ИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ!

Автор Василий., 04.07.2009 15:40:09

« назад - далее »

0 Пользователи и 1 гость просматривают эту тему.

Дмитрий Виницкий

До года - это до Луны?
+35797748398

Старый

Цитировать
ЦитироватьА вобще - как первый действующий образец сделают - так и скажу. ;)
С нетерпением буду ждать :)
Не дождёмся... :(
1. Ангара - единственная в мире новая РН которая хуже старой (с) Старый Ламер
2. Назначение Роскосмоса - не летать в космос а выкачивать из бюджета деньги
3. У Маска ракета длиннее и толще чем у Роскосмоса
4. Чем мрачнее реальность тем ярче бред (с) Старый Ламер

саша

ЦитироватьДля пилотируемой космонавтики не готов. А АМС должны использовать ионные двигатели...
Опоздали вы с этим, "должны".

Птыц

to Василий.
Ok.
А насчет временных характеристик прочитайте с.342  Левантовского. Там, например, указано что до Юпитера с ускорением 6*10^-5 м/с2 лететь 10 лет.

Птыц

ЦитироватьНе дождёмся... :(
Вполне вероятно, что мы с вами действительно не дождемся... :(

Дем

ЦитироватьТ.е. реактор (обычный тепловой, только котел греется от U/Pu), затем преобразователь тепла в механическую энергию (ПТУ или Стирлинг), потом преобразование в электричество, потом уже ЭРД? Да, и еще охладитель рабочего тела...
Попробуйте посчитать. Массу рабочего тела только не забудьте.
Это, конечно лучше, чем СБ на 2 МВт (27 МКС), но...
Ну да, обычный тепловой, только теплоноситель возможно необычный будет (да и то как сказать - ЖМТ давно не новость)
сотня кило U/Pu, пара тонн теплоносителя, то-сё - в десяток тонн уложиться можно запросто. А вместо защиты - просто подальше от обитаемой зоны разместить. В космосе места много - пусть хоть в километре на тросике болтается...
Летать в космос необходимо. Жить - не необходимо.

Andrey

ЦитироватьРеакция водорода с кислородом с образованием воды дает 2.4*10^5 кДж/моль или 1.33*10^10 Дж/кг.

Вы не правильно пересчитали кДж/моль в Дж/кг.
2.4*10^5/0.018=1.33*10^7

Andrey

Вернее при образовании воды выделяется 2.4*10^5 Дж/моль а не 2.4*10^5 кДж/моль.

Andrey

А если еще точнее то 2.858*10^5 Дж/моль.
Откуда вы эту цифру 2.4*10^5 кДж/моль взяли?

Птыц

ЦитироватьА если еще точнее то 2.858*10^5 Дж/моль.
Откуда вы эту цифру 2.4*10^5 кДж/моль взяли?
Из справочника  "Свойства неорганических соединений, Л, Химия, 1983".
Стандартная энтальпия образования жидкой воды -285.83 кДж/моль, газообразной -- -241.82 кДж/моль. Я взял энтальпию образования водяного пара, но, если хотите, можно брать и энтальпию образования жидкой воды -- при данной точности расчетов это несущественно.
Данные вы можете проверить, например, здесь.

А пересчитал я действительно неправильно. Соответственно масса реагентов больше массы корабля, и об использовании топливных элементов говорить не приходится.  :)

Andrey

Да я уже сообразил что 2.4*10^5 это относится к пару.

Собственно меня удивил вывод что топливные элементы выигрывают у солнечных батарей на временах порядка года.
Хотя давно посчитано что топливные элементы лучше солнечных батарей при времени полета порядка недель.
Почему я и полез проверять ваш расчет.

Птыц

ЦитироватьНу да, обычный тепловой, только теплоноситель возможно необычный будет (да и то как сказать - ЖМТ давно не новость)
сотня кило U/Pu, пара тонн теплоносителя, то-сё - в десяток тонн уложиться можно запросто.
А можно ссылку, из которой следует, что ядерный реактор, турбина, генератор и система охлаждения (работающая в космосе) и дающие 20 МВт электрической энергии, будут весить "десяток тонн"?
А то как-то не верится. Мощность реакторов подводных лодок Los Angeles или Seawolf не намного больше.

