Детонационные двигатели и некоторые другие вопросы

[Алексей Любопытный]

1. Стехиометрическое соотношение водорода к кислороду 1 к 8. Т. е. на 1 кг водорода необходимо 8 килограмм кислорода. Таким образом водородно-кислородное топливо из 1 кг водорода будет весить 1 + 8 = 9 кг.
2. Теплотворность водорода 141 МДж/кг.
3. Теплотворность водородно-кислородного топлива 141/9 = 15,67 МДж/кг.
4. В идеальном химическом процессе горения в целях получения реактивной струи вся выделяющаяся энергия преобразуется в кинетическую и выражается в скорости разлетающихся продуктов горения. Формула кинетической энергии E = m*(v^2)/2, следовательно скорость продуктов горения выражается формулой v = Корень(2*E/m).
5. Согласно формуле приведённой в пункте 4 скорость продуктов горения 1 кг водородно-кислородного топлива должна составлять Корень(2 * 15,67 * 1 000 000 / 1) = 5 598 м/с. (1 000 000 - коэффициент перевода единиц измерения)

Т. е., при идеальном горении скорость истечения газов должна составлять 5 598 м/с, а УИ соответствовать 560 с. Вопрос, куда уходит энергия, если водородный двигатель второй ступени ракеты Дельта-4 выдаёт только 462 с?

[Алексей Любопытный]

Дмитрий Инфан пишет:
турбонасосы для ЖРД меньше

Это не ЖРД. У Люльки ВРД.

Детонационный ЖРД делает Энергомаш.

В любом случае вы правы, как сообщает конструктор ОКБ Тарасов масса двигателя уменьшилась и это скорее всего из-за того, что для детонационного горения требуется меньшее давление перед камерой сгорания. Что позволяет снизить массу компрессора или вообще от него отказаться используя только прямоточный режим.

[avmich]

Зверюга, у Вас довольно странные рассуждения. С точки зрения физики. Например, в УИ масса двигателя не входит, а преобразовать в кинетическую энергию продуктов сгорания всю энергию сгорания - это, среди прочего, значит выбросить их с той же температурой, что и исходные компоненты. Что не так просто сделать, например, для криогенных компонентов .

[Алексей Любопытный]

avmich пишет:
в УИ масса двигателя не входит,

Если вы хотите оценить реальный УИ, то придётся оценивать массу и двигателя и топливной системы. Так как, если вы замените в ракете двигатель массой 1 кг на двигатель массой 1 тонна, у которого расход горючего при той же тяге будет меньше на 10%, то никакого роста УИ у ракеты в целом вы не увидите. Более того, вы заметите падение УИ.

[Алексей Любопытный]

Как я понял, на этом форуме меня пытаются убедить, что УИ это импульс реактивной струи. И это наверное очевидно, так как это следует из названия термина - импульс, который должен быть равен и для реактивной струи и для летательного аппарата, согласно закону сохранения импульсов.

Но дело в том, что похоже только я один считаю, что УИ это ускорение придаваемое двигателю на единицу сжигаемого им топлива, а следовательно необходимо учитывать и массу этого двигателя. Это может быть неверно в плане терминологии, но зато такое представление лучше объясняет реальную экономичность двигателей. Мне ведь не струю пускать надо, а в верх лететь, поэтому моё представление более реально.

[Алексей Любопытный]

Если взять два двигателя с одинаковым импульсом (заметьте отсутствие слова удельный), с одинаковой скоростью реактивной струи, с одинаковым расходом топлива, но разной массой, то больше ускорение получит тот двигатель, что будет легче. А следовательно его УИ будет больше.

[Алексей Любопытный]

avmich, так и есть, в идеальном случае все продукты горения должны выйти из сопла в виде "когерентного" пучка частиц. Т. е. это должен быть лёд летящий с приданной ему скоростью. Но мы наблюдаем не лёд, а хаотичный газ. Он обладает большей долей хаоса в отличие от льда. И вот в этой энтропии и заключается потеря энергии. Из-за этого КПД двигателей меньше чем должно быть.

А раз КПД ниже 100%, значит есть куда его повысить. За счёт энтропии. И это как раз и реализуют детонационные двигатели. Тепловую диаграмму я тут не раз выкладывал. Из неё это как раз и следует.

[Алексей Любопытный]

Я понял, почему меня не понимают в некоторых случаях. То, что я в некоторых (не во всех) случаях называю УИ наверное правильно было бы назвать удельная импульсовооружённость, по аналогии с удельной тяговооружённостью. Этот термин должен обозначать отношение удельного импульса к весу двигателя.

[avmich]

Есть термин "характеристическая скорость", куда масса входит - но это абсолютная, а не удельная величина. Есть тяговооружённость, она же тяга к массе...

А как быть с тем, что для снижения температуры выхлопа приходится - в классических ЖРД - увеличивать сопло, а вместе с ним и массу ЖРД?

