Двигатель с тангенциальной подачей топлива

[Антон]

 
Предлагаю обсудить сегодняшнюю статью на Хабре:

https://habr.com/ru/articles/777062/

Человек сделал (и испытал) двигатель с тангенциальной подачей топлива в КС и получил очень интересные результаты. Статья довольно объемная, полностью копипастить нет смысла и возможно неэтично. Каково будет мение сообщества?

Вы не можете просматривать это вложение. Вы не можете просматривать это вложение. Вы не можете просматривать это вложение.

[Astro Cat]

Длинная КС. Будет прогорать и все. Имхо.

[Serge V Iz]

А с какой скоростью оно там вращается, и какое, соответственно, давление и температура в центре, откуда всё истекает?

[Антон]

Замеров температуры, насколько я понял, он сделать не смог, идет дискуссия как градиент проходит, то-ли от центра к стенкам, то-ли наоборот. Скорость вращения в третьей версии с наибольшим давлением ~ 2000 Гц

[Антон]

Длинная КС. Будет прогорать и все. Имхо.

Работает..

[Serge V Iz]

как градиент проходит, то-ли от центра к стенкам, то-ли наоборот.

В каком смысле? Если в цилиндре что-то вращается вокруг оси, совпадающей с осью цилиндра, то давление и температура в середине становятся ниже. Насколько ниже -- надо просто узнавать остальные параметры (плотность, диаметр) и считать.

2000 оборотов в секунду --- это очень и очень немало. Тем же принципом и несколько меньшим параметром получают центробежные охладители, используемые для сжижения газа. )

[Astro Cat]

Работает..

Где вес этого всего? Где параметры? Печка тоже работает и от нее толк практический есть.

[Антон]

Работает..

Где вес этого всего? Где параметры? Печка тоже работает и от нее толк практический есть.

Какой вес может быть у стендового демонстратора технологии?
А параметры в статье по ссылке.
Человек не просто родил идею, а на собственные средства изготовил
и испытал несколько работающих прототипов РД.
По мне так это уже немалое достижение.

[Александр Геннадьевич Шлядинский]

Работает..

Где вес этого всего? Где параметры? Печка тоже работает и от нее толк практический есть.

Какой вес может быть у стендового демонстратора технологии?
А параметры в статье по ссылке.
Человек не просто родил идею, а на собственные средства изготовил
и испытал несколько работающих прототипов РД.
По мне так это уже немалое достижение.

Эффект конечно интересный, но пока нет цифр, а без нормального стенда их не будет, то совершенно не понятно, в чем этот эффект выражается. Товарисчу респект и успехов в продолжении работы. Возможно, что появится что-то интересное.

[SONY]

Уже написал на Хабре, но и тут продублирую...

• Не видно описания того, как именно измерялась тяга двигателя. Измеренная тяга по порядку величины вполне сравнима с весом двигателя, силами упругости находящихся под давлением шлангов (кстати, было бы интересно посмотреть показания тягомера при подаче газов без их зажигания) и т.д. Безусловно, двигатель какую-то тягу создаёт, но, вполне возможно, реальные числа на десятки процентов отличаются от измеренных.
• Непонятно, как измерялась подача газов в двигатель. Если каким-нибудь расходомером для сварочных работ, то погрешность таких замеров тоже может составлять десятки процентов.
• Непонятно, как измерялась скорость газовой струи на выходе. Если как отношение тяги к расходу рабочих газов, то (с учётом сказанного выше) погрешность тут запросто может быть хоть двукратной, и тогда струя на выходе вполне может оказаться дозвуковой, что перечеркнёт все выводы исследования.
• Быть может экспериментальные результаты автора действительно справедливы, и он достиг действительно важного результата в виде сверхзвукового истечения газа без расширяющейся части сопла, но с теоретическим описанием тут просто беда...

Экспериментально обнаружено, что концентрация ионов (положительно заряженные частицы, или протоны) и электронов (отрицательно заряженные частицы) в пламени может на 4-6 порядков превышать концентрацию, которая наблюдалась бы при чисто термическом механизме ионизации

Это когда у нас горячая водородная плазма - тогда можно писать "ионов (положительно заряженные частицы, или протоны)", а когда мы сжигаем метан в кислороде, протонов у нас там почти нету. А ионы - они вовсе не только положительно заряженные. Там отрицательно заряженных ионов, пожалуй, поболее, чем электронов будет.И, кстати, один из механизмов повышенной ионизации в пламени - термоэмиссия с частиц сажи.

