Ядерный Российский буксир для дальнего космоса

[cross-track]

Так на приращение давления до 3 атм нужна энергия, и эта энергия отбирается от нагрева водорода. Водород при этом будет хуже нагреваться, не так эффективно.

До каких 3 атм хосспади?!! Компрессор сжал с 3 до 10, турбина расширила с 10 до 3. Газ после турбины пошёл в реактор и вышел наружу через сопло. Что тут непонятного?

Вообще говоря не очень понятно, за счет чего образуется реактивная тяга. Если давление в "камере сгорания" 3 атм, то чему же будет равна тяга?!

[SONY]

Из подводимой мощности 500 кВт какая ее часть расходуется на ускорение ракеты?  Еще конкретнее: за 1 секунду выделяется 500 кДж; какая часть этой энергии идет на увеличении скорости ракеты?

Ответ на ваш вопрос зависит от системы отсчёта.

формула циолковского эффективна для описания систем, в которых масса отбрасываемого рабочего тела много больше или хотя бы того же порядка что масса разнгоняемой системы, а требуемая конечная скорость аппарата хотя бы сопоставима со скоростью истечения. при бОльших скоростях истечения бОльшую часть энергии уносит рабочее тело, эффективный кпд в пересчете на энергию, переданную кораблю, начинает стремиться к 0, ибо выигрыш в импульсе скажем в 10 раз требует роста мощности в 100 раз, соответствующее увеличение массы энергетической установки способно с потрохами сожрать всю прибавку удельного импульса

Классическая формула Циолковского одинаково эффективна при описании ракет с любой массой как самой ракеты, так и запаса рабочего тела, с любой конечной скоростью и любой скоростью истечения рабочего тела. Ну ладно, не совсем любых скоростях, а при скоростях много меньше скорости света, т.к. классическая формула не учитывает релятивистские эффекты. Но у нас тут речь явно не про релятивистские скорости.

Необходимость оптимизации удельного импульса в соответствии с массой энергоустановки - это отдельный вопрос, не имеющий прямого отношения к формуле Циолковского. Вопрос этой оптимизации - очень сложный и должен решаться для каждой конкретной миссии отдельно, т.к. зависит от огромного числа параметров. Например, геостационарные спутники связи в любом случае имеют очень мощные энергосистемы для питания своих передатчиков, а потому там эффективно использовать двигатели с очень высоким удельным импульсом: мощность в любом случае имеется с избытком. А вот на CubeSat зачастую мощности крайне мало, так что там большие удельные импульсы не оправданы. И т.д.
Кстати, тот самый БПРД, напомню, является попыткой повторить VASIMR, а VASIME - это аббревиатура, означающая ракетный двигатель с переменным удельным импульсом. Там одно из главных преимуществ над другими системами - возможность менять УИ в широких пределах "на лету", подстраивая его под оптимальное в конкретной ситуации значение.

Вам сразу и сказали, какая это мощность и для чего. А формула N = F * V, она из школьной физики.

Нет, из школьной физики N = F*V/2.
Энергия - она ведь m*V²/2.

[SONY]

Всё как я и говорил: используем всю энергию реактора на создание реактивной струи. Вопросы?

100% КПД преобразования тепловой энергии в работу противоречит термодинамике (формально достижим при температуре "холодильника", равной абсолютному нулю, но сам абсолютный нуль недостижим).

[cross-track]

Из подводимой мощности 500 кВт какая ее часть расходуется на ускорение ракеты?  Еще конкретнее: за 1 секунду выделяется 500 кДж; какая часть этой энергии идет на увеличении скорости ракеты?

Ответ на ваш вопрос зависит от системы отсчёта.

Меня бы устроил любой ответ; при необходимости, я бы задал конкретную СО. И да, про эффект Оберта я в курсе)

[telekast]

Нет, из школьной физики N = F*V/2.
Энергия - она ведь m*V²/2.

Ватт = Н * м/сек. Ньютоны это единицы измерения силы, м/сек - скорости. Так что все у меня верно.

