Электрореактивные двигатели

[Верный Союзник с Окинавы]

Нифига, а NSTAR'ы под 90% КПД имеют (92-94%, в зависимости от режима работы).

[Верный Союзник с Окинавы]

кпд=Wk/We=mV^2/2We=PV/2We

Извиняюсь за тупость, но что за Wk и We? 

W kinetic & W expended?

m - это, как я понимаю, массовый расход рабочего тело в секунду. V - скорость. P - тяга. И выражение преобразовали так:

E k = (m x V^2)/2

Thrust = m x V

m х V^2 = m x V x V = Thrust x V.

[Бертикъ]

А МБ есть смысл в мощных накопителях энергии?

Я где-то читал, что у амеров в их последних авиках для катапульт есть специальный накопитель энергии на основе хитровычурного маховика, и запасение энергии там порядка нескольких гигаджоулей с очень быстрой отдачей на катапульты.

Дело ещё в школе было, но я тогда про эти маховики считал, штуки они классные, если забыть о силе трения, что допустимо, при употреблении энергии почти на месте.

Если по гамбургскому счёту, то таскать с собой в дальний космос отдельно РТ и отдельно источник энергии - это от безнадеги пока нет лучшего. Поэтому до сих пор ЖРД (в котором РТ и источник энергии - два в одном) везде в фаворе.

[Бертикъ]

кпд=Wk/We=mV^2/2We=PV/2We

Извиняюсь за тупость, но что за Wk и We?

W kinetic & W expended?

m - это, как я понимаю, массовый расход рабочего тело в секунду. V - скорость. P - тяга. И выражение преобразовали так:

E k = (m x V^2)/2

Thrust = m x V

m х V^2 = m x V x V = Thrust x V.

We - электрическая энергия
А остальное - именно так.
Только пришлось писать все в размерностях "энергия-импульс" (как это начал мой оппонент), хотя правильнее было бы в размерностях "мощность-тяга" (у нас же ИД).

[Бертикъ]

Нифига, а NSTAR'ы под 90% КПД имеют (92-94%, в зависимости от режима работы).

На самом деле - около 60%.
https://trs.jpl.nasa.gov/bitstream/handle/2014/18469/99-1954.pdf?sequence=1
Можно наверное на нештатных режимах выжать и такие цифры, но не "бесплатно")))

[Верный Союзник с Окинавы]

Да, я дурак, на КПД Power Processing Unit посмотрел)

[telekast]

А МБ есть смысл в мощных накопителях энергии?

Я где-то читал, что у амеров в их последних авиках для катапульт есть специальный накопитель энергии на основе хитровычурного маховика, и запасение энергии там порядка нескольких гигаджоулей с очень быстрой отдачей на катапульты.

Дело ещё в школе было, но я тогда про эти маховики считал, штуки они классные, если забыть о силе трения, что допустимо, при употреблении энергии почти на месте.

Маховик по удельной ёмкости не дотягивает даже до свинцовой АКБ. ЕМНИП.

[algol5720]

А вообще-то ребята почитайте книгу Гильзин К.А. Электрические межпланетные корабли 1970г. Там все популярно написано. И вы поймете всю ситуацию с ЯРД, что за 50 лет мы не продвинулись ни на шаг в практическом исполнении, а с конца 80-х упали в пропасть...

Спасибо за совет, но я изучал эту дисциплину шесть лет в институте. Мне хватило.
А вот при чем здесь ЯРД, о котором Вы пишете, мне невдомек...

Потому, что элреактивные двигатели нуждаются в мегаватного класса источниках энергии, если только не ориентации. И создавать их в отрыве от источника энергии(ядерного реактора и преобразователя) нет смысла.

В порядке ликбеза: "мегаватные источники энергии" называются ЯЭУ.
А ЯРД - это двигатель, а не источник энергии.
Что же касается ЯЭУ, то до орбиты Марс вполне можно обойтись и СБ.

