Ядерный Российский буксир для дальнего космоса

[ExDi]

Но вы говорите о какой-то бредовой эффективности преобразования работы ракетного двигателя в кинетическую энергию ракеты.

в этом нет никакого бреда; в этом есть абсолютно четкий физический смысл: отношение приращения кинетической энергии объекта к затраченной энергии  - это кпд строго по определению. да, величины очень низкие - но это реальность мира, в котором мы живем, часть его физической картины - которую нужно по крайней мере знать-понимать и на которую не стоит закрывать глаза. даже если энергетическая эффективность - не ключевой критерий оптимизации обсуждаемых систем.

[Буцетам]

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?

Вы это серьёзно? Я уже один раз не ответил, потому что вопрос откровенно дурацкий и даже позорный. Но вы настаиваете, да? Хотите опозориться? Ок,что ж...
Краткий ответ: без разницы какое там давление на входе, УИ будет зависеть от степени расширения, а в вакууме степень расширения сопла не ограничена

Подробный ответ: при таких температурах для водорода уже возможна диссоциация. Но достаточное давление будет подавлять диссоциацию. Несколько атмосфер - вполне достаточное давление для 4000К, каких-то значительных потерь УИ от диссоциации при 3атм по сравнению с 30атм не будет. Теперь потери от наличия стенок (камеры, сопла). Речь идёт о тяге уровня десятков кг. При такой тяге и большом давлении (50-100 атм) соло будет настолько маленьким, что влияние стенок будет ухудшать УИ, в нашем случае на десятки секунд. Поэтому нам наоборот выгодно уменьшить давление чтобы сопло "раздулось" и стало ближе к камерам более-менне нормального размера. Единственный минус низкого давления это рост массы сопла (т.к. оно больше по размерам), но у нас тяга небольшая и масса в итоге тоже небольшая...некритично.
Всё, ответил?

[blik]

.

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.

[А работа] = [F сила] * [S расстояние]
[N мощность] = A/t =  F * S/t= F*[V скорость]

E= mv^2/2= P^2/2/m
N=dE/dt= p/m*dp/dt=Fp/m=F*v

мощность = расход * скорость^2/2

после жары у меня отвалилось дифференцирование надеялся, что это отвалится последним

[cross-track]

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?

Вы это серьёзно? Я уже один раз не ответил, потому что вопрос откровенно дурацкий и даже позорный. Но вы настаиваете, да? Хотите опозориться? Ок,что ж...
Краткий ответ: без разницы какое там давление на входе, УИ будет зависеть от степени расширения, а в вакууме степень расширения сопла не ограничена

Подробный ответ: при таких температурах для водорода уже возможна диссоциация. Но достаточное давление будет подавлять диссоциацию. Несколько атмосфер - вполне достаточное давление для 4000К, каких-то значительных потерь УИ от диссоциации при 3атм по сравнению с 30атм не будет. Теперь потери от наличия стенок (камеры, сопла). Речь идёт о тяге уровня десятков кг. При такой тяге и большом давлении (50-100 атм) соло будет настолько маленьким, что влияние стенок будет ухудшать УИ, в нашем случае на десятки секунд. Поэтому нам наоборот выгодно уменьшить давление чтобы сопло "раздулось" и стало ближе к камерам более-менне нормального размера. Единственный минус низкого давления это рост массы сопла (т.к. оно больше по размерам), но у нас тяга небольшая и масса в итоге тоже небольшая...некритично.
Всё, ответил?

Ответили, но я еще спрошу.
В предлагаемом двигателе УИ=100 км/с (УИ - в единицах скорости). С другой стороны, тепловая скорость молекул водорода при температуре 3800 К составляет приблизительно 4 км/с. Значит, вам нужно добрать недостающие 96 км/с. Давления в 3 атм для этого достаточно? Ведь кроме давления нет других сил, которые разгоняют молекулы водорода. Или как?

[telekast]

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?