ЦитироватьА вместо защиты - просто подальше от обитаемой зоны разместить. В космосе места много - пусть хоть в километре на тросике болтается...
А про биологическую защиту я ничего и не говорил. Хотя на "тросике" я бы вешать реактор не стал.

Птыц

ЦитироватьСобственно меня удивил вывод что топливные элементы выигрывают у солнечных батарей на временах порядка года.
Да я сам себе не поверил.  :)  Поэтому и попросил проверить. За что -- спасибо.

Дем

ЦитироватьА можно ссылку, из которой следует, что ядерный реактор, турбина, генератор и система охлаждения (работающая в космосе) и дающие 20 МВт электрической энергии, будут весить "десяток тонн"?
А то как-то не верится. Мощность реакторов подводных лодок Los Angeles или Seawolf не намного больше.
РД-0410 весит 2 тонны, реактор в нём примерно половина. Тепловая мощность - 200МВт

Сколько будет весить остальное? Учитывая что радиаторы могут быть весьма горячими, а следовательно маленькими?
И можно ставить не турбину, а МГД-генератор?
Летать в космос необходимо. Жить - не необходимо.

Птыц

ЦитироватьРД-0410 весит 2 тонны, реактор в нём примерно половина. Тепловая мощность - 200МВт
По-моему Дем, мы с вами говорим о разных вещах.

Вы говорите о тфЯРД с характеристиками:
Цитировать- Тяга в пустоте — 35,2 кН
- Удельный импульс тяги в пустоте — 8927 м/с
- Тепловая мощность реактора — 196 МВт
- Число включений — 10
- Ресурс работы — 1 час
- Рабочее тело — жидкий водород
- Масса с радиационной защитой — 2 тонны
(Кстати, тяговая мощность двигателя 157 МВт; КПД 80%)

Я же говорил о сравнительных характеристиках гфЯРД и комбинации ЭРД+атомная энергетическая установка в ответ на:
ЦитироватьДля того, чтобы наши грузы рассекали по Солнечной системе вообще и в окресностях Земли в частности как мы по своей собственной квартире необходимо скрещивание ЭРД и ЯЭУ.

Для ЯРД (любого, хоть твердо-, хоть газофазного) не нужно преобразование тепла в электрическую энергию. Если же мы говорим о комбинации ЭРД+ЯЭУ, то это означает необходимость преобразования тепловой энергии в электрическую с КПД вряд ли выше 33%. При этом удельный импульс гфЯРД и ЭРД приблизительно одинаков.

ЦитироватьСколько будет весить остальное? Учитывая что радиаторы могут быть весьма горячими, а следовательно маленькими?
И можно ставить не турбину, а МГД-генератор?

Для теплового котла, которым являются современные ЯЭУ, "остальное" будет весить немало.
1. Нужно преобразовать тепло в крутящий момент
2. Нужно преобразовать крутящий момент в электричество
3. Нужно охлаждать рабочее тело

Прикинем массу:
1. Поиск в Google на "масса газотурбинных двигателей" дает 1-10 кг/кВт. Примем для космической ГТУ массу в 0.5 кг/кВт
2. Поиск в Google на "масса авиационных электрических генераторов" дает 1-10 кг/кВт. Примем для космического генератора массу в 0.5 кг/кВт
3. Охлаждение рабочего тела в космосе возможно только через излучение.

