлиннения под конденсацию)при давлениях в сотые или тысячные атмосферы. Кроме того, эфеективность сопла с прямой конденсацией растёт с ростом его мощности, а в моём случае - наоборот, хотя есть и нижний предел. Так что идеи в чём-то противоположны. :)

ЦитироватьВ расчет процессов горения и истечения входит начальная энтальпия компонентов топлива при температуре их подачи в КС. В схеме с теплообменником начальная энтальпия включает теплоту конденсации.

Поэтому можно сколько угодно говорить о кпд>100%, но на самом деле это самообман ;)

С последним полностью согласен. Дело в системе отсчёта, хотя в уравнения термодинамики можно заложить и полную энтальпию, КПД обычно считают по газу, без учёта конденсации. И энтальпия кислородно-водородного топлива равна 12,5-12,6 МДж/кг. Если же вы реально с карандашом и калькулятором попробуете посчитать сопло, то увидите, что полная энтальпия ни к чему: при больших перепадах температур (с 3800 до где-то 700-800 К) уже плывут все параметры и коэффициенты: теплоёмкость, показатель адиабаты и прочие, и приходится пользоваться таблицами, а они отражают процессы в газе, их экстраполяция даёт именно газовую динамику, в процессы конденсации в водороднике реально никто не вникал из практических соображений.

ЦитироватьНа RL-10B-2 (одном из предшественников CECE) продукты сгорания на срезе сопла только за счет расширения (т.к. насадок неохлаждаемый) охлаждаются до температуры ~450 C (при температуре в КС ~3100 C). Так что холодная стенка в CECE, конечно, вносит свою долю в снижение температуры пристеночного слоя, но в основном газы охлаждаются именно за счет расширения (на ~2600 градусов в RL-10B-2, и на ~2400 градусов в RL-10A4-2 и CECE).

Я как-то посчитал для себя, что для понижения температуры вдвое требуется расширение (адиабатическое) в 10 раз.
То есть в этом примере расширение должно быть около 160. Сходится?

Цитировать

ЦитироватьНа RL-10B-2 (одном из предшественников CECE) продукты сгорания на срезе сопла только за счет расширения (т.к. насадок неохлаждаемый) охлаждаются до температуры ~450 C (при температуре в КС ~3100 C). Так что холодная стенка в CECE, конечно, вносит свою долю в снижение температуры пристеночного слоя, но в основном газы охлаждаются именно за счет расширения (на ~2600 градусов в RL-10B-2, и на ~2400 градусов в RL-10A4-2 и CECE).

Я как-то посчитал для себя, что для понижения температуры вдвое требуется расширение (адиабатическое) в 10 раз.
То есть в этом примере расширение должно быть около 160. Сходится?

Расширение там порядочно больше. Типичное давление на срезе у пустотных движков - 0,1 - 0,05 атмосферы. При давлении в камере 60 атм будет 600-1200. У РД-119 было 1360

ЦитироватьОднако же, справедливости для - с михальчуковской идеей (при всех ея недостатках) сравнивать некорректно совершенно, поскольку сконденсированный продукт мы не собираем и не везём с собою в качестве ПН :)

А как часто это будет нужно? Во многих случаях собираемая вода - это балласт, который придется выкидывать.

Так что идея mihalchuk будет работать только для водовозов. И получается тогда узкоспециализированный вид транспорта, не пригодный для иных применений, кроме снабжения внеземных обитаемых станций/поселений.

Цитироватьда фиг его знает, окажется ли выгоднее...

Вот именно.

ЦитироватьВ габаритах - да, но не в массе: сопло просто извёрнуто, а там, где удаётся сохранить большее давление на стенках приходится платить большей их массой.

Оно обеспечивает более высокую степень расширения при тех же габаритах, что и обычное круглое. Поэтому масса собственно сопла скорее всего будет даже меньше массы круглого сопла с той же степенью расширения. Вот камера сгорания будет тяжелее, однако если это камера не аэроспайка, а, например, тарельчатого сопла, то превышение будет не столь существенным и компенсируется относительно малой массой сопла.

