Детонационные двигатели и некоторые другие вопросы

[Pretiera]

космофан котофеич пишет:
пунт 4. неидеальное сопло.
в детонационном двигателе проблема неидельного сопла полностью решена?

Это не важно, вопрос был на чем теоретически ДД может поднять эффективность (по УИ и КПД) ясно что не через Сопло, это общее место и резерв не тут, но не соплом единым, есть еще противодавление в атмосфере, рост давления в КС как раз позволяет снизить потери на противодавление, а что еще позволяет?)) ведь утверждается что рост в ДД достигнут как раз значительным повышением давления, остается еще полнота сгорания топливной смеси, учитывая ее неидеальность, рост давления должен повышать полноту сгорания

[Uriy]

Может в ДД степень диссоциации продуктов сгорания уменьшается,за счёт этого рост КПД.

[Pretiera]

Alex Degt пишет:

Старый пишет:
Если воздух используется как рабочее тело то выгодно брать окислитель из него. Если не используется - окислитель выгодно взять с собой.

Старый, ты вообще уже? Бак надо разгонять. Вместе с содержимым...

надо, а компрессору надо расходовать энергию на сжатие воздуха и сепарацию кислорода, еще надо тащить сам компрессор и преодолевать сопротивление воздуха которое он продуцирует. для РН это кончается тем что снижая Мст процентов на 10 мы увеличиваем ее стоимость кратно, и только для участка до 20 км высоты, т.е. вместо одной первой ступени надо делать две, 1ая на ВРД до высоты 20 км и скорости 3 М (мизерная часть ХС, 1-1,5 км/с вместе с потерями на противодавление и гравпатерями на этом участке)
для обычной РН Мст составит 700 т, 500 т конечная на 3М, и +10 тонн сухой массы (бак на 200 т и ЖРД на 250 тонн тяги)
для ВРД ступени добавкой керосина можно пренебречь (всего тонн 30-40) для тяги 650 тонн надобно 100 тонную ДУ.. но тогда либо не хватает тяги, либо на вторую ступень остается мало массы.. надо наращивать, в итоге имеем конечную массу на 3 М 600 тонн (Мст 650т), тягу на ВРД 750 т, масса ВРД 115 т да тяговооруженность всего 1,15, высокие гравпатери, но зато УИ... ага.. так и где же выгода?

[Старый]

Alex Degt пишет:
Но я почти о том же - надо ли разгонять бак с кислородом или выгоднее брать его извне?

Забираемый извне воздух вам тоже приходится разгонять. До встречи с самолётом он покоится а оказавшись в двигателе движется вперёд вместе с самолётом. Хотя конечно полного торможения потока в двигателе и не происходит.

[космофан]

Pretiera пишет:

космофан котофеич пишет:
пунт 4. неидеальное сопло.
в детонационном двигателе проблема неидельного сопла полностью решена?

Это не важно, вопрос был на чем теоретически ДД может поднять эффективность (по УИ и КПД) ясно что не через Сопло, это общее место и резерв не тут, но не соплом единым, есть еще противодавление в атмосфере, рост давления в КС как раз позволяет снизить потери на противодавление, а что еще позволяет?)) ведь утверждается что рост в ДД достигнут как раз значительным повышением давления, остается еще полнота сгорания топливной смеси, учитывая ее неидеальность, рост давления должен повышать полноту сгорания

нет там роста давления в КС, только рост давления во фроне детонационной волны, и получается что в одном месте густо, а в другом пусто

про полноту сгорания, в ЖРД сгорает 99% топлива, если 99% кажется недостаточным, то можно еще поднять давление в КС, что и предполагатеся делать, но по другой причине.

Uriy пишет:
Может в ДД степень диссоциации продуктов сгорания уменьшается,за счёт этого рост КПД.

как раз наоборот, при детонации степень диссоциации во фронте растёт.

[Uriy]

космофан котофеич пишет:

Pretiera пишет:

космофан котофеич пишет:
пунт 4. неидеальное сопло.
в детонационном двигателе проблема неидельного сопла полностью решена?

Это не важно, вопрос был на чем теоретически ДД может поднять эффективность (по УИ и КПД) ясно что не через Сопло, это общее место и резерв не тут, но не соплом единым, есть еще противодавление в атмосфере, рост давления в КС как раз позволяет снизить потери на противодавление, а что еще позволяет?)) ведь утверждается что рост в ДД достигнут как раз значительным повышением давления, остается еще полнота сгорания топливной смеси, учитывая ее неидеальность, рост давления должен повышать полноту сгорания

нет там роста давления в КС, только рост давления во фроне детонационной волны, и получается что в одном месте густо, а в другом пусто

про полноту сгорания, в ЖРД сгорает 99% топлива, если 99% кажется недостаточным, то можно еще поднять давление в КС, что и предполагатеся делать, но по другой причине.

