О движках вообще

Скажем так - сначала несколько вопросов по ЖРД, а потом рассуждения по ионным движкам.

Как известно важнейшей характеристикой ЖРД (ну и твердотопливных тоже) является удельный импульс, далее Is. Насколько я понимаю когда его выражают в м/с - он равен скорости истечения продуктов. Вот вопрос - считается ли эта скорость по известным термодинамическим формулам, т.е. V~sqrt(T/m0), где m0 - молярная масса, или нет?
яяпреходим к экзотике - слышал я про проект ГФЯРД
следующего вида - в оболочке из субнитрата углерода (убейте меня , что б я знал что это такое) расположенны пустые или(попеременно) заполненые ураном каналы(типа канальный реактор). Через каналы продувается кислород продувается кислород и дальний конец этого чуда горит в нем с темпиратурой 4500 кельвинов (это субнитрат горит так). Горит он как шашка, попутно испаряя и ионизируя уран. Дальше эта смесь сжимается магнитным полем , и уран начинает разогреваться. Хорошо так - до 100-200 Ккельвинов. Ну и через магнитное сопло выдувается. Внимание вопрос .
Какой Теоритический удельный импульс будет у этого движка, при учете что молярная масса продуктов "горения" 22...29. Если интересно я его поподробнее могу описать, проект забавный.

Ионые движки. Меня интерисуют Is для реально существующих движков (Костя Горник отзавись ) И правильны ли формулы (собственного выведения ) V=1.38*10⁴*sqrt(U/Z), где 1.38 НЕ постоянная Больцмана :), U - это разность потенциалов, Z- заряд ядра(на самом деле масса ) , V - скорость истечения ионов.
И энергозатраты - E=Ue+Ei/Z, где е - заряд электрона (единожды ионизированный атом) , Ei/Z - энергия ионизации на массу(для Цезия 375,7 кДж/моль, Ртуть 1007,0 ,Ксенон 1170,4).
Еще я не могу понять почему не применяют несколько ускорительных промежутков (как в линейных ускорителях) Какрй КПД у ионников и магнитоплазмеников?
Ну и ееее... какие перспективы у них, наконец.

Надеюсь вам не очень противно будет про все это думать.
ЗЫ: я кроспостну это в ру.спейс

К вопросу об удельном импульсе и о скорости истечения

По определению удельный импульс есть тяга, отнесенная к единичному расходу топлива.
Или, в терминах размерностей:

I = F T M^-1
F = M L T^-2
И подставляя, получаем I = M T^-1

В SI все коэффициенты в подобных уравнениях - единица - вот и получается после сокращения m/s.
Лично я, когда речь идет об единичном импульсе, который определялся экспериментально, предпочитал писать не сокращая N.s/kg... хотя вру! Когда определял экспериментальный импульс, я считал до конца в kgf.s/kg, а потом переводил, если надо, в N.s/kg или в m/s (по правилам SI я обязан сократить!). Ну и привык потихонечку. Метры так метры. Но твердо знаю, что это тяга;)

Теперь о скорости истечения.
Да, если принять истекающий газ неизменным по тракте КС -> критика -> раструб, то формула Ы справедлива. Но ЖРД и РДТТ - химические двигатели. И продукты, разгоняясь в сопле, охлаждаются. Раз охлаждаются, то равновесие сдвинется и изменится M_m.
Есть более простой способ посчитать скорость истечения: w = sqrt(2*(i0 - i1)), где i - энтальпия продуктов в КС и на срезе сопла. Но для того, чтобы посчитать энтальпию, придется посчитать химическое равновесие и точный состав продуктов горения. Для M_m и Т кстати, тоже;)
По крайней мере трое из нашей компании умеют этого делать, а подозреваю, что и больше;)
Пока не буду усложнять дискуссию двухфазностью потока - это у РДТТ, а не у ЖРД бывает.