Вы это серьёзно? Я уже один раз не ответил, потому что вопрос откровенно дурацкий и даже позорный. Но вы настаиваете, да? Хотите опозориться? Ок,что ж...
Краткий ответ: без разницы какое там давление на входе, УИ будет зависеть от степени расширения, а в вакууме степень расширения сопла не ограничена

Подробный ответ: при таких температурах для водорода уже возможна диссоциация. Но достаточное давление будет подавлять диссоциацию. Несколько атмосфер - вполне достаточное давление для 4000К, каких-то значительных потерь УИ от диссоциации при 3атм по сравнению с 30атм не будет. Теперь потери от наличия стенок (камеры, сопла). Речь идёт о тяге уровня десятков кг. При такой тяге и большом давлении (50-100 атм) соло будет настолько маленьким, что влияние стенок будет ухудшать УИ, в нашем случае на десятки секунд. Поэтому нам наоборот выгодно уменьшить давление чтобы сопло "раздулось" и стало ближе к камерам более-менне нормального размера. Единственный минус низкого давления это рост массы сопла (т.к. оно больше по размерам), но у нас тяга небольшая и масса в итоге тоже небольшая...некритично.
Всё, ответил?

А на мое "дурацкое" сообщение ответите?
https://forum.novosti-kosmonavtiki.ru/index.php?msg=2743296

И повторюсь: чем выше давление в КС, тем меньше площадь критического сечения при одинаковом массовом расходе, температуре и критической скорости, что означает при равной площади сопла бОльшую степень расширения и, соответственно бОльшую скорость истечения. Нет?

[blik]

У тепловой машины есть две характерные температуры - температура холодильника Тх и температура нагревателя Тг. Можно принять для оценок, что для генератора, вырабатывающего электричество, Тх=1500К, Тг=2800К, и КПД=25%?

Думаю да, но поскольку это цикл Брайтона, то принимать в расчёт нужно ещё и давление в цикле. Возьмите 3 атм до компрессора и 10 атм после компрессора, например. По КПД я думаю должно быть процентов 20-25, ага

Сделаем грубую оценку.
При разнице температур в 1300К тепло Q перетекает от Тг=2800К к Тх=1500К, но только 1/4 тепла Q идет на выработку эл.энергии. Если мы хотим использовать эту эл.энергию на повышение температуры, то эта 1/4 тепла Q сможет повысить температуру только на четверть разницы температур в 1300К, т.е. повышение температуры будет 325К. Таким образом, максимально возможная температура водорода будет 2800К+325К=3125К.

Признаюсь в своей ошибке. Буцетам и cross-track были правы.
Тот случай, когда ошибаться приятно, потому что узнаешь новое.
Действительно, если есть изначальный запас "холода", то можно нагреть нагреваемое тело до температуры больше нагревателя в замкнутой системе. И закон не убывания энтропии не нарушается. Естественно, никакого непосредственного нагрева более горячего тела не происходит.
Пример.
Бак с водородом служит холодильником для ядерного реактора с температурой теплоносителя 2800К.  Через цикл Карно производим электричество, насос и генератор идеальные. Теплоноситель охлаждается через змеевик в баке водорода. Электричество запасаем в идеальном аккумуляторе. По достижении водородом температуры 2800К дальнейшее производство электричества невозможно. Нагрев от теплоносителя реактора тоже. В аккумуляторе запасли не больше 50% от теплоты, переданной в бак.
Дальше Нагреваем водород запасенной энергией в аккумуляторе. Бинго. Водород нагрет до температуры выше нагревателя (теплообменника). Дальше выпускаем нагретый водород через сопло. Схема термодинамически эквивалентна схеме Буцетама.
Учет всех неидеальностей сильно уменьшит эффект.
 
К сожалению, эпохальное открытие Буцетама на текущем уровне техники бесполезно для космического корабля, сразу по нескольким причинам, любая из которых разрушает проект.
 
1. Тепловая мощность реактора Нуклона порядка 2МВт, при массе 6 тонн
при заявленном УИ 1200с тяга будет 167Н
с баком водорода в 6 тонн ускорение будет 14мм/с2
что делает КК аппаратом малой тяги. А значит увеличивает потребную характеристическую скорость, например достижения Луны, грубо в 2.4 раза.
 
Сравним с РД0410 мощность ~200МВт, это аппарат большой тяги и летит по гомановской. То есть усложнение системы от Буцетама даже в идеальном случае не дает выигрыша по сравнению с более простой схемой прямого нагрева РД0410.
 
2. Реальная температура теплоносителя для реактора Нуклона 1500, что никак не позволяет получить выигрыш от новой схемы
 
3. Есть ли турбины на 2800К? пока это фантастика.

[Буцетам]

при равной площади сопла бОльшую степень расширения

Так площадь и не равная! У одного сопла площадь 1м2, а у другого 1,8м2, а степень расширения равная

[Старый]

К сожалению, эпохальное открытие Буцетама на текущем уровне техники бесполезно для космического корабля, сразу по нескольким причинам, любая из которых разрушает проект.