Полностью согласен. Спорить здесь неуместно

[algol5720]

У меня  вопрос. На сколько упадет кпд, и уи, если заменить ксенон на аргон?

[Верный Союзник с Окинавы]

А МБ есть смысл в мощных накопителях энергии?

Я где-то читал, что у амеров в их последних авиках для катапульт есть специальный накопитель энергии на основе хитровычурного маховика, и запасение энергии там порядка нескольких гигаджоулей с очень быстрой отдачей на катапульты.

Дело ещё в школе было, но я тогда про эти маховики считал, штуки они классные, если забыть о силе трения, что допустимо, при употреблении энергии почти на месте.

Маховик по удельной ёмкости не дотягивает даже до свинцовой АКБ. ЕМНИП.

Это смотря какой маховик) 

Есть т.н. супермаховики. Чётких отличий между маховиком и супермаховиком нет, но в общих чертах супермаховик - это шняга из высокопрочных (на разрыв) материалов, причём вращающаяся на таких скоростях, что центробежная сила только-только не разрывает этот маховик на куски, и с подшипниками, работающими на пределе.

В теории достижимы мегаватты на кг.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Маховичный_накопитель_энергии

https://ru.wikipedia.org/wiki/Супермаховик



113,4 кг веса, 1,89 МДж энергии, мощность 1кВ, год разработки - 2004.

[Верный Союзник с Окинавы]

У меня  вопрос. На сколько упадет кпд, и уи, если заменить ксенон на аргон?

Тяга сильно упадёт. А её итак мало. 

Неинертные газы будут вызывать коррозию.

Лёгкие инертные газы не дадут ощутимой тяги.

Потому ксенон.

[algol5720]

Лёгкие инертные газы не дадут ощутимой тяги.

Потому ксенон.

Это для ИД наверно справедливо. А для МПД может и нет?

[Владимир Шпирько]

Есть что-то с до 2000 секунд УИ и нормальной тягой с хорошим КПД и простотой конструкции?

Ну или хотя бы двумя кач-вами из 3...

Энергия пропорциональна квадрату скорости истечения, а импульс первой степени=>  чем выше УИ, тем ниже КПД!!!.

Что за бред Вы несете! Как можно рассуждать о работе ЭРД на основе только двух школьных формул!

Вашего понимания процессов и на эти две формулы не хватило?  При любом отбрасывании массы при прочих равных условиях УИ и КПД связаны именно так.

Следите за рукой:
кпд=Wk/We=mV^2/2We=PV/2We
т.е. "при прочих равных условия" кпд ПРЯМОПРОПОРЦИОНАЛЬНО скорости (то бишь УИ).
Чем больше скорость, тем БОЛЬШЕ кпд.

Когда говорят:"Следите за руками" - то точно обманут.  Это не лично к Вам, это наблюдение из цирка, да и по жизни тоже.
В нашем случае
m - это, как я понимаю, массовый расход рабочего тело в секунду. V - скорость. P - тяга. И выражение преобразовали так:
W kinetic & W expended?
E k = (m x V^2)/2

Thrust = m x V

m х V^2 = m x V x V = Thrust x V.
We - электрическая энергия
А остальное - именно так.
Только пришлось писать все в размерностях "энергия-импульс" (как это начал мой оппонент), хотя правильнее было бы в размерностях "мощность-тяга" (у нас же ИД).

А теперь с чем я не согласен!
Wк - кинетическая энергия струи - отброшенной массы, выхлопа.
И чем больше энергия "выхлопа" тем меньше останется на дельтаW аппарата.  

По размерностям  энергия/время = мощность.  импульс/время = сила.  Возьмите производную по времени и перейдете в другие переменные

[Бертикъ]

У меня  вопрос. На сколько упадет кпд, и уи, если заменить ксенон на аргон?

Они не упадут, а возрастут. Насколько точно - не скажу.
Но скажу, что это не есть хорошо. Парадокс? Отнюдь.
Дело в том, что основной двигательной характеристикой ЭРД является не КПД, а цена тяги - Вт/Н.
Т.е. сколько электрических ватт затрачено на создание ньютона тяги.
Так вот эта цена на аргоне будет выше.