Принцип работы ионных, или плазменных РД использует заряженные частицы. С начала рабочее тело, обычно какой-либо газ, ионизируется, затем разгоняется в магнитном поле и выбрасывается из двигателя, с применением сопловой части, или без неё, со скоростью реактивной струи существенно большей чем у жидкостных РД.

В наиболее массовых плазменных (стационарные плазменные двигатели Морозова) и ионных (ионные двигатели Кауфмана) двигателях магнитное поле играет вспомогательную роль и никак не участвует в разгоне. Разгон ионов происходят за счёт электростатического поля.
Существуют ионные двигатели, в которых магнитных полей нет вовсе, даже во вспомогательной роли.

Так же возникает проблема разделения разноимённых зарядов, чтобы разогнать заряды одного знака, в то время как заряды другого знака должны быть выведены за зоны действия ускоряющего поля.

В плазменных двигателях такого разделения не происходит вовсе (потому-то они и плазменные), а в ионных двигателях Кауфмана оно хоть и происходит, но без каких-либо сложностей.

В концепции двигателя на новых принципах предлагается использовать заряженные частицы, возникающие в процессе горения топлива, с целью перехода от дефлаграционного турбулентного горения к плазменному горению, позволяющему существенно улучшить характеристики РД.

Что есть "плазменное горение" науке неизвестно.
Во всяком случае мне удалось найти аж целую одну публикацию, где использовался такой термин: "Плазменное горение в проточной камере сгорания" (Есаков И.И., Раваев А.А., Грачев Л.П., Волобуев И.А, журнал "Проблемы региональной энергетики", 2019-й год). И даже в этой статье термин использовался лишь в названии, а в тексте его нет, соответственно нет и его определения. Работа посвящена влиянию электрических разрядов на процесс горения, в частности возможности горения очень бедной топливом топливно-воздушной смеси при воздействии электрических разрядов. К теме данного ракетного двигателя она явно не относится.

Как ведут себя заряженные частицы в плазме? Ответ на данный вопрос даёт исследование, проведённое на МКС под названием «Плазменный кристалл». Кратко исследование можно описать так: в низкотемпературную плазму вводятся пылевые частицы заданного размера в условиях микрогравитации с видео регистрацией происходящих процессов. Рассмотрим один из выводов этой работы: при взаимопроникновении облаков микрочастиц различного диаметра возможно спонтанное образование стабильных пространственных структур в плазме (смотри рис.2) линий, цепочек, или проходов.[4] Из этого можно сделать вывод что плазма, при определенных, условиях может создавать пространственную структуру и в пределах этой структуры взаимодействовать на больших расстояниях.

Плазменные кристаллы образуются из макроскопических заряженных частиц, помещённых в плазму.
Ввиду того, что у электронов подвижность много больше, чем у ионов, их поток на частицу пыли, попавшую в плазму, поначалу выше, чем ионов. Пылинка приобретает отрицательный электрический заряд, который уменьшает поток электронов и увеличивает поток положительных ионов. В результате наступает равновесие.
Тяжёлые отрицательно заряженные пылинки оказываются окружены положительно заряженным (т.к. часть электронов осела на пылинках) газом. Ситуация очень похожа на металлы, где тяжёлые частицы одного знака (ионы) помещены в газ с противоположным зарядов (электронный газ). Поэтому, как металлы формируют кристаллическую решётку, так и здесь пылинки выстраиваются в кристалл. Никакого особого взаимодействия на больших расстояниях тут, разумеется, нет и близко. Разве что таким взаимодействием звук назвать можно, но он и в газах распространяется.
Ну и, самое главное, какое это имеет отношение к двигателю, который работает на смеси газов?!