[SONY]

Возвращаясь к схеме. У нас тут есть регенератор. Как я уже раньше писал, в одноконтурном варианте  температура Ту будет 1800К, а температура Т3 2800К. Дальше поток (низкого давления) идёт в реактор, подогревается (при низком давлении) до 2800К и проследует наружу через сопло с электроподогревом до 3800К.
В регенераторе изменение температуры не от Т3 до Ту (1000К) а от Т4 до Ту (пару сотен К). Вот так вот, на пару сотен К охлаждается горячий поток в регенераторе. Значит холодный поток (водород из бака) подогреется на пару сотен.
Пару сотен, но температура Ту у нас 1800К. Значит у нас есть запас по dT холодного потока в ≈1700К (от температуры в баке до Ту), который может обеспечить работу не одного регенератора, а нескольких (8-10 штук).
Соответственно, систему можно масштабировать из одноконтурной в многоконтурную, а тепловой баланс всё ещё будет сходиться.
Но если мы хотим многоконтурность, то все контуры кроме последнего будут замкнутыми, поток первого контура в точке Ту уже не сможет при низком давлении пойти в реактор на нагрев. Он должен будет пойти на вход в компрессор (т.к. контур теперь замкнутый). Но на входе в компрессор нужно держать температуру сильно ниже 1800К. Значит нам потребуется более мощный регенератор. В одноконтурном варианте, регенератор должен переохлаждать поток на "пару сотен К", а в многоконтурном, dT уже будет ближе к 1000К. И в итоге запаса по dT в 1700К (холодный поток, см. выше) хватит не на 8-10 регенераторов, а на 2-3 регенератора. Значит систему можно масштабировать до 2-3 контуров и до 4500-5000К в камере

Это всё напоминает мне вот этот кусок давнего видео:

[Буцетам]

Всё как я и говорил: используем всю энергию реактора на создание реактивной струи. Вопросы?

100% КПД преобразования тепловой энергии в работу противоречит термодинамике (формально достижим при температуре "холодильника", равной абсолютному нулю, но сам абсолютный нуль недостижим).

В работу? КПД преобразования в работу 25%, вы что-то напутали 

[SONY]

Ватт = Н * м/сек. Ньютоны это единицы измерения силы, м/сек - скорости. Так что все у меня верно.

По размерности - верно. Но забыт коэффициент 1/2.
Импульс рабочего тела - это масса на скорость.
Кинетическая энергия рабочего тела - это масса на скорость в квадрате пополам. Если подставить формулу для импульса, то получим, что кинетическая энергия - это импульс на скорость пополам.
Тяга - это импульс за единицу времени, мощность - энергия за единицу времени. В итоге мощность - это тяга на скорость пополам.

[SONY]

В работу? КПД преобразования в работу 25%, вы что-то напутали 

Это не я, это вы напутали. Это вы заявляете, что "используем всю энергию реактора на создание реактивной струи".

[SONY]

Меня бы устроил любой ответ; при необходимости, я бы задал конкретную СО.

В таком случае ответ - 400%. В каждый момент времени можно выбрать такую систему отсчёта, в котором 400% полезной работы ракетного двигателя уйдёт в разгон ракеты.
Вот есть ракета массой 10 тонн, которая импульсом (пусть у нас "импульсно-периодический" двигатель ТРИНИТИ) выбрасывает 0,01 г водорода с удельным импульсом 100 км/с.
Полезная работа двигателя - это разгон рабочего тела, и она равна кинетической энергии этого тела. Она у нас 50 кДж.
Ракете при этом передаётся механический импульс в 1 Н*с, а значит её скорость возрастёт на 0,0001 м/с. Но сколько это в энергии? При выборе такой системы отсчёта, в которой начальная скорость ракеты в 200 км/с, её начальная кинетическая энергия - 200 000 000 000 кДж, а конечная, после срабатывания двигателя - 200 000 000 200 кДж. Т.е. двигатель увеличил кинетическую энергию ракеты на 200 кДж, что составляет 400% от его полезной работы.

[cross-track]

Меня бы устроил любой ответ; при необходимости, я бы задал конкретную СО.