ЦитироватьОднако, до 0 С всё-таки далеко.

Поправка: в существующих круглых соплах :) В соплах с центральным телом можно получить температуры даже ниже 0 C.

ЦитироватьИ во всех учебниках конденсацию рабочего тела в сопле считают паразитным процессом:...

Так и есть. Однако следует помнить, что в вакуумном двигателе конденсация пара происходит при гораздо более низкой температуре, чем 0 C (и даже не конденсация, а десублимация).

Поэтому в вакуумном двигателе с большой степенью расширения конденсат появится при более низких температурах, чем температура замерзания воды в теплообменнике. Следовательно, расширение газа через сопло является энергетически более выгодным процессом, чем нагрев компонентов в теплообменнике: теплообменник ограничен температурой 0 C (или около того - линия "лёд-жидкость" на фазовой диаграмме воды, близкая к вертикали), а сопло вакуумного двигателя ограничено линией "лёд-газ".

Цитироватьв моём случае излишнее тепло преобразуется в работу начиная от начала сопла при давлениях в десятки атмосфер, а самоконденсация начинает работать в конце сопла при давлениях в сотые или тысячные атмосферы.

Вот именно. В результате газ при истечении через сопло отдает больше энергии, чем газ/жидкость в теплообменнике.

ЦитироватьТак что идеи в чём-то противоположны. :)

С точки зрения термодинамики - абсолютно идентичны.

ЦитироватьЕсли же вы реально с карандашом и калькулятором попробуете посчитать сопло, то увидите, что полная энтальпия ни к чему: при больших перепадах температур (с 3800 до где-то 700-800 К) уже плывут все параметры и коэффициенты: теплоёмкость, показатель адиабаты и прочие, и приходится пользоваться таблицами, а они отражают процессы в газе, их экстраполяция даёт именно газовую динамику, в процессы конденсации в водороднике реально никто не вникал из практических соображений.

На самом деле, всё прекрасно расчитывается, в том числе количество конденсированой фазы и течение многофазного потока.

ЦитироватьЯ как-то посчитал для себя, что для понижения температуры вдвое требуется расширение (адиабатическое) в 10 раз.
То есть в этом примере расширение должно быть около 160. Сходится?

Если Вы говорите о геометрической степени расширения, то примерно сходится (у RL-10B-2 это ~260, у  RL-10A4-2 ~80). А если по давлению - то, как уже сказал Андрей Суворов, на самом деле намного выше.

Цитировать

ЦитироватьЯ как-то посчитал для себя, что для понижения температуры вдвое требуется расширение (адиабатическое) в 10 раз.
То есть в этом примере расширение должно быть около 160. Сходится?

Если Вы говорите о геометрической степени расширения, то примерно сходится (у RL-10B-2 это ~260, у  RL-10A4-2 ~80). А если по давлению - то, как уже сказал Андрей Суворов, на самом деле намного выше.

А там не получится что газ нагреется от трения гиперзвукового потока о поверхность сопла?

ЦитироватьА там не получится что газ нагреется от трения гиперзвукового потока о поверхность сопла?

Температура в пограничном слое всегда выше температуры ядра потока. В любом двигателе, независимо от степени расширения.

Цитировать

ЦитироватьА там не получится что газ нагреется от трения гиперзвукового потока о поверхность сопла?

Температура в пограничном слое всегда выше температуры ядра потока. В любом двигателе, независимо от степени расширения.

Насколько выше? И сколько доля массы этого пограничного слоя?

ЦитироватьНасколько выше? И сколько доля массы этого пограничного слоя?

Температура много ниже температуры торможения, а толщина погранслоя достаточно мала для того, чтобы в расчетах истечения из сопла в первом приближении им пренебрегать (хотя в расчетах охлаждения камеры такое пренебрежение недопустимо даже в первом приближении).