Uriy пишет:
Может в ДД степень диссоциации продуктов сгорания уменьшается,за счёт этого рост КПД.

как раз наоборот, при детонации степень диссоциации во фронте растёт.

  
  Повышение давления задавливает диссоциацию. А точнее скажут причастные к ДД. Они наверняка делали тепловой расчёт.

[mihalchuk]

Uriy пишет:
 
 Повышение давления задавливает диссоциацию. А точнее скажут причастные к ДД. Они наверняка делали тепловой расчёт.

Ну, давайте всё разложим по полочкам.
Полнота сгорания. Такое понятие утрачивает смысл. В ЖРД на керосине, водороде, метане оптимальный УИ реализуется при избытке горючего. Кислород выгорает весь. Энтальпия топлива кислородно-водородного ЖРД 12,5 МДж/кг. При стехиометрии будет чуть менее 13 МДж/кг. Разница - до 4%. К потерям на неполноту сгорания относятся потери на завесы в камере. Это бывает где-то 1,5%, но проблема отдельная, её можно решить и в обыкновенных ЖРД. Следующие потери - на диссоциацию. Они уменьшаются с ростом давления в КС.
Если мы сделаем какой-то объём топливной смеси, и сдетонируем её, реализуется повышенное давление, меньшая диссоциация и повышенная температура. Этот шмат газа может совершить большую работу при расширении до заданных пределов, несмотря на то, что в процессе расширения пойдут процессы диссоциации и т. д. То-есть, какое-то преимущество просматривается.
Но как его уловить?
Нужно внимательно посмотреть, на что тратится эта работа. В обычном сопле ЖРД газ расширяется, совершая адиабатическую работу над собой. В детонационном, если смесь не в вакууме, то детонационная волна перейдёт в ударную в среде, которая заполняет сопло. Неважно, будет ли это воздух, или продукты предшествующего цикла детонации, ударная волна пройдет до среза сопла, сжимая среду. То есть, часть работы уйдет на банальный нагрев рабочего тела,, извлечь полезную работу из которого уже не получится.
Если в сопле практически вакуум. Тогда очень хорошо разгонятся первые порции рабочего тела, а последние пойдут в сопло уже охлаждёнными, так как совершат до этого работу над предшествующими порциями. В результате вещество из сопла будет выбрасываться с разноскоростными Характеристиками, что пойдёт в ущерб общей эффективности (следствие ЗСЭ и ЗСИ). Кроме того, непонятно, как будет выглядеть сопло. Детонационщики для начала предлагают вообще трубу, но такой вариант может рассматриваться только при наличии среды. Для ЖРД, помним, нужно дозвуковое и сверхзвуковое сопло, так как за фронтом ударной волна условия дозвуковые. Дозвуковое сопло предполагает сужение, поэтому ударная волна будет отражаться от стенок и ломать картину течения.
Где в этом можно попытаться найти повышенную эффективность - я не вижу.

[dmdimon]

Старый пишет:
Космофеич, потери с теплом уходящих газов. Чтоб КПД был 100% из сопла двигателя должен вылетать снег. А поскольку вылетает достаточно горячий газ то это и есть потери.

Pretiera пишет:
именно перераспределение энергии от быстрых горячих газов к медленным холодным повышает эффективность, ибо зависимость энергия скорость квадратичная, а импульс масса линейная, рзогнать большую в два раза "халявную" массу стоит в два раза больше энергии, а разогнать ту же массу до в двое большей скорости в 4ре

Я дико извиняюсь за оффтоп, но это замечание тут-же возвращает меня к вопросу о "паровом" двигателе, который я было для себя закрыл. топикстартер той ветки как-бы и говорил, что в его движке рост идет за счет этих 15-20%. То-есть он много чего говорил, но и это тоже. Мне там убедительно объяснили, что он неправ - а тут оказывается, что рациональное зерно все-таки есть?

[dmdimon]

И такой вопрос - является ли, например, кумулятивный заряд разновидностью детонационного двигателя? В принципе?

[Старый]

dmdimon пишет: 
Я дико извиняюсь за оффтоп, но это замечание тут-же возвращает меня к вопросу о "паровом" двигателе, который я было для себя закрыл. топикстартер той ветки как-бы и говорил, что в его движке рост идет за счет этих 15-20%. То-есть он много чего говорил, но и это тоже. Мне там убедительно объяснили, что он неправ - а тут оказывается, что рациональное зерно все-таки есть?