>>I = M T-1
Окуда-то взялось , что скорость истечения равна Is. А очень просто - М есть не что иное, как площадь сечения*плотность*скорость истечения. Мда плотность и площадь сечения берем постоянными (для постояных значений окр. среды) - вуаля - получили I=V (в вакууме)

>Ионые движки. Меня интерисуют Is для реально существующих движков
ТТХ отечественных двигателей. Источник: НК №7'1999, стр. 56: "Отечественные электроракетные двигатели сегодня".
1 - название
2 - тяга, мН
3 - удельный импульс, с
4 - потребляемая мощность, кВт
5 - ресурс, часов
6 - масса, кг
7 - состояние: И - инженерная модель; Л - лётная модель; М - лабораторная
модель
(Л означает, что двигатель используется или использовался на реальных ИСЗ)

СПД-35  - 10       - 1200       - 0,196     - 2500   - 0,4 - И
СПД-50  - 20       - 1250       - 0,350     - 2250   - 0,8 - Л
СПД-60  - 30       - ?          - 0,517     - 2500   - 1,2 - Л
СПД-70  - 40       - ?          - 0,593     - 3100   - 1,5 - Л
СПД-100 - 83       - ?          - 1,221     - 7500   - 3,5 - Л
СПД-140 - 80..280  - 1500..2600 - 1,2..6,0  - 10 000 - 7   - И
СПД-160 - 90..350  - 1500..2600 - 1,35..7,5 - ?      - ?   - И
СПД-180 - 120..565 - 1500..2600 - 1,8..12,0 - ?      - ?   - И
СПД-200 - до 500   - ?          - 3..15     - 18 000 - 15  - И
СПД-290 - до 1500  - ?          - 5..30     - 27 000 - 23  - М
Д-100-1 - 80..340  - 1450..2800 - 1,3..7,5  - ?      - ?   - М
Д-100-2 - 80..650  - 1800..4250 - 3,5..15   - ?      - ?   - М

[Редактировалось Oleg Lazouttchenko (11-11-2000 в 03:17).]

Продолжаем.
Вот тут раньше усиленно обсуждали ЯРДы и немножно ионные движки. Но я не видел обсуждения ионных движков с ядерной(чуть не написал накачкой ) запиткой. Ну т.е. энергетикой от ядреного двигателя. Мне кажется , это самая перспективная штука из все двигателей _не_прожектов_. Is - 5000-10000 сек, что превосходит все современные ионики как минимум в 1.5 раза. Тяга 5-10 кгс. И все это счастье весом 8-15 тонн. Плюс несколько КВт энергии на выходе.
Тут возникает вопрос - насколько ионизирован водорот при 3100 К (насколько я понимаю предел для ЯРДов) ? Ведь сейчас тяжелые элементы выбирают только из за хороших характеристик Ei/кг. А вот если отбросить затраты на ионизацию, то водород вне конкуренции. (Кстати для электрореактивных ЯД похоже удельные импульсы посчитаны для водорода)
Другая перспектива это коллойдные ЭРД. Тоже ничего проект, кпд повыше. Однако все одно - ионники упираются в безумные затраты энергии на импульс. В 3-6 раз больше чем простые (mV²)/2!!
Напомню , что для разгона грамма до 100 км/с (т.е. до Is приблизительно 10000 сек.) требуется
5 МВт! (можно подумать что я один способен это посчитать ))
Что-то я окончательно в лекторский тон сполз
Ладна... ваши табуретки are welcome here

Я еще в этом не специалист, но все же повторю то, что успел выучить.

Тяга:
F=m'u_e+(p_e-p_a)A_e,
где m'=dm/dt,
u_e - скорость истечения продуктов сгорания,
p_e - стсатическое давление в плоскости сопла
p_a - окружающее давление
A_e - площадь сечения сопла

Удельный импульс выражается так:
I_sp=F/m'g [с]

Если принять
p_e=p_a, то I_sp=F/m'g=u_e/g [с]
Если это выразить в м/с, то получается как раз u_e, но это численно в 9.8 раз больше, чем u_e/g.
В общем случае это не так.