Разрушает собственно первый же вопрос: 
-а зачем заряжать аккумулятор столь сложным способом? Не проще ли его поставить на борт уже заряженым? 

[telekast]

при равной площади сопла бОльшую степень расширения

Так площадь и не равная! У одного сопла площадь 1м2, а у другого 1,8м2, а степень расширения равная

Вы специально не замечаете написанного?
Сделайте у высокого давления тоже площадь сопла тоже 1,8м2 и за счёт меньшего критического получите опять бОльшую степень расширения. Со всеми вытекающими.

[telekast]

Бак с водородом служит холодильником для ядерного реактора с температурой теплоносителя 2800К.  Через цикл Карно производим электричество, насос и генератор идеальные. Теплоноситель охлаждается через змеевик в баке водорода. Электричество запасаем в идеальном аккумуляторе. По достижении водородом температуры 2800К дальнейшее производство электричества невозможно. Нагрев от теплоносителя реактора тоже

Все кончится гораздо раньше и с печальным результатом, ТК в этой схеме температура на входе в компрессор будет постоянно расти, КПД и кол-во вырабатываемого электричества соответственно падать.
Мой вариант гораздо интереснее.
Имху
Кто бы напомнил циферки по Зевсу. Бродила тут табличка с температурами помнится. Емнип уважаемый Сони ее постил. Можно грубо, на пальцах прикинуть массовый расход, тягу и тд

[Буцетам]

при равной площади сопла бОльшую степень расширения

Так площадь и не равная! У одного сопла площадь 1м2, а у другого 1,8м2, а степень расширения равная

Вы специально не замечаете написанного?
Сделайте у высокого давления тоже площадь сопла тоже 1,8м2 и за счёт меньшего критического получите опять бОльшую степень расширения. Со всеми вытекающими.

Мда, всё-таки вы не шарите, да? Лааадно, вот вам занимательный факт: после степени расширения 300-500 УИ почти перестаёт расти. Разница по УИ между соплом 1000 и между соплом 300 будет очень мала, несколько секунд

[telekast]

при равной площади сопла бОльшую степень расширения

Так площадь и не равная! У одного сопла площадь 1м2, а у другого 1,8м2, а степень расширения равная

Вы специально не замечаете написанного?
Сделайте у высокого давления тоже площадь сопла тоже 1,8м2 и за счёт меньшего критического получите опять бОльшую степень расширения. Со всеми вытекающими.

Мда, всё-таки вы не шарите, да? Лааадно, вот вам занимательный факт: после степени расширения 300-500 УИ почти перестаёт расти. Разница по УИ между соплом 1000 и между соплом 300 будет очень мала, несколько секунд

А между 40 и 120 будет весьма заметна, например при тех же габаритах. На больших степенях прибавку съедает трение. Да и те несколько секунд помноженные на 9,81 дадут прибавку уже десятков м/сек скорости истечения, и, соответственно, тяги. В нашем случае ценна практически каждая сотая Ньютона.

[Буцетам]

при равной площади сопла бОльшую степень расширения

Так площадь и не равная! У одного сопла площадь 1м2, а у другого 1,8м2, а степень расширения равная

Вы специально не замечаете написанного?
Сделайте у высокого давления тоже площадь сопла тоже 1,8м2 и за счёт меньшего критического получите опять бОльшую степень расширения. Со всеми вытекающими.

Мда, всё-таки вы не шарите, да? Лааадно, вот вам занимательный факт: после степени расширения 300-500 УИ почти перестаёт расти. Разница по УИ между соплом 1000 и между соплом 300 будет очень мала, несколько секунд

А между 40 и 120 будет весьма заметна, например при тех же габаритах. На больших степенях прибавку съедает трение. Да и те несколько секунд помноженные на 9,81 дадут прибавку уже десятков м/сек скорости истечения, и, соответственно, тяги. В нашем случае ценна практически каждая сотая Ньютона.

Ой всё я утомился, это какой-то тролинг или что? Дальше без меня

[cross-track]

Ой всё я утомился, это какой-то тролинг или что? Дальше без меня

А что случилось?! Не выходит каменный цветок? Не получается сделать УИ=100 км/с для теплового двигателя, как для электрореактивного? Может, не зря в ионных и плазменных движках сильно разгоняют ионы, чтобы получить такой высокий УИ?