С п.3 несколько сложнее, но мы можем прикинуть массу охладителя в предположении, что тепло излучается с микроскопических капелек нелетучей жидкости (что и предлагается для мощных ЯЭУ в космосе).
W=(delta M)*c*T2, где W - паразитная мощность, (delta M) - расход жидкости, с - ее теплоемкость, T2 - выходная температура рабочего тела.
Тогда M=(Wt)/(cT2), где t - время пролета капельки для ее охлаждения с T2 до T1 (Т1 - входная температура рабочего тела)
С другой стороны мощность излучения равна sigma*S*T^4, где S - площадь капелек, а sigma - постоянная Стефана — Больцмана. Можно записать следующее уравнение: mc*(delta T)=sigma*S*T^4*(delta t), решение которого дает:
t=ro*c*r/sigma*(T1^-3-T2^-3), где ro - плотность жидкости, а r - радиус капли.
Итак, получаем M=(W*ro*r)/(sigma*T2)*(T1^-3-T2^-3)
На 1 кВт паразитной тепловой можности потребуется:
10^3*10^3*10^-3/(5.67*10^-8*1000)*(1/300^3-1/1000^3)=0.64 кг/кВт
(при диаметре капелек 1мм и температурах 1000-300K)

Таким образом на 1 кВт электрической мощности ЯЭУ потребуется дополнительно к массе реактора минимум 2.3 кг дополнительных устройств.
Т.е., например для 2 МВт реактора, который нужен для работы корабля Василия - еще минимум 4.56 тонны. Если бы с реактора РД-0410 снимали электрическую мощность, то в дополнение к 2 тоннам реактора нужно было бы около 150 тонн турбины, генератора и системы охлаждения.

Даже если я и преувеличил необходимую дополнительную массу, все равно гибрид ЭРД+ЯЭУ существенно проигрывает гфЯРД.
ИМХО, конечно :)

Старый

Птыц, вы ж ещё и массу непосредственно самих эрдэшек не забудьте. Сколько будут весить ЭРД суммарной мощностью в 200 мегаватт?
1. Ангара - единственная в мире новая РН которая хуже старой (с) Старый Ламер
2. Назначение Роскосмоса - не летать в космос а выкачивать из бюджета деньги
3. У Маска ракета длиннее и толще чем у Роскосмоса
4. Чем мрачнее реальность тем ярче бред (с) Старый Ламер

AlexB14

ЦитироватьВторой нюанс в том, что у полетов на двигателях малой тяги свои формулы  для расчета орбитальных переходов и по этим формулам потребные приращения скоростей раза в два выше, чем для традиционных двигателей.
Добрый день, ааа! Насколько я понимаю, то во-втором своём нюансе Вы плотно сели на своего любимого конька - гравитационные потери. Однако, должен заметить, что Ваши формулировки страдают излишней безапеляционностью. Чего доброго, какой-нибудь малоподготовенный и невинный "Василий с точкой на конце" ( :P ), прочитав Ваш нюанс потеряет всякую охоту стать будущим генеральным конструктором ЭРД мощностью в сотни кВт. Хотя на самом деле всё далеко не так печально, как следует из Вашего поста.
Во-первых. Вы, на текущий момент, говорите про орбитальные переходы вообще, а не про какие-то в частности. Однако должен заметить, что величина гравитационных потерь не есть величина постоянная для любого орбитального перехода, а она пропорциональна расстоянию от центра гравитации до места проведения маневра. На низких орбитах она вообще стремится к нулю. При маневрировании на средних - она уже уже заметна, Ну и достигает максимумов на тех орбитах, которые соответствует скорости чуть меньшей, чем вторая космическая. Тут недавно обсасывали вариант коррекции орбиты МКС с использованием ЭРД. Так для таких коррекций гравпотери вообще можно не учитывать потому как их значение стремится к нулю. Вот если мы используем ЭРД для довывода ПН на ГСО, тогда да. Их игнорировать уже не получиться. И для такой операции использование Ваших любимых СПД-100 даст потери в ХС порядка 15-20% (точной цифры, к сожалению, не помню). Ну и, наконец, использование СПД-100 по маршруту Земля - Луна даст потери, которые действительно потребуют удвоения ХС. Так, что для отдельно взятых орбитальных переходов на гравпотери вообще можно забить, а не поминать их каждый раз по Вашему примеру. :wink:
И второе замечание к Вашему второму нюансу. Что-то я не помню в упомянутых Вами формулах, что-то такое типа ХСэрд[/size]=2*ХСжрд[/size]. На самом деле там фигурирует тяга двигателя. При этом прошу обратить внимание, что тяга ЖРД выше тяги любимых Вами СПД-100 на пять порядков. Однако при использовании современных ЭРД, а не прошлого века, эта разница существенно сокращается. Тяга СПД-290 отстаёт от тяги ЖРД всего лишь на три порядка. И она выше тяги СПД-100 на два порядка. Конечно, хотелось бы большего, однако уже эта величина тяги вплотную, имхо, подводит ЭРД к тому классу двигателей, которые принято именовать двигателями ограниченной тяги. А не малой, как говорят "в народе" или "бесконечно малой" как обзывают при теоретических изысканиях.  Судя по литературе, для КК, вооружённого двигателем ограниченной тяги уже доступны такие, к примеру, прелести, как аэроторможение и несущественность, с практической точки зрения, гравпотерь. Но это я так, для общего развития. Я совсем не призываю, подсев на СПД-290, нырять в атмосферу. Ему, имхо, тяги всё-таки не хватит, да и ни СБ, ни ЯЭУ совсем не подарок для такой акробатики. Я это к тому, что при таких движках (в отличие от СПД-100) удвоение ХС даже на маршруте Земля - Луна уже не будет необходимо.
Конечно, хотелось бы оценить эти достижения в цифрах. Однако скачанным спрэдшитом воспользоваться мне не удалось, - мне не известны ряд данных. Например, таких как, расход РТ в единицу времени. Но так как хотя бы какие-то цифры иметь хотелось, то пришлось ограничится грубыми расчётами. Пролагарифмировал шкалу тяг, так, чтобы в неё уложились и ЖРД и СПД-290 и СПД-100. Отметил на ней точки ХС, потребных для достижения орбиты Луны на ЖРД и СПД-100. И определил на графике точку ХС для СПД-290, взяв расстояние в 2/5 от СПД-100 к ЖРД.  У меня получилось, что при использовании СПД-290 потребная ХС на маршруте Земля - Луна составит 6400м/с. Это получается в 1,6 раза по сравнению с ЖРД, а не в 2. :wink:
Так что Вы явно лукавите с гравпотерями у ЭРД. :)
Errare humanum est

