Сверхпроводящий накопитель энергии.

[AlexNB]

Ну а при некоторой заданной прочности? Как же величина индуктивности может определять только напряжение, если она входит в формулу энергии для катушки? А сопротивление ограничивает ток, который тоже входит в формулу энергии.

При некоторой  заданной прочности, величину удельной (на единицу массы накопителя) энергии можно оценить как
Em~Sigma/ro
Sigma - прочность материала
ro - его плотность
Отсюда для бака из Ал. сплава получаем 15-20 кДж/кг.
Если при этом учесть, что мех. напряжения в стенках бака от наддува и от накопителя будут суммироваться и уменьшать запас прочности, то овчинка выделки не стоит в принципе.
В конце 80-х подобная схема с топологическим генератором в водородном баке блока Ц, прикидывалась для его торможения в верхних слоях атмосферы (магнитный парашют). Как гипотетический вариант реализации многоразовости.

[sa19]

Энергия, запасенная в катушке при одном и том же токе пропорциональна индуктивности. Индуктивность пропорциональна объему катушки. Объем умноженный на плотность довольно тяжелого ниобиевого сплава даст массу катушки. Нетрудно сравнить энергию, запасенную в такой катушке с теплотворной способностью такой же массы водород-кислородного топлива. Даже если эти числа окажутся, сравнимы, в чем я сильно сомневаюсь то надо учесть, что масса катушки входит в конструктивную массу ракеты и её надо таскать с собой, а топливо сгорело, отдало энергию и тю-тю. Даже на вскидку выгоды не видно.

[mistermuscle]

Не в ней ;-) При большой плотности энергии первичное значение имеет ПРОЧНОСТЬ материала катушки, а не ее проводимость. Если есть даже сверхпроводник с безлимитной плотностью тока, все равно, чтобы запасти энергию, надо его охватить бандажем.

Индуктивность и внутреннее сопротивление катушки тут ВООБЩЕ не при чем. Первая определяет условно говоря рабочее напряжение катушки, а второе - скорость потери энергии (кстати энергия теряется даже в сверхпроводящей катушке - синхотронное излучение, ага).

Прочность материала катушки тут вообще не причем - до предела прочности там ой как далеко! Любой провод с легкостью выдержит эту нагрузку (ну разве только не керамика - для высокотемпературных).

А про потери тока изза синхротронного излучения не надо болтать.
Проводили эксперимент - оставили сверхпроводящую катушку на 2а года!!! И потом померяли ток - он был в ТОЧНОСТИ равен запущеному в нее два года тому назад! :x

[hcube]

Да ну? Возьмите катушку, которая на килограмм массы накопит 1 ГДж (энергоемкость литиевого аккума - 5 Гдж, метана - 50 ГДж на килограмм) и посчитайте, какое в ней усилие на разрыв создаст сила Ампера ;-).

По поводу излучения - ну да, оно будет терться небыстро. Но будет ;-).

[Chilik]

Прочность материала катушки тут вообще не причем - до предела прочности там ой как далеко! Любой провод с легкостью выдержит эту нагрузку (ну разве только не керамика - для высокотемпературных).

Зачем же тогда сверхпроводящие катушки армируют сталью, засовывают в толстый кожух из немагнитной нержавейки и насмерть заливают компаундом?

P.S. Давление поля в 10 тесла примерно равно 400 атмосфер. При этом магнитная энергия равна примерно 40 килоджоулям (10 килокалорий) на литр объёма. Энергетика литра керосина, надеюсь, известна.

[mihalchuk]

Я вот что не понимаю. Зачем нужна сверхпроводящая катушка и чем она будет отличаться от просто сверхпроводящего кольца в смысле накопления энергии?
Как-то давно я думал на обсуждаемую тему. Если сделать водородный бак из сверхпроводника, то можно накопить энергию в нём. Но будет ли она величиной отличаться от энергии давления наддува? Если нагрузки от внутреннего давления на бак максимальны не в начале полёта, принципиально можно запастись энергией и успеть вовремя её отдать на благие цели. Но - крохи, крохи крох.
Любителям поломать голову предлагаю обдумать, может ли сверхпроводник очень быстро проводить тепло, и можно ли его сверхпроводящие свойства использовать в ракетной технике (баки криогенные, сопла ЖРД и т. д.).