Цитировать

ЦитироватьВ габаритах - да, но не в массе: сопло просто извёрнуто, а там, где удаётся сохранить большее давление на стенках приходится платить большей их массой.

Оно обеспечивает более высокую степень расширения при тех же габаритах, что и обычное круглое. Поэтому масса собственно сопла скорее всего будет даже меньше массы круглого сопла с той же степенью расширения. Вот камера сгорания будет тяжелее, однако если это камера не аэроспайка, а, например, тарельчатого сопла, то превышение будет не столь существенным и компенсируется относительно малой массой сопла.

А вот это мне не казалось очевидным. Есть ли какие-то выкладки на этот счёт?

Цитировать

ЦитироватьОднако, до 0 С всё-таки далеко.

Поправка: в существующих круглых соплах :) В соплах с центральным телом можно получить температуры даже ниже 0 C.

ЦитироватьИ во всех учебниках конденсацию рабочего тела в сопле считают паразитным процессом:...

Так и есть. Однако следует помнить, что в вакуумном двигателе конденсация пара происходит при гораздо более низкой температуре, чем 0 C (и даже не конденсация, а десублимация).

Поэтому в вакуумном двигателе с большой степенью расширения конденсат появится при более низких температурах, чем температура замерзания воды в теплообменнике. Следовательно, расширение газа через сопло является энергетически более выгодным процессом, чем нагрев компонентов в теплообменнике: теплообменник ограничен температурой 0 C (или около того - линия "лёд-жидкость" на фазовой диаграмме воды, близкая к вертикали), а сопло вакуумного двигателя ограничено линией "лёд-газ".

С этим в целом можно согласиться, заметив только, что энергия конденсации воды гораздо больше энергии перехода из жидкого в твёрдое состояние.

Цитировать

Цитироватьв моём случае излишнее тепло преобразуется в работу начиная от начала сопла при давлениях в десятки атмосфер, а самоконденсация начинает работать в конце сопла при давлениях в сотые или тысячные атмосферы.

Вот именно. В результате газ при истечении через сопло отдает больше энергии, чем газ/жидкость в теплообменнике.

ЦитироватьТак что идеи в чём-то противоположны. :)

С точки зрения термодинамики - абсолютно идентичны.

А вот здесь стоит рассмотреть разницу с точки зрения термодинамики. У вас: имеет место конденсация/сублимация в охлаждённом газе, процесс в хорошем приближении можно считать равновесным. У меня: конденсат разбрызгивается в горячий газ, то есть, имеем явно неравновесную термодинамическую ситуацию.

ЦитироватьНа самом деле, всё прекрасно расчитывается, в том числе количество конденсированой фазы и течение многофазного потока.

Ну, кто же спорит? Речь шла о том, что такие расчёты на практике редко востребованы.

ЦитироватьА вот это мне не казалось очевидным. Есть ли какие-то выкладки на этот счёт?

Есть даже практический пример:
РД0126Э с тарельчатым соплом: http://www.kbkha.ru/?p=8&cat=12&prod=54
РД0126 с соплом Лаваля: http://www.kbkha.ru/?p=8&cat=12&prod=53

Тяга и масса двигателей одинаковы, при этом давление в КС и УИ у тарельчатого сопла выше, а габариты намного меньше.

Однако я не понял, к чему сравнивать сопла с центральным телом с обычными? Ведь в данном контексте их нужно сравнивать с двигателями с теплообменником! У последних нет никаких шансов выиграть "весовой спор" не только у обычных двигателей, но и у двигателей с соплами с центральным телом.

ЦитироватьС этим в целом можно согласиться, заметив только, что энергия конденсации воды гораздо больше энергии перехода из жидкого в твёрдое состояние.