ЗЫ: в общем, в кратце суть такова - если надо экономить на электроэнергии, используем тяжелые РТ, а если надо экономить на массе (дальние полеты), используем легкие РТ.

[Бертикъ]

Есть что-то с до 2000 секунд УИ и нормальной тягой с хорошим КПД и простотой конструкции?

Ну или хотя бы двумя кач-вами из 3...

Энергия пропорциональна квадрату скорости истечения, а импульс первой степени=>  чем выше УИ, тем ниже КПД!!!.

Что за бред Вы несете! Как можно рассуждать о работе ЭРД на основе только двух школьных формул!

Вашего понимания процессов и на эти две формулы не хватило?  При любом отбрасывании массы при прочих равных условиях УИ и КПД связаны именно так.

Следите за рукой:
кпд=Wk/We=mV^2/2We=PV/2We
т.е. "при прочих равных условия" кпд ПРЯМОПРОПОРЦИОНАЛЬНО скорости (то бишь УИ).
Чем больше скорость, тем БОЛЬШЕ кпд.

А теперь с чем я не согласен!
Wк - кинетическая энергия струи - отброшенной массы, выхлопа.
И чем больше энергия "выхлопа" тем меньше останется на дельтаW аппарата. 

Во-первых, формулу, подтверждающую последнюю строчку, можно привести?
Во-вторых, закон сохранения энергии никто не отменял.
И, в-третьих, с каких пор и в какой вселенной кпд любого двигателя стало зависеть от "аппарата", на котором двигатель установлен?

Зы: и еще один маленький вопрос к Вам вдогонку. Если УИ такая бяка (снижает кпд, отбирает что-то там у дельтаW), то чего ж жрдешники так бьются буквально за каждую секунду УИ? Неужто вредительство?!)))

[telekast]

А МБ есть смысл в мощных накопителях энергии?

Я где-то читал, что у амеров в их последних авиках для катапульт есть специальный накопитель энергии на основе хитровычурного маховика, и запасение энергии там порядка нескольких гигаджоулей с очень быстрой отдачей на катапульты.

Дело ещё в школе было, но я тогда про эти маховики считал, штуки они классные, если забыть о силе трения, что допустимо, при употреблении энергии почти на месте.

Маховик по удельной ёмкости не дотягивает даже до свинцовой АКБ. ЕМНИП.

Это смотря какой маховик)

Есть т.н. супермаховики. Чётких отличий между маховиком и супермаховиком нет, но в общих чертах супермаховик - это шняга из высокопрочных (на разрыв) материалов, причём вращающаяся на таких скоростях, что центробежная сила только-только не разрывает этот маховик на куски, и с подшипниками, работающими на пределе.

В теории достижимы мегаватты на кг.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Маховичный_накопитель_энергии

https://ru.wikipedia.org/wiki/Супермаховик



113,4 кг веса, 1,89 МДж энергии, мощность 1кВ, год разработки - 2004.

Супермаховики с мегаемкостью есть только на бумаге, ну, может еще в лаборатории. Вот тот насовский девайс, к примеру взять. Поделить 1,89 МДж на 3600 сек, а потом еще поделить на массу 113,4 кг получим уд.емкость едва 5Вт/кг*час. Т.е. на порядок меньше свинцово-кислотного аккумулятора (30-50 Вт/кг*час), про литиевые и не говорим. Маховики имеют шансы лишь в системе для отбора/отдачи большой мгновенной мощности. Во всяких рекуперационных системах, ну и в катапультах амеровских.
ИМХУ

[algol5720]

У меня  вопрос. На сколько упадет кпд, и уи, если заменить ксенон на аргон?