Птыц

ЦитироватьПтыц, вы ж ещё и массу непосредственно самих эрдэшек не забудьте. Сколько будут весить ЭРД суммарной мощностью в 200 мегаватт?
Спасибо, Старый.
Если исходить из описанного выше "улучшенного" СПД-290, то 0.4 кг/кВт электрической мощности. На 200 МВт тепловой мощности при КПД 33% будет еще 27 тонн.
Хотя, думаю, мы здесь вышли за границы приемлемого масштабирования (1370 двигателей это так то перебор  :D ).

ааа

ЦитироватьДобрый день, ааа! Насколько я понимаю, то во-втором своём нюансе Вы плотно сели на своего любимого конька - гравитационные потери...
Очень интересно, но вы бы лучше объяснили это Василию. :)
Глядишь, и его уровень знаний вознесся бы вслед за вашим на недосягаемую высоту. Вы ведь больше не предлагаете отправить 17К к Луне парой тонн ксенона? :)
"One small step for a man, one giant leap for mankind." ©N.Armstrong
 "Let my people go!" ©L.Armstrong

AlexB14

ЦитироватьТретье - нету столько ксенона, это достаточно редкий элемент.
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/content/numbers/267/02.shtml
ЦитироватьНа основе данных [5], в настоящее время наиболее перспективными считаются криптон и криптон-ксеноновая смесь природного состава (86% – криптон и 7% – ксенон).

Мировой объем производства криптона составляет 60 тыс м3 (225 т) в год, что в 15 раз больше по сравнению с объемом производства ксенона, а стоимость криптона – 93 $/кг – в 7 раз меньше, чем у ксенона (685 $/кг).

Объем производства криптон-ксеноновой смеси примерно в 8–9 раз больше, чем ксенона, и составляет 35 тыс м3 (~125 т), а ее стоимость (65 $/кг) примерно в 10 раз меньше, чем у ксенона и в 1.5 раза – чем у криптона.
Ксенона может быть и нет. Но рабочего тела для ЭРД всё равно как грязи. :wink:
Errare humanum est