Еще имеет место u_e=f[(T/M)(p_e/p_c)],
где p_c - полное давление в камере сгорания (не уверен в точности формулировки)

Нам говорили, что ЯРД с рабочим газом типа водорода может давать I_sp порядка 700 с (это раза в 2-3 больше, чем ЖРД/твердотопл. РД - так ведь?), а электроионный - теоретически до 10000-20000 с.
По моим подсчетам, для Deep Space 1 I_sp=2800 c при рабочей тяге 35-40 мН.

Продолжение следует этак через годик.

[Редактировалось Alexei Rosich (12-11-2000 в 04:48).]

Хм. А по подсчетам Хьюджей (которые движок для Deep Space I делали) 263 мН. Хотя мож он и многорежимный.

>>Еще имеет место u_e=f[(T/M)(p_e/p_c)],
Это, что получается , если мы устремим внешнее давление к нулю , скорость до бесконечности вырастет? Нее батенька такой зависимости не может быть

Не верь никому (человеку или книге), кем бы он ни был , если скажет, что удельный импульс в секундах меряется. Боюсь уже повторять, и собеседники устали, но скажу опять, откуда это заблуждение - когда тягу меряешь килограммами и храбро их сокращаешь с киллограммами же в знаменателе. Истинная размерность импульса в технической системе есть kgf.s/kg, и все тут! Для краткости часто говорят просто "единица", единицы". Подробности поищи в старых топиков или в новых учебников.
И вообще, все, что тебе говорили в школе/вузе, пропускай через элементарную физику - она не дасть ошибиться;)


[Редактировалось varban (12-11-2000 в 16:48).]

>>Еще имеет место u_e=f[(T/M)(p_e/p_c)],

>Это, что получается , если мы устремим внешнее давление к нулю , скорость до бесконечности вырастет? Нее батенька такой зависимости не может быть

Точно;) А наверное еще раз следует привести знаменитую


После анализа получается, что величина sqrt(T/M) хорошо характеризует эффективность топлива (рабочего тела)




[Редактировалось varban (13-11-2000 в 01:20).]

Не хочу вступать в пререкания с людьми, более сведущими, нежели я. Но все же, то что я написал, не противоречит приведенной формуле - просто обозначения отличаются, а точную формулу я не знал (кстати - не посчитайте за офтопик - откуда название: Ы-формула?)

А насчет единиц I_sp, так я не тягу в кг меряю, а просто делю все на ускорение свободного падения (хотя точного смысла этого действия не знаю). Но все таки I_sp в секундах меряют - см. хотя бы выше постинг Олега Лазутченко.

Все, дальше буду слушать и помалкивать.

Ни в коем случае, ты что?! Раз модератор молчит, все в порядке - только он может требовать от тебя молчания;)

Секунды в единичном импульсе не могут быть хотя бы потому, что отсутствует физический смысла (кстати, размерностям, физическому смыслу и симметрии стоит imho обращать больше внимания, чем точным формулам и лукавым цифрам;)

Про g в формулах - это коэффициент в нек-рых уравнениях в системах, отличных от SI. В SI такого нет - там все коэффициенты по определению равны единице. Подробности - в любом курсе физики, а еще лучше - метрологии (кстати, наука весьма полезная и поучительная).

А название "Ы-формула" пошло со славного топика Атомный ракетный двигатель - но далеко не в начале. Ничего, почитай, не пожалеешь;)

>Но все таки Isp в секундах меряют - см. хотя бы выше постинг Олега Лазутченко
Спешу откреститься от собственного постинга )) Скорее уж его нужно мерять в м/с, чем просто в секундах. Почему я не перевёл в м/с в своём постинге - чёрт его знает, просто пропустил... Кстати, некоторым доказательством корректности размерности "м/с" служит тот факт, что Isp часто трактуется как эквивалентная скорость истечения газов для идеального РД, а уж скорость-то точно в м/с измеряется

>А название "Ы-формула" пошло со славного топика Атомный ракетный двигатель
Прочел, классно.

Насчет DS1: по данным NASA тяга 20-90 мН, 111 ступеней регулировки. Правда, на большом удалении от солнца тяга ограничена мощностью солнечных батарей (движок на макс. режиме ест 2100 Вт, а батареи выдают 2500 вблизи Земли). См. тут

[Редактировалось Alexei Rosich (13-11-2000 в 03:32).]