В таком случае ответ - 400%. В каждый момент времени можно выбрать такую систему отсчёта, в котором 400% полезной работы ракетного двигателя уйдёт в разгон ракеты.
Вот есть ракета массой 10 тонн, которая импульсом (пусть у нас "импульсно-периодический" двигатель ТРИНИТИ) выбрасывает 0,01 г водорода с удельным импульсом 100 км/с.
Полезная работа двигателя - это разгон рабочего тела, и она равна кинетической энергии этого тела. Она у нас 50 кДж.
Ракете при этом передаётся механический импульс в 1 Н*с, а значит её скорость возрастёт на 0,0001 м/с. Но сколько это в энергии? При выборе такой системы отсчёта, в которой начальная скорость ракеты в 200 км/с, её начальная кинетическая энергия - 200 000 000 000 кДж, а конечная, после срабатывания двигателя - 200 000 000 200 кДж. Т.е. двигатель увеличил кинетическую энергию ракеты на 200 кДж, что составляет 400% от его полезной работы.

Я же сказал, что с Обертом знаком. И если бы я получил такой ответ, то сказал бы, что запас кин.энергии топлива в расчет не должен входить, и для данной задачи лучше рассматривать СО, где в начале, до приложения импульса, спутник находится в покое. Вы же сами привели видеородик с челом, который специально все запутывает, так что не будем уподобляться)

А вы видите, в чем принципиальная ошибка у Буцетама?

[telekast]

Ватт = Н * м/сек. Ньютоны это единицы измерения силы, м/сек - скорости. Так что все у меня верно.

По размерности - верно. Но забыт коэффициент 1/2.
Импульс рабочего тела - это масса на скорость.
Кинетическая энергия рабочего тела - это масса на скорость в квадрате пополам. Если подставить формулу для импульса, то получим, что кинетическая энергия - это импульс на скорость пополам.
Тяга - это импульс за единицу времени, мощность - энергия за единицу времени. В итоге мощность - это тяга на скорость пополам.

Применительно к реактивному двигателю я могу от печки:
Объемный расход рабочего тела Q(М3/сек) равен площади сечения потока S(м2), помноженной на скорость потока V(м/сек)
Q = S * V;
Массовый расход Gm(кг/сек) равен произведению Q на удельную плотность потока Po(кг/м3),
Gm = Q * Po = S * V * Po;
Сила тяги реактивного двигателя F(H) это произведение Gm на скорость его истечения равную V,
F = Gm * V = Po * S * V^2;
Мощность N(Вт) равна произведению F все на ту же скорость V,
N = F * V = Po * S * V^3;
В авиации тезис, что потребная тяга зависит от скорости в квадрате, а потребная мощность в кубе вещь в общем-то общеизвестная. Основы, так сказать.

[SONY]

И если бы я получил такой ответ, то сказал бы, что запас кин.энергии топлива в расчет не должен входить, и для данной задачи лучше рассматривать СО, где в начале, до приложения импульса, спутник находится в покое.

В системе, в которой спутник покоится, доля полезной работы любого двигателя, которая идёт в разгон ракеты, близка к 0%.
Возьмём тот же пример выше, только удельный импульс пусть будет не 100 км/с, а мизерные 100 м/с, а за счёт этого массу рабочего тела, выброшенного за раз, увеличим до 10 кг. Полезная работа - та же, 50 кДж. Импульс - 1000 Н*с.
Энергия ракеты сначала нуль (просто по определению нашей системы отсчёта). После импульса её скорость составит 0,1 м/с, кинетическая энергия - 10 * 0,1²/2 = 0,05 кДж (масса в тоннах, поэтому энергия в кДж). Таким образом в кинетическую энергию ракеты перешёл 0,1% от полезной работы двигателя.

Ещё раз подчеркну: этот расчёт для ничтожного удельного импульса в 100 м/с, 0,1 км/с, 10,2 секунды. И всё равно эффективность около нуля.
Полагаю, вы не станете предлагать снижать удельный импульс ещё дальше, а согласитесь, что сама поставленная вами тут задача абсолютно бессмысленная.

А вы видите, где принципиальная ошибка у Буцетама?

Я вижу принципиальную ошибку только у вас: вы зачем-то рассуждаете о какой-то бессмысленной величине.

