Химический РД с удельным импульсом до 800 с.

[Старый]

Как я смог понять в детонационных двигателях топливо (рабочее тело) действительно может вылетать со скоростью 8 км/с. Но вот засада - далеко не всё топливо...

Может быть...Но кому и зачем это надо? :?

Наверно никому. Поэтому и не применяются...

[mihalchuk]

Если верить последним Королёвским, в детонационных движках обещают до 700 с. Правда, я из кратких тезисов так и не понял, в чём суть - возможно, дело в том, в частности, что термодинамический цикл получается более выгодным.

Нельзя верить. Что-то они недоговаривают, но за счёт химической энергии без повода внешней энергии такое невозможно. Или речь идёт об УИ в воздухе? Но тогда это не достижение.

[mihalchuk]

Он не копает, а закапывает, приближая новое средневековье и смущая незрелые умы. Лучше бы варил зелье из каких-нибудь крыс и, скажем, кладбищеннской земли, что лет 500 назад любили делать его духовные отцы.

Какой вы, однако, злой.  :roll:

Практически 470с на водороде практический предел.

Больше 500с только экзотика Li-H-F или Be-H-O, но она вряд ли когда-нибудь найдет практическое применение.

Больше 500 с даёт ДУ на основе ЭоРД (с производством и накоплением конденсата, получаемого из топлива). Если поднять температуру в теплообменнике, то 700 с потянет, хотя технически это на грани возможного. Но время работы будет ограничено. Можно его увеличить ещё ради спортивного интереса, если получать на воду, а, например, раствор гидрооксида лития. Но кому он нужен в космосе?

Некоторые металлы дают сильное энерговыделение, но это энергия твёрдого вещества, образование просто молекул оксидов (пар) даёт значительно меньшее энерговыделение. В потоке газа оксиды металлов образуют твёрдые частицы, которые отстают и не успевают отдать тепло. В результате энергия топлива используется хуже и УИ не вырастает до желаемой величины. Логика подсказывает такой способ:
ЖРД имеет хитрый теплообменник, в котором сгорают металлы и нагревают водород. Оксиды металлов получаются в виде охлаждённых частиц подходящего размера и свойств, затем подаются в КС или сопло, где хорошо, почти идеально разгоняются газом, не успевая при этом нагреться. Тогда получится по-настоящему высокий УИ, для водорода с алюминием - до 550 с, с другими металлами можно и больше. Но до 700 с очень далеко. Как создать такой ЖРД, не имею представления, но если кто осилит задачу, произойдёт революция в средствах выведения.
Но, судя по описанию, Зеленков предлагает что-то иное, и едва ли возможное (если здесь нет какой-то хитрости, например, с подсчётом УИ).

[Streamflow]

Но, судя по описанию, Зеленков предлагает что-то иное, и едва ли возможное (если здесь нет какой-то хитрости, например, с подсчётом УИ).

Да ничего он не предлагает, неужели не видно - высосанные из пальца ошибочные, не имеющие физического смыслы формулы, и ошибочные выводы из них. И это для классической кристалльно ясной задачи.

[KBOB]

Может, 700 - это с использование какой-то топливной экзотики. Которую удаётся в данной схеме использовать?

Вроде бы, химических реакций для пары окислитель-восстановитель с удельной энергией в районе 25 МДж/кг в принципе не бывает. Конечно, водород - это 120 МДж/кг, но, пара водород-кислород - уже всего 13.3 МДж/кг, и sqrt(2x13.3) = 5.16 км/с.

Может быть двигатель - ядерный детонационный :?

Или с эжекцией...Потому, что для полноценного ВРД, даже и детонационного, :lol: 7 км/с - это слишком мало.

Озон + водород - экологически чистое ракетное топливо!

[RadioactiveRainbow]

Угу, озон, да. Ага.
Вы бы почитали каково с ним работать  :roll:
А так, спору нет - очень гут.

[KBOB]

Угу, озон, да. Ага.
Вы бы почитали каково с ним работать  :roll:
А так, спору нет - очень гут.

Приятнее всего работать с охлажденным пивом!
Наливаешь, пьешь!

[Гусев_А]

А не возможен здесь такой вариант? :
Камера в виде глухой трубы с небольшим расширением к соплу. Окислитель подается от начала с неполным количеством топлива, сгорание не полное. По ходу движения топливо впрыскивается дополнительно, окончательное догорание происходит уже ближе к соплу.

Что это дает: место в камере сгорания, где максимальное давление не совпадает с местом с максимальной температурой. Компаненты с большей молярной массой разгоняются постепенно не встречая таких препядствий, как шейка.