"Маршрут" превращения рабочего тела из исходного состояния в конечное в общем случае не имеет значения. Охлажденный до температуры десублимации газ на выходе из сопла имеет меньшую энергию, чем охлажденная до температуры замерзания вода на выходе из теплообменника. Поэтому общий энергетический эффект будет в пользу сопла, даже если в нем вообще нет процесса конденсации воды (на самом деле - благодоря этому :)).

ЦитироватьА вот здесь стоит рассмотреть разницу с точки зрения термодинамики. У вас: имеет место конденсация/сублимация в охлаждённом газе, процесс в хорошем приближении можно считать равновесным. У меня: конденсат разбрызгивается в горячий газ, то есть, имеем явно неравновесную термодинамическую ситуацию.

И что даёт такое рассмотрение?

ЦитироватьРечь шла о том, что такие расчёты на практике редко востребованы.

Наоборот: именно на практике все и всегда делают расчеты с учетом конденсированой фазы. Даже студенты для своих курсовых работ.

Цитировать

ЦитироватьА вот это мне не казалось очевидным. Есть ли какие-то выкладки на этот счёт?

Есть даже практический пример:
РД0126Э с тарельчатым соплом: http://www.kbkha.ru/?p=8&cat=12&prod=54
РД0126 с соплом Лаваля: http://www.kbkha.ru/?p=8&cat=12&prod=53

Тяга и масса двигателей одинаковы, при этом давление в КС и УИ у тарельчатого сопла выше, а габариты намного меньше.

Практические примеры мне известны, но они могут иметь технологическую основу. Например, трудности изготовления тонкостенного сопла и обращения с ним. Теоретически в первом приближении аналогичный двигатель с бОльшим давлением в КС будет иметь такую же массу, во втором, с учётом диссоциации и условий для ожлаждения КС и сопла - меньше. Как сравнивать сопла разных типов, я пока не имею уверенных представлений. Ссылаться на габариты неправильно, нужно брать площадь сопла. Но если у тарельчатого она будет меньше, то и профиль давления будет другой. Правильно было бы проинтегрировать давление по площади, тогда получим правильный результат. Но может быть у вас есть более простые аргументы, позволяющие наглядно объяснить, что массовые характеристики тарельчатого сопла принципиально лучше, чем у обычного? Вопрос, точнее, ответ для меня, да и не только для меня будет интересен.

ЦитироватьОднако я не понял, к чему сравнивать сопла с центральным телом с обычными? Ведь в данном контексте их нужно сравнивать с двигателями с теплообменником! У последних нет никаких шансов выиграть "весовой спор" не только у обычных двигателей, но и у двигателей с соплами с центральным телом.

Вообще говоря, неосмотрительное заявление. Теоретически теплообменник может быть сколь угодно малым, кроме того, он может вытеснить газогенератор. Практически он, конечно, даст прибавку к массе двигателя, но, возможно, она окажется несущественной или меньше, чем эквивалентый прирост массы от наращивания сопла.

Цитировать

ЦитироватьС этим в целом можно согласиться, заметив только, что энергия конденсации воды гораздо больше энергии перехода из жидкого в твёрдое состояние.

"Маршрут" превращения рабочего тела из исходного состояния в конечное в общем случае не имеет значения. Охлажденный до температуры десублимации газ на выходе из сопла имеет меньшую энергию, чем охлажденная до температуры замерзания вода на выходе из теплообменника. Поэтому общий энергетический эффект будет в пользу сопла, даже если в нем вообще нет процесса конденсации воды (на самом деле - благодоря этому :)).

С точки зрения термодинамики - да. Но при этом нужно соблюсти два условия: степень расширения должна быть достаточно большой, а на реальные массовые характеристики сопла - наплевать. Область возможной конкурентноспособности моей идеи - меньшие, додесублимационные степени расширения.