Если бы вы говорили об энергетической цене тяги (величине, которая реально используется в расчётах оптимального удельного импульса) - не вопрос. Но вы говорите о какой-то бредовой эффективности преобразования работы ракетного двигателя в кинетическую энергию ракеты.

[ExDi]

Классическая формула Циолковского одинаково эффективна при описании ракет с любой массой как самой ракеты, так и запаса рабочего тела, с любой конечной скоростью и любой скоростью истечения рабочего тела.

речь не о том, что она чего-то не описывает; исключительно о  том, что для упомянутых случаев приближения, пренебрегающие изменением массы, более прозрачны-наглядны

[SONY]

Мощность N(Вт) равна произведению F все на ту же скорость V,
N = F * V = Po * S * V^3;

Нет.
Вы берёте эту формулу просто с "потолка", она никак не следует из всех формул до этого.
Ещё раз: кинетическая энергия - это m*V²/2, а у вас это почему-то опущено.

Давайте так: есть СПД-100ВМ.
Для него отлично известно:
тяга - 90 мН (0,09 Н)
удельный импульс - 1600 с (15,7 км/с)
потребляемая мощность - 1350 Вт

Посчитаете КПД со своей формулой? :-)

[SONY]

для упомянутых случаев приближения, пренебрегающие изменением массы, более прозрачны-наглядны

Приближения всегда более наглядны. Только от этого менее точны...

[Буцетам]

В работу? КПД преобразования в работу 25%, вы что-то напутали

Это не я, это вы напутали. Это вы заявляете, что "используем всю энергию реактора на создание реактивной струи".

Так и есть. Всю тепловую энергию реактора перегоняем в газ. А газ в сопле тратит свою тепловую энергию чтобы набрать кинетическую энергию. КПД сопла процентов 70. Вот это и есть степень преобразования тепловой энергии реактора в кинетическую энергию газа

[cross-track]

А вы видите, где принципиальная ошибка у Буцетама?

Я вижу принципиальную ошибку только у вас: вы зачем-то рассуждаете о какой-то бессмысленной величине.

Если бы вы говорили об энергетической цене тяги (величине, которая реально используется в расчётах оптимального удельного импульса) - не вопрос. Но вы говорите о какой-то бредовой эффективности преобразования работы ракетного двигателя в кинетическую энергию ракеты.

Нет, это с точностью наоборот, я уже об этом писал. Я не говорил "о какой-то бредовой эффективности преобразования работы ракетного двигателя в кинетическую энергию", а, наоборот, спрашивал, для чего вычислять мощность по формуле, в которую входит скорость испускаемых газов, а не скорость ракеты? Посмотрите внимательно на дискуссию, прежде чем бросаться такими обвинениями.

[cross-track]

В работу? КПД преобразования в работу 25%, вы что-то напутали

Это не я, это вы напутали. Это вы заявляете, что "используем всю энергию реактора на создание реактивной струи".

Так и есть. Всю тепловую энергию реактора перегоняем в газ. А газ в сопле тратит свою тепловую энергию чтобы набрать кинетическую энергию. КПД сопла процентов 70. Вот это и есть степень преобразования тепловой энергии реактора в кинетическую энергию газа

Так вы возвращаетесь к своей идее?! Т.е. вам нужно, чтобы температура водорода достигла 3800К, и это ваша цель? А давление водорода вам без разницы? Так какая будет тяга у движка с температурой водорода 3800К и практически нулевым давлением в камере перед соплом?

[telekast]

Мощность N(Вт) равна произведению F все на ту же скорость V,
N = F * V = Po * S * V^3;

Нет.
Вы берёте эту формулу просто с "потолка", она никак не следует из всех формул до этого.
Ещё раз: кинетическая энергия - это m*V²/2, а у вас это почему-то опущено.

Давайте так: есть СПД-100ВМ.
Для него отлично известно:
тяга - 90 мН (0,09 Н)
удельный импульс - 1600 с (15,7 км/с)
потребляемая мощность - 1350 Вт

Посчитаете КПД со своей формулой? :-)

Формула не с потолка, а из литературы по ВРД/ГТД. Работа ГТД на месте аналогична работе ракетного двигателя, тк на тягу РД скорость полета не влияет(в ВРД/ГТД она вычитается из скорости истечения).

Не могу. И что?