Приветствую уважаемых участников !

С огромными извинениями прошу согласиться, что Иу, как его не меряй, все равно выше некоего пупка не станет к сожалению.
А секунды (не думай о секундах свысока)- почетное наследие первопроходцев - они тоже свистят "как пули у виска, там, та та там..."

С непременным пожеланием всех благ,
Галоген

Вот еще вопрос - Марка вейда по движкам LOX/LH2 дан уд. импульс 451 с (простим его невежество ) , но в таблице есть движки и 455 (РД-0120) и 460 и 480 с! С чего бы это? Мож удельный теоритический импульс пары LOX/LH2 повыше?
А то 455 с для РД-0120 вроде правильная цифра

Задавайте альфу, давление в камеру и давление на срезе и скажу, какой предельно достижимый импульс (сегодня болею, дома я, так что считануть можно быстро)

А почему не ТЯРД? Главный плюс - греть ничего не надо. Оно и так нагрето. Сделать отвод плазмы в определенном направлении - вот и двигатель. Подается холодное топливо, прогорает, и струя гелия разогретого до 10K выбрасывается через 'дырку' в магнитном поле (по спектрографическому принципу, например - только для гелия He++, они же альфа - излучение). Стенки для него в принципе не нужны, излучение можно и нужно сбрасывать в космос. В центре - делитель плазмы и по поверхности теплообменники. Перед ними ромашкой экраны/излучатели теплообмена. А на 100-метровой ферме полезная нагрузка. Внутри фермы баки для LH2_2 и LH2_3, бишь дейтерий-тритиевой смеси. Ну, и для L02, для местных маневров рядом с ОС, для дыхания экипажа и так далее.

Мнэ-э, не думаю что теоритический импульс LOX/LH2 зависит от давления в камере. Только от темпиратуры и мольярной массы , имхо. А альфа - это соотношение топлива/окислителя? тогда 6

Да и кстати, есть ли предел (теоритический) по скорости снаряда , вылетающего из пушки? Ну т.е. я понимаю , что он есть (скорость света например ) но меня интерисует другое - нельзя ли (в перво приближении) поднимая массу метательного заряда довести начальную скорость снаряда до бесконечности? Вобщем как в первом приближении это считается?

есть ли предел (теоритический) по скорости
снаряда , вылетающего из пушки?
..
нельзя ли (в перво приближении) поднимая массу
метательного заряда довести начальную скорость
снаряда до бесконечности?


:):) Вот так вот бананы на внутренней баллистике
и хватают. Предел конечно же есть - как
можешь сам сообразить снаряд не может вылететь
быстрее, чем скорость истечения газа (в данном
случае продуктов сгорания пороха) из этого
самого ствола (в предел - масса снаряда просто
ноль). Ну а реальный предел считается
чуть сложнее и снаряд и газы не невесомые,
порох сгорает не мгновенно итп итд.

>не думаю что теоритический импульс LOX/LH2 зависит от давления в камере. Только от темпиратуры и мольярной массы , имхо

Не так! Зависит, да еще как - смотри Ы-формулу. Если давление в камере приближается к давлению на срезе, скорость изтечения приближается к нулю. А если ты имеешь ввиду бесконечно большое давление, не считают для него, а для стандартных давлении - вот они:
40 kgf/cm² (СССР)
1000 psi = 7 MPA (USA)
10 MPa (Болгария)
На срезе всегда атмосфера, хотя и она разная;(

Если хочешь получить верхнюю оценку максимально возможной скорости истечения, используй закон сохранения энергии. Возьми энегию реакции О2+2Н2=2Н2О и получишь кинетическую энергию движения молекулы, отсюда и скорость получишь.
Хотя на самом деле все сложнее, поскольку тепло нельзя полностью перевести в работу. Вот и получаются такие "хитрые" Ы-формулы.