Они не упадут, а возрастут. Насколько точно - не скажу.
Но скажу, что это не есть хорошо. Парадокс? Отнюдь.
Дело в том, что основной двигательной характеристикой ЭРД является не КПД, а цена тяги - Вт/Н.
Т.е. сколько электрических ватт затрачено на создание ньютона тяги.
Так вот эта цена на аргоне будет выше.

ЗЫ: в общем, в кратце суть такова - если надо экономить на электроэнергии, используем тяжелые РТ, а если надо экономить на массе (дальние полеты), используем легкие РТ.

Да так и должно быть. Полностью согласен энергозатраты на ньютон тяги основная характеристика ЭРД. Спасибо, что помогли вспомнить. В начале 70-х еще в школе учился до корки зачитывался книгой Гильзина,и да, для каждой конкретной миссии и в зависимости от массы полезной нагрузки существует оптимальный уи.

[Владимир Шпирько]

Во-первых, формулу, подтверждающую последнюю строчку, можно привести?
Во-вторых, закон сохранения энергии никто не отменял.
И, в-третьих, с каких пор и в какой вселенной кпд любого двигателя стало зависеть от "аппарата", на котором двигатель установлен?

Начну с п3.  но процитирую не Вас  а Союзника с Окинавы:"... А КПД это другое. Типа при затратах энергии в N киловатт ты имеешь УИ и тягу, но в реале затрачиваешь больше энергии - N1, и это N/N1 = КПД."


Если Вы так же понимаете КПД, то спорить не о чем.  УИ*тягу = мощность "выхлопа"!!! 

НО!!!  По закону сохранения энергии - Вы подвели к двигателю Wе которая поделилась на энергию выхлопа Wk - у Вас, Wп - потери, для простоты возьмем Wп=0 и Wпол - полезная энергия, которую и приобрел или потерял космический аппарат.  Очевидно Wе=Wk+Wп+Wпол. => Wпол=Wе-Wп-Wk  (это по п1.) И если определить КПД как какая часть подведенной энергии Wе пошла на разгон (торможение) аппарата Wпол.  КПД=Wпол/Wе, то очевидно, что с ростом УИ КПД падает.  
Т.е. не КПД преобразования электричества в кинетическую энергию струи, а преобразования электроэнергии в энергию аппарата. 

Почему стремятся повышать УИ (скорость истечения), сами знаете ради экономии рабочего тела.  Энергию получаем от Солнца, а ксенон/аргон/ртуть и др. сколько заправили.

[Владимир Шпирько]

У меня  вопрос. На сколько упадет кпд, и уи, если заменить ксенон на аргон?

Тяга сильно упадёт. А её итак мало.

Неинертные газы будут вызывать коррозию.

Лёгкие инертные газы не дадут ощутимой тяги.

Потому ксенон.

Всё сказанное для ионных двигателей с разгоном ионов (плазмы) полем электрическим, магнитным или их комбинацией.  Но есть еще термические ЭРД - тепловой двигатель в котором нагретый электричеством газ вытекает через сопло.  И там зависимость другая, как в тепловых двигателях - чем ниже молекулярный (атомный) вес, тем выше УИ.  Но КПД падает.  Причина простая -  чтобы нагреть 1грамм аргона надо затратить в 3,2 раза больше энергии, чем 1 грамм ксенона до той же температуры.  А скорость истечения (УИ) у аргона будет в только 1,8 раз выше.

[Верный Союзник с Окинавы]

Супермаховики с мегаемкостью есть только на бумаге, ну, может еще в лаборатории. Вот тот насовский девайс, к примеру взять. Поделить 1,89 МДж на 3600 сек, а потом еще поделить на массу 113,4 кг получим уд.емкость едва 5Вт/кг*час. Т.е. на порядок меньше свинцово-кислотного аккумулятора (30-50 Вт/кг*час), про литиевые и не говорим. Маховики имеют шансы лишь в системе для отбора/отдачи большой мгновенной мощности. Во всяких рекуперационных системах, ну и в катапультах амеровских.

В целом да.


Ну вот для отброса больших мгновенных мощностей в перигее и нужна такая шняга.