Может такой ход и позволит увеличить УИ, конечно если окажутся оправданными его размеры и масса.

[Streamflow]

А не возможен здесь такой вариант? :
Камера в виде глухой трубы с небольшим расширением к соплу. Окислитель подается от начала с неполным количеством топлива, сгорание не полное. По ходу движения топливо впрыскивается дополнительно, окончательное догорание происходит уже ближе к соплу.

Что это дает: место в камере сгорания, где максимальное давление не совпадает с местом с максимальной температурой. Компаненты с большей молярной массой разгоняются постепенно не встречая таких препядствий, как шейка.

Может такой ход и позволит увеличить УИ, конечно если окажутся оправданными его размеры и масса.

Еще раз, по слогам: (Isp)maxmax = sqrt(2hmax), где hmax - начальная энтальпия газовой смеси, которая, если пренебречь небольшой начальной энтальпией компонент топлива, равна удельной энергии химической реакции за вычетом удельной теплоты конденсации продуктов сгорания. Например, для стехиометрической (это когда компоненты подобраны так, что реагирую полностью) смеси водород-кислород h = 120/(8 + 1) = 13.3 МДж/кг, и (Isp)maxmax = sqrt(2x13.3) = 5.16 км/с вне зависимости от манипуляций с "шейкой", которая является не препяДствием, а лакомством.

[Гусев_А]

Спасибо, вроде втолковали, проще говоря не  хватает калорийности химического топлива, чтоб разогнать массу отработавшего топлива до больших скоростей. (упрощенно)

Я правельно понял?

[Streamflow]

Спасибо, вроде втолковали, проще говоря не  хватает калорийности химического топлива, чтоб разогнать массу отработавшего топлива до больших скоростей. (упрощенно)

Я правельно понял?

Слово "калорийность", на мой взгляд, то ли архаично, то ли жаргонно, лучше, наверное, что-то вроде "энерговыделения", но, в принципе, Вы поняли правильно. Банальный закон сохранения энергии

[Сверхновый]

Слово "калорийность", на мой взгляд, то ли архаично, то ли жаргонно, лучше, наверное, что-то вроде "энерговыделения"

Удельная энергия горения - так еще лучше.


Да, с химией особенно не разбежишься. Разве что с гиперзвуковыми реактивными двигателями будет прорыв, а из ЖРД уже выжали практически все, что можно.

[Андрей Суворов]

нет, ну, правда, тут же уже предлагали жечь кислород-водородное топливо, греть водород в теплообменнике, выпускать его через сопло, а воду конденсировать, направлять обратно в бак, и объявить полезным грузом - ведь, действительно, всё равно воду на орбиту возим тоннами!

Если вода - и вправду полезный груз, то тогда УИ 800 вполне достижим

[RadioactiveRainbow]

нет, ну, правда, тут же уже предлагали жечь кислород-водородное топливо, греть водород в теплообменнике, выпускать его через сопло, а воду конденсировать, направлять обратно в бак, и объявить полезным грузом - ведь, действительно, всё равно воду на орбиту возим тоннами!

Если вода - и вправду полезный груз, то тогда УИ 800 вполне достижим

Сделайте одолжение - посчитайте, какой нужен расход кислород-водородного топлива на, допустим, 1 тонну тяги на водороде (УИ водорода возьмите какой хотите).

И нам скажите. А мы вам спасибо скажем

[Андрей Суворов]

А что тут считать? Для тяги в 1 тонну ЖРД на кислород-водороде нужно 2,2 кг в секунду вместе кислорода и водорода. При вдвое большем УИ тепловая мощность двигателя тоже будет больше вдвое при той же тяге. Значит, нужно 4,4 кг в секунду для нагрева + 1,1 кг в секунду для выхлопа. Итого УИ, посчитанный по классической формуле окажется в 2,5 раза ниже, а не выше.

Несколько спасает то, что в таком двигателе нужно жечь ровно по стехиометрии, а в "классическом" ЖРД весьма заметный избыток водорода - значит, средняя плотность топлива не уменьшится, да и УИ, посчитанный по классической формуле, упадёт не в 2,5, а, скажем, ровно в 2 раза.

Но теперь - смотрите!