[mistermuscle]

Прочность материала катушки тут вообще не причем - до предела прочности там ой как далеко! Любой провод с легкостью выдержит эту нагрузку (ну разве только не керамика - для высокотемпературных).

Зачем же тогда сверхпроводящие катушки армируют сталью, засовывают в толстый кожух из немагнитной нержавейки и насмерть заливают компаундом?

P.S. Давление поля в 10 тесла примерно равно 400 атмосфер. При этом магнитная энергия равна примерно 40 килоджоулям (10 килокалорий) на литр объёма. Энергетика литра керосина, надеюсь, известна.

400атм это ерунда для конструкционного материала.
это 400кг на СМ2. А крутые композиты держат эти жалкие 400кг на 1кв мм!!!!! То есть запас есть еще в 100раз! Да и это не предел если распределить усчилия!

И энергия в сверхпроводнике не теряется никоим образом!

[hcube]

Ну и получится композитная пружина. Может проще сразу ее сделать в форме баллона с водородом и приводить ТНА просто давлением газа? ;-)

[Nikola]

В конце 80-х подобная схема с топологическим генератором в водородном баке блока Ц, прикидывалась для его торможения в верхних слоях атмосферы (магнитный парашют). Как гипотетический вариант реализации многоразовости.

А поподробнее можно? СП кольцо по периметру бака так чтоли..А привод генератора откуда?

Ну и получится композитная пружина. Может проще сразу ее сделать в форме баллона с водородом и приводить ТНА просто давлением газа?

Проще. Намного проще.
1) СП катушка=очень сильное магнитное поле, при разряде еще и переменное. Результат-мертвая электроника, отрыв и расплавление любых магнитных вещей.
2) Вес
3) Мощные заряженные СП катушки- вещь в себе бывают теряют сверхпроводимость, все вокруг вскипает и взрывается
4) Потери при разряде. В переменном поле сверхпроводник-вовсе не сверхпроводник.
5) и тд и тп
Вот магнитный тормоз (двигатель) на орбите - это да это красиво

[Nikola]

Было еще вроде бы дело: на топологических генераторах индивидуальную радиационную защиту но подробности не известны.
Мож кто что знает?

[Татарин]

По поводу излучения - ну да, оно будет терться небыстро. Но будет ;-).

Скажем так: это совершенно неважно.

Ну и получится композитная пружина. Может проще сразу ее сделать в форме баллона с водородом и приводить ТНА просто давлением газа? ;-)

Тем более, что со сверхпроводником ещё куча вских проблем и ограничений, помимо чисто механических.

[Wyvern]

Некоторые замечания по теме:
1. С механическими напряжениями в СПИН - так они вааще то называются: СверхПроводящие Индуктивные Накопители ;( - научились бороться еще до их появления    Метода проста как два пальца, вернее ДВА ВИТКА: два витка сверхпроводника в которых ток течет в противоположном направлении взаимокомпенсируют магнитное поле друг друга :wink:
2. Энергии в СПИН таки можно накопить много, до 100кДж/кг
3. До 25% стоимости и до 50% массы СПИН составляет криогенная система которая в "нашем" случае отсутствует за ненадобностью  :wink:  СПИН просто лежит в баке с криогенным топливом.
4.  Насосы ТНА обычно очень высокоборотны -до 100000/обхсек и выше. Электромоторы с такой частотой вращения по удельной мощности будут не сильно отличаться от турбопривода.
5. Идея, видимо, отличная для ЖРД космических аппаратов на криогенном топливе, относительно небольшой мощности...

[mihalchuk]

1. С механическими напряжениями в СПИН - так они вааще то называются: СверхПроводящие Индуктивные Накопители ;( - научились бороться еще до их появления    Метода проста как два пальца, вернее ДВА ВИТКА: два витка сверхпроводника в которых ток течет в противоположном направлении взаимокомпенсируют магнитное поле друг друга :wink:
...

Чего-чего?? А поподробнее можно?

[Chilik]

Некоторые замечания по теме: ...
4.  Насосы ТНА обычно очень высокоборотны -до 100000/обхсек и выше. ...

Остальные пункты комментировать лень,
но уж в этом месте явно либо не сек а мин, либо не об а град либо в цифре два нуля лишних.