[Алексей Любопытный]

avmich пишет:
А как быть с тем, что для снижения температуры выхлопа приходится - в классических ЖРД - увеличивать сопло, а вместе с ним и массу ЖРД?

Сопло это уже после камеры сгорания. Думаю мы сравниваем всё же камеры сгорания. Т. е. температура реактивной струи должна быть ниже на выходе из камеры сгорания, без сопла..

[korund]

Zveruga пишет:
Но дело в том, что похоже только я один считаю, что УИ это ускорение придаваемое двигателю на единицу сжигаемого им топлива, а следовательно необходимо учитывать и массу этого двигателя. Это может быть неверно в плане терминологии, но зато такое представление лучше объясняет реальную экономичность двигателей. Мне ведь не струю пускать надо, а в верх лететь, поэтому моё представление более реально.

Дело в том что ракеты проектируются изходя из баллистики, которая в свою очередь основывается на формуле циолковского. В которой четко прописан УИ как (отношение тяги двигателя к секундному расходу массы топлива). И никто и никогда не будет усложнять расчеты только для того чтобы кому то там было лучше понятно что такое УИ и как сделать ЖРД более экономичным. Опять таки в характеристике каждого ЖРД есть сухая масса и тяга, а значит и тяговооруженность и специалисты смотрят на эти цифры не в самую последнюю очередь.

[korund]

И если в ЖРД строении и упущен (точнее мало обсуждаем) какой то момент так это то, что УИ считается как скорость истечения. Но поскольку ракета сама ускоряется то на практике УИ незначительно ниже чем УИ на стенде. А это отличие в свою очередь зависит от перепада давления но из-за того что падение УИ от недорасширения значительно больше, эффект игнорируют. К слову у ДЖРД проблем с недорасширением нет вообще.

[Maks]

Zveruge Детонационный ЖРД HE делает Энергомаш.

[Арнольд Ткачёнок]

avmich пишет:

Арнольд Ткачёнок пишет:
Согласно расчётов воспламенение смеси Н2 с воздухом возможно в пределах 16-61% , что соотв. указанным в тех. литературе. стр 439.

Это вполне возможно, но какое отношение воздух имеет к ЖРД? В ракетных двигателях водород сжигают в кислороде, и там уже соотношение от 4%. Вполне в соответствии с воздушным, кстати - но для ракетных ЖРД.

167 л Н2 + 833 л N2O2 = 167 л H2O + 97,43 л O2 + 658 л N2
            Теплотворность – 425,85 ккал.
      Теплоемкость – 0,0606    +     0,0285     +   0, 204  =  0,2931 ккал.
                        425,85 :  0,2931 = 1454 градС
167 л Н2 + 833 л O2 = 167 л H2O + 749,5 л О2
        Теплотворность – 425,85 ккал.
     Теплоемкость - 0,0606    +    0,234    =  0,2946 ккал.
                   425,85 :  0,2946 = 1445,5 градС
    По низшему пределу 16,7 % воспламенение смеси Н2 с воздухом и кислородом различается незначительно, согласно расчетных температур продуктов сгорания. По высшему пределу воспламенения 61% различие тоже будет незначительным. Приведённые в тех.лит. пределы воспламенения Н2 с воздухом и кислородом 4,1 – 75%, 4,5 – 95% нереальны. При нарастании температуры смеси пределы воспламенения расширяются и достигают 0 – 100% при температуре воспламенения.

[avmich]

А N2O2 при чём тут?

[Алексей Любопытный]

Кубик пишет:
И откуда такая "научная основа" - "должен быть"? Детонация в мозгу?

Я расчёт приложил. Несогласны, посчитайте по другому, опровергните.

[Алексей Любопытный]

Кубик пишет:
Химически.. энергия в расчёте на молекулу, вступившую в реакцию

А с чего вы взяли, что химическая энергия у вас достанется именно молекулам продуктов горения? Да и не все смеси топлива состоят только из молекул, которые прореагируют на 100%.

[Алексей Любопытный]

Кубик пишет:
выделенная энергия на массутоплива не может измениться

Когда вы уже поймёте, что выделившаяся в результате горения энергия не всегда затрачивается на ускорение продуктов горения в направлении противоположном движению летательного аппарата?

[Алексей Любопытный]

Кубик пишет:
а эта часть, как заявляется ,  :!: у детонационного двигателя больше." В дальнейших теоретических изысканиях нужды нет, вот пусть заявляющие "за базар ответят", тады честь им, хвала, и бабки

А чего тут доказывать. Всем известно, что при детонации разлёт продуктов распада быстрее. Так как детонационная волна при детонации распространяется со скоростью быстрее скорости звука в горящей смеси. А значит больше тепла перешло к продуктам горения, которые стали разлетаться.

[Алексей Любопытный]

Юрий Темников пишет:
Детонационный двигатель изначально пульсирующий.Насколько я знаю

Нет. Если детонационная волна непрерывно распространяется по постоянно поступающей топливной смеси, то такой режим детонации является непрерывным. И существуют даже концепции двигателей непрерывной детонации, к которым например относится RDE.