Так же надо учитывать, что при температурах более 2000 градусов в камере сгорания РД уже частично происходят изменения вида химических связей и как следствие происходит соответствующее увеличение запаса химической энергии, при ещё более высоких температурах, которые в существующих жидкостных РД ещё не достигнуты, может происходить тепловая ионизация, сопровождающаяся затратой энергии и изменяющая внутреннюю энергию газа, увеличивая ее запас.[7]

Так рассказывается, как будто бы у нас какая-то дополнительная энергия берётся..
При тепловой ионизации у нас температура снижается: энергия переходит из кинетической (хаотического движения молекул) в потенциальную (разделённых электрических зарядов). Аналогично и при химические связи: если их энергия увеличивается от воздействия высокой температуры, значит сама температура снижается, т.к. кинетическая энергия переходит в потенциальную.
Напомню, что задача ракетного двигателя заключается в производстве именно кинетической энергии, т.е. описанные выше процессы мешают его работе!

В камере сгорания такого типа средняя кинетическая энергия частиц (вызванная центробежной силой и скоростью вращения газа) может быть больше потенциальной энергии их взаимодействия и такую газовую среду можно будет назвать плазмой.

Просто какая-то чушь...
Плазма - это частично или полностью ионизированный газ, для которого выполняется условие квазинейтральности. А это самое условие квазинейтральности заключается в том, что энергия коллективного электростатического взаимодействия частиц слишком велика, по сравнению со средней кинетической энергией частиц, для существенного разделения зарядов.
И как, чёрт возьми, из фиктивной центробежной силы возникает кинетическая энергия?..

При увеличении давления и скорости движения газов в камере сгорания плазменные свойства частиц будут нарастать, что будет приводить к увеличению эффективности работы двигателя.

Какие ещё плазменные свойства частиц? С какой стати они должны увеличивать эффективность работы двигателя?..

Ещё раз повторю, при обычном горении уже образуется достаточное количество свободных заряженных частиц, а в случае же воздействия на горение центробежной силы, их количество существенно увеличивается.

С какого потолка взяли, что их число увеличивается?..

Учитывая, что процесс горения происходит на большой скорости, и при воздействии центробежной силы, а масса положительно заряженных протонов в 1800 раз больше отрицательно заряженных электронов, происходит процесс их разделения. Более тяжелые протоны начинают вращаться с большой скоростью по максимальному диаметру в КС, а лёгкие электроны остаются в её центральной части. Понятно, что проблема разделения разноимённых зарядов, в схеме на новых принципах происходит естественным путём, без каких-либо энергозатрат.

Центрифуга разделяет тяжёлые и лёгкие частицы за счёт того, что тяжёлые частицы выталкивают более лёгкие к центру. Электроны же положительными ионами никуда не выталкиваются, а притягиваются! А потому никакого разделения тут и близко не будет, всё вместе к краям отжимается.

Разделение заряженных частиц и вращение (движение) положительно заряженных частиц с большой скоростью приводит к возникновению магнитного поля в двигателе на новых принципах. Естественно, если есть движущееся магнитное поле, то возникает и электричкой ток. Этим и объясняется образование плазменной струи в двигателе.

Даже если бы электроны скопились в центре, а положительные ионы кружили бы у края, данный кольцевой ток (которого в реальности нет, см. выше) создавал бы статичное магнитное поле. А статичное магнитное поле никакого нового тока не порождает.
И вы уж определитесь: у вас плазма изначально есть, и вы её на составляющие разделяете, а затем одна из составляющих порождает электрический ток, или же это ток рождает плазму?..


Сил разбирать всё уже просто нету. Думаю, и так очевиден предельно низкий уровень теоретического описания процессов в двигателе.

[Sembler]

Замеров температуры, насколько я понял, он сделать не смог, идет дискуссия как градиент проходит, то-ли от центра к стенкам, то-ли наоборот. Скорость вращения в третьей версии с наибольшим давлением ~ 2000 Гц

Вращающийся поток не будет терять энергию/температуру от взаимодействия со стенками камеры одновременно нагревая эти стенки? В данной конструкции контактировать со стенками будет бОльшая часть продуктов сгорания, ограничивая характеристики двигателя предельными характеристиками материала сопла - упомянутый выше прогар.

[Юрий Темников]

Если это не дефект сьёмки .то видно что реактивная струя этого РД более тёмная и непрозрачная.Неполное сгорание в КС?

[telekast]

Если это не дефект сьёмки .то видно что реактивная струя этого РД более тёмная и непрозрачная.Неполное сгорание в КС?