Допустим, нам нужно перевести с LEO на транслунную траекторию 40 тонн полезной нагрузки, из них 20 тонн воды для лунной колонии. Для этого нам нужно - с классическим кислород-водородным ЖРД - тоже примерно 40 тонн топлива. Итого стартовая масса на LEO - за 80 тонн.
Теперь что получится с таким "синерЖРД" - масса "сухой" ПН останется той же, для того, чтобы её разогнать к Луне при "синерЖРДшной" схеме нужно будет в 2,7 раза больше топлива, чем масса сухой ПН, итого 20+54=74 тонны на LEO.

Уже выигрыш. Не говоря о том, что воды на транслунную траекторию мы забросим не 20 тонн, а больше 30.

[Streamflow]

Слово "калорийность", на мой взгляд, то ли архаично, то ли жаргонно, лучше, наверное, что-то вроде "энерговыделения"

Удельная энергия горения - так еще лучше.

Я хотел как попроще , да и не всегда топливо горит, то есть окисляется.

Да, с химией особенно не разбежишься. Разве что с гиперзвуковыми реактивными двигателями будет прорыв, а из ЖРД уже выжали практически все, что можно.

Максимально возможный на практике удельный импульс водородно-кислородных двигателей (нормальной схемы ) в вакууме - около 4.7 км/с.

А по поводу ВРД - необходим не меньший прорыв и для двигателей, работающих на нижнем участке разгонной траектории АКС.

[Гусев_А]

Нижний участок траектории самый затратный. Но если первую ступень делать на ВРД, то она эффективно сможет работать на два десятка километров. А дальше включай вторую ступень.

При использовании в первой ступени ЖРД (при последовательной схеме) вторая ступень начинает работу уже на высоте сотни километров и скорость уже около двух км/с.

Более эффективно получается.

Однако будь первая ступень с ВРД многоразовая (лутьше все таки с вертикальным взлетом), тогда можно ждать какой то эффективности.

[Streamflow]

Однако будь первая ступень с ВРД многоразовая...

http://synerjetics.ru/article/art1996.htm

[mihalchuk]

нет, ну, правда, тут же уже предлагали жечь кислород-водородное топливо, греть водород в теплообменнике, выпускать его через сопло, а воду конденсировать, направлять обратно в бак, и объявить полезным грузом - ведь, действительно, всё равно воду на орбиту возим тоннами!

Если вода - и вправду полезный груз, то тогда УИ 800 вполне достижим

Сделайте одолжение - посчитайте, какой нужен расход кислород-водородного топлива на, допустим, 1 тонну тяги на водороде (УИ водорода возьмите какой хотите).

И нам скажите. А мы вам спасибо скажем

Нужно знать теплоёмкость водорода при температурах, обеспечивающих такой УИ или, ещё лучше - энтальпию. При образовании воды из жидких компонентов выделяется энергия 15,1 МДж/кг, энтальпия жидкого водорода - 4440 кДж/кг. По моим оценкам, УИ 800 с практически недостижим из-за ограничений прочности материалов стенок теплообменника (здесь будет температура около 2500К или выше), разве что делать движок с небольшой тягой. Кроме того, ресурс его работы ограничен массой запасаемой воды.
Вообще, начиная где-то с 1100К масса теплообменника начинает нелинейно возрастать, поэтому такой ЖРД на чистом водороде едва ли будет эффективным.
Если вы не знакомы с этим ЖРД, посмотрите здесь:

enextec.ru > Средство доставки

, где найдено пожалуй единственное приемлемое решение. Эффективность такого двигателя тем больше, чем больше доля конечной массы в общей массе аппарата, т. е. - он больше подходит для многоразовых и близких к одноступенчатым средств. Так как водород практически сильно не нагреть, то он подаётся в камеру сгорания вместе с кислородом, а его нагрев увеличивает УИ ЖРДУ. Для неэкзотических конструкционных материалов при относительно простой конструкции достигается УИ до 530 с или немного более. Но наиболее оптимальный УИ, соответствующий максимальной массе ПГ, может быть несколько ниже максимального, например, 510 с.

[sychbird]

Информация для специалистов:

Результаты расчета показывают, что каркасом Al4H6 является искаженный тетраэдр, образованный атомами алюминия. Атомы водорода в гидриде образуют четыре терминальные связи Al–H и две мостиковые связи Al–H–Al. Большое расстояние между энергиями ВЗМО и НСМО нейтрального гидридного кластера Al4H6 (1.9 эВ) в сочетании с существенным значением энергии его сгорания (при сгорании 1 моль этого вещества должно выделиться в 2,6 раза боль-ше энергии, чем при сгорании 1 моль метана) позволяют говорить о том, что пока еще неполученный гидрид алюминия может представлять собой перспективный материал для ракетного топлива.

Источник: Science, 2007, 315, 356