Отнюдь. Тут рабочее тело берётся извне а там везётся с собой.
 Если рабочее тело берёшь извне то его масса должна быть как можно больше, а если везёшь с собой то его скорость должна быть как можно больше. 

[dmdimon]

еще раз извиняюсь за оффтоп.
1) если я правильно понял вашу фразу - КПД двигателя будет максимален при минимальной температуре выхлопа, так?
2) соответственно, если некие процессы в двигателе (рассмотрим его как черный ящик) приводят к тому, что выхлоп имеет низкую температуру, то КПД повышается (предполагая неизменную полноту сгорания и все такое) - это так?
3) если п. 2 верен - нет ли некоего оптимума, когда введение (например) воды в двигатель, приводя к снижению температуры выхлопа, за счет повышения КПД перекроет потерю в запасенной (на единицу массы ракеты) энергии?

ps. именно скорость должна быть больше? не импульс?

[Старый]

dmdimon пишет:
еще раз извиняюсь за оффтоп.
1) если я правильно понял вашу фразу - КПД двигателя будет максимален при минимальной температуре выхлопа, так?

Да.

2) соответственно, если некие процессы в двигателе (рассмотрим его как черный ящик) приводят к тому, что выхлоп имеет низкую температуру, то КПД повышается (предполагая неизменную полноту сгорания и все такое) - это так?

Да

3) если п. 2 верен - нет ли некоего оптимума, когда введение (например) воды в двигатель, приводя к снижению температуры выхлопа, за счет повышения КПД перекроет потерю в запасенной (на единицу массы ракеты) энергии?

Нет. Два первых тезиса верны "при прочих равных". Если в одном случае в чёрный ящик надо ещё и подливать воду несомую с собой то это уже совершенно другая ситуация.  С введением воды хотя температура и уменьшается но масса газов увеличивается. Поэтому потери "с теплом уходящих газов" не только не уменьшаются но и увеличиваются.

ps. именно скорость должна быть больше? не импульс?

Должен быть больше удельный импульс.
В разных ситуациях этот вопрос решается по разному.

[Старый]

Вобщем для максимального КПД энергия газов должна тратиться на разгон рабочего тела а не на нагрев и испарение воды.

[Владимир Шпирько]

dmdimon

[/USER]

пишет:
1) если я правильно понял вашу фразу - КПД двигателя будет максимален при минимальной температуре выхлопа, так?

КПД=(Тгор - Тхол)/Тгор.   -  это классика жанра для всех тепловых машин.
 Но!  это если массы расширяющего газа неизменна.
По п.3 Это A4 (V-2) горючее 70% спирт. Просто при более высоких концентрациях прогорала КС. Низкий импульс 270с. И низкая Тгор.

[dmdimon]

Спасибо.

возвращаясь к теме - насчет получения скоростей истечения порядка 10-12 км/с в детонационном двигателе за счет кумулятивного эффекта - может кто-нибудь высказаться? Это - верхняя скорость для "иглы" из меди, вероятно для газовой струи будет даже выше, нет?

[Старый]

dmdimon пишет:
возвращаясь к теме - насчет получения скоростей истечения порядка 10-12 км/с в детонационном двигателе за счет кумулятивного эффекта - может кто-нибудь высказаться? Это - верхняя скорость для "иглы" из меди,

Конечно! Это скорость очень небольшой части рабочего тела. Продукты взрыва распространяются равномерно в разные стороны а основная часть меди остаётся на месте. Общий интегральный удельный импульс мал.

вероятно для газовой струи будет даже выше, нет?

Нет. Игла из меди образуется в результате обжатия медного конуса. Его небольшая центральная часть выдавливается вперёд в виде иглы.

[Старый]

В целом, дмдимон, я вам рекомендую понять что обхитрить природу и законы физики невозможно.

[avmich]

Старый пишет:
В целом, дмдимон, я вам рекомендую понять что обхитрить природу и законы физики невозможно.

Зато можно строить инженерные сооружения с использованием тех возможностей, которые эти законы дают. Например, если для тепловых двигателей КПД Карно - предел, то никто не запрещает рассматривать нетепловые варианты.

[dmdimon]

Старый пишет:
В целом, дмдимон, я вам рекомендую понять что обхитрить природу и законы физики невозможно.

Это ясно. Но КПД поднять никто не запрещает.

[Старый]

dmdimon пишет:

Старый пишет:
В целом, дмдимон, я вам рекомендую понять что обхитрить природу и законы физики невозможно.

Это ясно. Но КПД поднять никто не запрещает.

КПД невозможно поднять принудительно охлаждая за счёт самой системы холодный конец. 
В ЖРД КПД можно поднять только одним способом - дать газу расшириться силнее чтоб при расширении он побольше остыл. Другого способа нет.