два витка сверхпроводника в которых ток течет в противоположном направлении взаимокомпенсируют магнитное поле друг друга :wink:
...

Чего-чего?? А поподробнее можно?

А чего непонятно-то? Магнитное поле в какой-то точке равно нулю, в любой другой точке не равно нулю. Силы никуда не делись, поскольку проводник рвёт собственное поле. Можно придумать и более сложную систему, которая практически зануляет поле во всём объёме, но остаётся один простой вопрос: нафига тогда вообще эти проводники?

[mihalchuk]

А чего непонятно-то? Магнитное поле в какой-то точке равно нулю, в любой другой точке не равно нулю. Силы никуда не делись, поскольку проводник рвёт собственное поле. Можно придумать и более сложную систему, которая практически зануляет поле во всём объёме, но остаётся один простой вопрос: нафига тогда вообще эти проводники?

А кто-нибудь пробовал? Если магнитное поле компенсируется, то чем в этом случае ограничена сверхпроводимость? И ещё: а почему бы не пустить токи в противоположные стороны в одном сверхпроводнике? Что будет? :roll:

[kirk]

P.S. Давление поля в 10 тесла примерно равно 400 атмосфер. При этом магнитная энергия равна примерно 40 килоджоулям (10 килокалорий) на литр объёма. Энергетика литра керосина, надеюсь, известна.

Нет в природе сверхпроводников (не экзотических, типа "материала" нейтронной звезды), которые "держат" такое поле.

Сверхпроводимость свыше определённой напряженности магнитного поля (=ток = накопленная энергия) разрушается и даже при ~0K этот порог = несколько тесла

[kirk]

Да - добавление. Сверхпроводящий накопитель по сути - это пружина. В нем сила Ампера растягивает сверхпроводящую катушку. Если катушка не будет дОлжным образом армирована - рассыплется нафиг ;-) Поэтому плотность энергии в ней не превысит плотность... да в том же супермаховичном накопителе - кстати говоря, может, проще им приводить? На земле закрутили, на орбите оно кончилось ;-) Чтобы избежать гироэффекта - два противовращающихся соосных маховика, работающих на две ступени ТНА ;-D.

Накопители энергии типа маховиков, сверхпроводящих "катушек" или баллонов с газом, сжатым до тысяч атмосфер -- ВСЕГДА будут проигрывать "химии"
если говорить сверхупрощённо: в общем виде нельзя накопить энергии больше, чем энергия разрыва химической связи материала, из которого изготовлен контейнер

[Fakir]

[
Нет в природе сверхпроводников (не экзотических, типа "материала" нейтронной звезды), которые "держат" такое поле.

Это какое? 10 Тл? Не держат?
А чуть выше 20 Тл на чисто сверхпроводящей катушке без тёплого сердечника - не хотите? Года три как.

[mihalchuk]

Накопители энергии типа маховиков, сверхпроводящих "катушек" или баллонов с газом, сжатым до тысяч атмосфер -- ВСЕГДА будут проигрывать "химии"
если говорить сверхупрощённо: в общем виде нельзя накопить энергии больше, чем энергия разрыва химической связи материала, из которого изготовлен контейнер

Это может быть спорно. Чуть выше Выверн рассказал о СПИНах. Если такое сделать, то будем иметь приближённо следующее: магнитного поля, разрывающего сверхпроводник, не будет, а запасаемая энергия будет накапливаться в виде кинетической энергии сверхпроводящих электронов. Они и будут рвать проводник силой инерции. Сила инерции пропорциональна скорости, а энергия - квадрату скорости. Масса электрона меньше массы атома грубо в 100000 раз, если на один атом придётся один сверхпроводящий электрон (положим, так  :wink: ), то можно напичкать сверхпроводник энергией до чёртиков. Если всё действительно будет так.
Но только что-то сторонники СПИНов не торопятся отвечать на вопросы.

[hcube]

Скорости и МАССЕ ;-) А массовый расход электронов пропорционален опять же скорости ;-) Так что чудес не бывает ;-).

Можно, правда, сделать финт ушами - применить электростатическое стягивание катушки. Т.е. магнитное поле катушку растягивает, а притяжение кольцевого
электрода к осевому - сжимает. Между катушкой и электродом, ессно, изолятор ;-)