Может просто ниже температура газа. Что неудивительно, тк теплопотери "в стенку" должны быть выше.
Имху 

[Юрий Темников]

Если это не дефект сьёмки .то видно что реактивная струя этого РД более тёмная и непрозрачная.Неполное сгорание в КС?

Может просто ниже температура газа. Что неудивительно, тк теплопотери "в стенку" должны быть выше.
Имху

Однако КС не выглядит раскалённой докрасна.У РД даже сопло светится.Может неполное сгорание.

[Astro Cat]

Однако КС не выглядит раскалённой докрасна.У РД даже сопло светится.Может неполное сгорание.

Может толщина стен КC большая, а мощность горелки мизерная?

[telekast]

Однако КС не выглядит раскалённой докрасна.У РД даже сопло светится.Может неполное сгорание.

Может толщина стен КC большая, а мощность горелки мизерная?

И может еще время работы
Имху 

[Антон]

• Не видно описания того, как именно измерялась тяга двигателя. Измеренная тяга по порядку величины вполне сравнима с весом двигателя, силами упругости находящихся под давлением шлангов (кстати, было бы интересно посмотреть показания тягомера при подаче газов без их зажигания) и т.д. Безусловно, двигатель какую-то тягу создаёт, но, вполне возможно, реальные числа на десятки процентов отличаются от измеренных.
• Непонятно, как измерялась подача газов в двигатель. Если каким-нибудь расходомером для сварочных работ, то погрешность таких замеров тоже может составлять десятки процентов.
• Непонятно, как измерялась скорость газовой струи на выходе. Если как отношение тяги к расходу рабочих газов, то (с учётом сказанного выше) погрешность тут запросто может быть хоть двукратной, и тогда струя на выходе вполне может оказаться дозвуковой, что перечеркнёт все выводы исследования.
• Быть может экспериментальные результаты автора действительно справедливы, и он достиг действительно важного результата в виде сверхзвукового истечения газа без расширяющейся части сопла, но с теоретическим описанием тут просто беда...

Поскольку автор - КТН, я очень надеюсь, что стенд и основные замеры были сделаны без существенных просчетов.
Что касается теоретической части, то конечно, все основано на небезупречных предположениях.
Но это задача для серьезного колллектива, а не одиночки, учитывая, что физические процессы могут сильно отличаться от классического набора.

[Антон]

Вращающийся поток не будет терять энергию/температуру от взаимодействия со стенками камеры одновременно нагревая эти стенки? В данной конструкции контактировать со стенками будет бОльшая часть продуктов сгорания, ограничивая характеристики двигателя предельными характеристиками материала сопла - упомянутый выше прогар.

В данном случае топливо как раз поступает от боковой стенки, форсунки равномерно расположены по всей боковой поверхности. В идеале создается сплошной слой холодных компонентов на всей внутренней стенке КС . Каким образом происходит дальнейшее смешение я предполагать не возьмусь. Скажу только, что там возможны любые явления, типа образования какого нибудь пограничного слоя в котором сгусток плазмы крутится как в подшипнике.

[SONY]

Поскольку автор - КТН, я очень надеюсь, что стенд и основные замеры были сделаны без существенных просчетов.

Он публикует результаты не в рецензируемом научном журнале, а на каком-то сайте - это уже многое говорит об уровне его работы.

Но это задача для серьезного колллектива, а не одиночки, учитывая, что физические процессы могут сильно отличаться от классического набора.

Не писать полную чушь - это задача любого учёного. А он чушь пишет просто сплошняком.

[Антон]

Поскольку автор - КТН, я очень надеюсь, что стенд и основные замеры были сделаны без существенных просчетов.

Он публикует результаты не в рецензируемом научном журнале, а на каком-то сайте - это уже многое говорит об уровне его работы.

Но это задача для серьезного колллектива, а не одиночки, учитывая, что физические процессы могут сильно отличаться от классического набора.

Не писать полную чушь - это задача любого учёного. А он чушь пишет просто сплошняком.

Лично я готов простить ему любую чушь. По той простой причине, что он не только говорит, но и делает. И полученый результат в виде готового прототипа уже стоит многих красивых диссеров, где чуши не будет и следа, но и пользы ноль.
В конечном счете задача любого ученого - обогатить науку, и с этой задачей он справился отлично, открыв новое направление в заезженной области.