Цитировать

Цитироватьmihalchuk пишет:
 А вот здесь стоит рассмотреть разницу с точки зрения термодинамики. У вас: имеет место конденсация/сублимация в охлаждённом газе, процесс в хорошем приближении можно считать равновесным. У меня: конденсат разбрызгивается в горячий газ, то есть, имеем явно неравновесную термодинамическую ситуацию.

И что даёт такое рассмотрение?
А от него деваться некуда. :D Рассмотрим случай расширения газа, при котором конденсация в сопле ещё не началась. У вас на выходе из сопла будет газ, у меня газ + жидкость. Что лучше - можно поспорить, но ситуация явно разная.

ЦитироватьТак что идея mihalchuk будет работать только для водовозов. И получается тогда узкоспециализированный вид транспорта, не пригодный для иных применений, кроме снабжения внеземных обитаемых станций/поселений.

Рекомендую проанализировать, чего и сколько мы везём на низкую круговую орбиту. И тогда выяснится, что вода может заменить около 60% грузов. И тогда слово "узкоспециализированный" звучит оптимистично! Хотя это другая тема.

ЦитироватьПрактические примеры мне известны, но они могут иметь технологическую основу.

Разумеется, технологическую. Так всегда было и будет: доступная технология является одним из "общих условий" (тем самым, которое имеют в виду, говоря "при прочих равных") .

ЦитироватьСсылаться на габариты неправильно, нужно брать площадь сопла.

Габариты - еще одно "общее условие": от этого зависит сухая масса ступени.

ЦитироватьНо может быть у вас есть более простые аргументы, позволяющие наглядно объяснить, что массовые характеристики тарельчатого сопла принципиально лучше, чем у обычного?

Повторяю: двигатель с теплообменником проигрывает двигателю без него. Именно об этом я и говорю. О тарельчатом сопле я напомил только для того, чтобы показать, что в обычных двигателях возможно достижение очень высоких степеней расширения при приемлемой массе.

Поэтому в данном контексте обычные двигатели с тарельчатым и круглым соплами (без дополнительных теплообменников) находятся по одну сторону "баррикад", а двигатель с теплообменником - по другую.

ЦитироватьВообще говоря, неосмотрительное заявление. Теоретически теплообменник может быть сколь угодно малым, кроме того, он может вытеснить газогенератор.

Ну и аргументы у Вас :)

Если так, то... теоретически сопло может иметь сколь угодно большую степень расширения и иметь сколь угодно малую массу :) Кроме того, оно может вытеснить газогенератор (собственно, это уже не теория - это уже произошло в пятидесятых годах 20 века).

ЦитироватьПрактически он, конечно, даст прибавку к массе двигателя, но, возможно, она окажется несущественной или меньше, чем эквивалентый прирост массы от наращивания сопла.

А может, и не окажется...

А если вдруг окажется равной (или даже немного меньше) прироста массы сопла, то и в этом случае обычный двигатель выигрывает - из-за меньшей сложности.

ЦитироватьС точки зрения термодинамики - да. Но при этом нужно соблюсти два условия: степень расширения должна быть достаточно большой, а на реальные массовые характеристики сопла - наплевать. Область возможной конкурентноспособности моей идеи - меньшие, додесублимационные степени расширения.

Я уже говорил в самом начале: Ваша схема будет энергетически выгоднее только для двигателей нижних ступеней, в которых большое расширение невозможно.

ЦитироватьРассмотрим случай расширения газа, при котором конденсация в сопле ещё не началась. У вас на выходе из сопла будет газ, у меня газ + жидкость. Что лучше - можно поспорить, но ситуация явно разная.

Ну и что? Я по прежнему не понимаю, зачем нужно рассмотрение этих разных ситуаций.

Цитировать

ЦитироватьТак что идея mihalchuk будет работать только для водовозов. И получается тогда узкоспециализированный вид транспорта, не пригодный для иных применений, кроме снабжения внеземных обитаемых станций/поселений.