[Буцетам]

Ответили, но я еще спрошу.
В предлагаемом двигателе УИ=100 км/с (УИ - в единицах скорости). С другой стороны, тепловая скорость молекул водорода при температуре 3800 К составляет приблизительно 4 км/с. Значит, вам нужно добрать недостающие 96 км/с. Давления в 3 атм для этого достаточно? Ведь кроме давления нет других сил, которые разгоняют молекулы водорода. Или как?

Да, или как
УИ 1200 сек это скорость 12 км/с а не 120 км/с

[cross-track]

Ответили, но я еще спрошу.
В предлагаемом двигателе УИ=100 км/с (УИ - в единицах скорости). С другой стороны, тепловая скорость молекул водорода при температуре 3800 К составляет приблизительно 4 км/с. Значит, вам нужно добрать недостающие 96 км/с. Давления в 3 атм для этого достаточно? Ведь кроме давления нет других сил, которые разгоняют молекулы водорода. Или как?

Да, или как
УИ 1200 сек это скорость 12 км/с а не 120 км/с

Ранее все время говорилось про УИ=100 км/с (УИ - в единицах скорости). Но ладно, пусть будет 12 км/с. Тепловая скорость молекул водорода при температуре 3800 К составляет приблизительно 4 км/с. Значит, вам нужно добрать недостающие 8 км/с. Давления в 3 атм для этого достаточно? Ведь кроме давления нет других сил, которые разгоняют молекулы водорода, например, сил элекрической природы, как в ионных движках. Или как?

[Буцетам]

Ранее все время говорилось про УИ=100 км/с (

Смотря кем говорилось
Вы же задаёте вопросы мне? Мне. Тогда задавайте тому кто вам 100 км/с обещал

Тепловая скорость молекул водорода при температуре 3800 К составляет приблизительно 4 км/с. Значит, вам нужно добрать недостающие 8 км/с. Давления в 3 атм для этого достаточно? Ведь кроме давления нет других сил, которые разгоняют молекулы водорода, например, сил элекрической природы, как в ионных движках. Или как?

Да, хватит, сопло Лаваля есть сопло Лаваля и всегда работает одинаково. Главное чтобы в критическом сечении была критическая скорость. А она там будет, перепада в 3атм достаточно

[cross-track]

Тепловая скорость молекул водорода при температуре 3800 К составляет приблизительно 4 км/с. Значит, вам нужно добрать недостающие 8 км/с. Давления в 3 атм для этого достаточно? Ведь кроме давления нет других сил, которые разгоняют молекулы водорода, например, сил элекрической природы, как в ионных движках. Или как?

Да, хватит, сопло Лаваля есть сопло Лаваля и всегда работает одинаково. Главное чтобы в критическом сечении была критическая скорость. А она там будет, перепада в 3атм достаточно

Хорошо, а какая скорость водорода после сопла Лаваля у обычных водородных движков? Там же давление намного больше, верно? Тогда и скорость должна быть соответствующей. Сколько км/с?

[Aleksey]

Где-то писали что скорость истечения из сопла ловаля обратно пропорционально корню квадратному из молекулярной массы. В водородно кислородом двигле масса 18 г/моль для чистого водрода 2. Разница 9 раз. Итого для чистого водорода удельный импульс при прочих равных(температура итд) будет в три раза выше. То есть около 13 км/с

[ExDi]

мне стало любопытно - что же на самом деле в обсуждаемой схемке происходтит, и я поигрался немного, вот что получилось:
- возьмем для начала чистый цикл брайтона с озвученными параметрами (на входе газообразный водород при 30K и 3 атм, на выходе из нагревателя (реактора) 2800K и 10 атм. считаем что у нас есть бездонный холодильник с данной температурой.
Вы не можете просматривать это вложение.
это как мы считаем, а вот что получилось
Вы не можете просматривать это вложение.
все действительно неплохо
Вы не можете просматривать это вложение.
а теперь представим, что вместо того чтобы возвращать рабочее тело по пунктироной линии в исходное состояние, мы просто выбрасываем его и забираем новое с той же температурой. И ведь у нас ничего не меняется, не имеет никакого значения  - то же это рабочее тело или новое с теми же параметрами. Итак, в идеале имеем на выходе газ с температурой 1985 К, который вполне можем в том же реакторе вернуть к 2800K, и плюс энергию, достаточную чтобы нагреть его еще на 814 K. Итого в пределе можем направить в сопло поток с температурой 3614 K. При этом кпд преобразователя энергии у нас 0.29, что тоже неплохо.
А теперь посмотрим - поможет ли нам чем-нибудь рекуператор...