Рекомендую проанализировать, чего и сколько мы везём на низкую круговую орбиту. И тогда выяснится, что вода может заменить около 60% грузов. И тогда слово "узкоспециализированный" звучит оптимистично! Хотя это другая тема.

А зачем ограничиваться только низкой круговой орбитой?

Сходите вот сюда: http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=9677&start=0 и подсчитайте количество воды в грузах еще раз :)

Цитировать

ЦитироватьВообще говоря, неосмотрительное заявление. Теоретически теплообменник может быть сколь угодно малым, кроме того, он может вытеснить газогенератор.

Ну и аргументы у Вас :)

Если так, то... теоретически сопло может иметь сколь угодно большую степень расширения и иметь сколь угодно малую массу :)

Сопло не может иметь сколь угодно малую массу - его порвёт внутренним давлением. :cry:

Цитировать

Цитировать

ЦитироватьТак что идея mihalchuk будет работать только для водовозов. И получается тогда узкоспециализированный вид транспорта, не пригодный для иных применений, кроме снабжения внеземных обитаемых станций/поселений.

Рекомендую проанализировать, чего и сколько мы везём на низкую круговую орбиту. И тогда выяснится, что вода может заменить около 60% грузов. И тогда слово "узкоспециализированный" звучит оптимистично! Хотя это другая тема.

А зачем ограничиваться только низкой круговой орбитой?

Сходите вот сюда: http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=9677&start=0 и подсчитайте количество воды в грузах еще раз :)

Видимо, вы не представляете, зачем нужна вода:
http://www.energoobmen.ru/GSO.htm

Цитировать

Цитировать

ЦитироватьВообще говоря, неосмотрительное заявление. Теоретически теплообменник может быть сколь угодно малым, кроме того, он может вытеснить газогенератор.

Ну и аргументы у Вас :)
Если так, то... теоретически сопло может иметь сколь угодно большую степень расширения и иметь сколь угодно малую массу :)

Сопло не может иметь сколь угодно малую массу - его порвёт внутренним давлением. :cry:

Отчего же? Если применять "сколь угодно" прочные материалы... теоретически ;)

К тому же, теплообменник тоже не может быть сколь угодно малым даже теоретически - разве что расход через него и теплообмен в нем тоже будут сколь угодно малыми. Но тогда зачем он вообще нужен?

В общем, повторяю: ну и аргументы у Вас :)

ЦитироватьВидимо, вы не представляете, зачем нужна вода

Вы имеете в виду использование воды в качестве долгохранимого топлива, с последующим электролизом и заправкой многоразовиков прямо на орбите?

Ну, в принципе это возможно. Однако предлагаемый Вами ЖРД с теплообменником так и остается узкоспециализированным и пригодным только для водовозов.

ЦитироватьОтчего же? Если применять "сколь угодно" прочные материалы... теоретически ;)

 :D  :D  :D

ЦитироватьК тому же, теплообменник тоже не может быть сколь угодно малым даже теоретически - разве что расход через него и теплообмен в нем тоже будут сколь угодно малыми. Но тогда зачем он вообще нужен?

В общем, повторяю: ну и аргументы у Вас :)

Конечно, физические ограничения есть, но до них теплообменникам ещё далеко. Всё дело в умении и способности уменьшить толщину стенки между теплоносителем и рабочим телом. С её уменьшением падает и масса теплообменника. Это считалось:
http://www.energoobmen.ru/MKT.htm
, в конце. Расчёт производился при максимальном давлении, в этом случае придётся уменьшать и условный диаметр трубок, выигрыш получится за счёт сокращения их длины. Но такое условие не обязательно - при работе давление с обеих сторон стенок компенсируется, если с одного конца трубок привести разность давлений к нулю, то с другой она будет раза в 4 меньше максимальной. Есть и другие способы уменьшить массу(например, свернуть ячейки в спираль), но нужно изощряться в технологии.