>Не так! Зависит, да еще как - смотри
>Ы-формулу. Если давление в камере приближается
>к давлению на срезе, скорость изтечения
>приближается к нулю. А если ты имеешь ввиду
>бесконечно большое давление, не считают для
>него, а для стандартных давлении - вот они:
>40 kgf/cm2 (СССР)
>1000 psi = 7 MPA (USA)
>10 MPa (Болгария)
>На срезе всегда атмосфера, хотя и она разная;(


Ну вот видишь Варбан - все для расчета у тебя есть . Не , реально, посчитайте Is для LOX/LH2
все же я слабо верю в удельный импульс больше теоритического.
Только не понимаю а одного - что это за показатель политропы.
А то для меня формула в неявном виде получается .

[Редактировалось varban (14-11-2000 в 09:19).]

Пишу супер-ответ сразу всем

CARRIBEAN:
преходим к экзотике - слышал я про проект ГФЯРД
следующего вида - в оболочке из субнитрата углерода (убейте меня , что б я знал что это такое) расположенны пустые или(попеременно) заполненые ураном каналы(типа канальный реактор). Через каналы продувается кислород продувается кислород и дальний конец этого чуда горит в нем с темпиратурой 4500 кельвинов (это субнитрат горит так). Горит он как шашка, попутно испаряя и ионизируя уран. Дальше эта смесь сжимается магнитным полем , и уран начинает разогреваться. Хорошо так - до 100-200 Ккельвинов. Ну и через магнитное сопло выдувается. Внимание вопрос .
Какой Теоритический удельный импульс будет у этого движка, при учете что молярная масса продуктов "горения" 22...29. Если интересно я его поподробнее могу описать, проект забавный.


Нехватает данных - нужно знать еще расширение сопла (или перепад давлений между входом и выходом из сопла). IMHO, около 7000-9000 м/с.

Ионые движки. Меня интерисуют Is для реально существующих движков (Костя Горник отзавись )

Сорри, меня не было. Но тебе более чем исчерпывающе ответили.

И правильны ли формулы (собственного выведения ) V=1.38*10⁴*sqrt(U/Z), где 1.38 НЕ постоянная Больцмана :),


А что это тогда?

U - это разность потенциалов, Z- заряд ядра(на самом деле масса )


IMHO, если неизвестно, заряд это или масса, то это неправильные формулы и они дают неправильный мед, то есть результат. Энергия равна с одной стороны, напряжение * заряд ядра, с другой стороны, Mv²/2, M - масса ядра.Отсюда определяешь скорость, без всяких фокусов.

Вот тут раньше усиленно обсуждали ЯРДы и немножно ионные движки. Но я не видел обсуждения ионных движков с ядерной(чуть не написал накачкой ) запиткой.


Представить можно, но почему надо преобразовывать энергию из тепловой в электрическую, а затем из электрической в тепловую? Можно ведь прямо газ греть, избегая потерь.

Тут возникает вопрос - насколько ионизирован водорот при 3100 К (насколько я понимаю предел для ЯРДов) ?

Практически не ионизован. Частично диссоциирован, т.е. находится в виде атомов Н, а не молекул Н2.

А вот если отбросить затраты на ионизацию, то водород вне конкуренции. (Кстати для электрореактивных ЯД похоже удельные импульсы посчитаны для водорода)

Еще бы, в электрореактивных ионизация - вред, а не польза.

Напомню , что для разгона грамма до 100 км/с (т.е. до Is приблизительно 10000 сек.) требуется
5 МВт! (можно подумать что я один способен это посчитать ))

Наверное, ты один. У остальных 5 МДж получается .

Varban:

Пока не буду усложнять дискуссию двухфазностью потока - это у РДТТ, а не у ЖРД бывает.


Ну, а что, при выхлопе водородника в вакуум водяной пар конденсируется. Не знаю, было ли в реальности, но теоретически может быть. Вот тебе и двухфазность

Вот так вот бананы на внутренней баллистике
и хватают. Предел конечно же есть - как
можешь сам сообразить снаряд не может вылететь
быстрее, чем скорость истечения газа (в данном
случае продуктов сгорания пороха) из этого
самого ствола (в предел - масса снаряда просто
ноль). Ну а реальный предел считается
чуть сложнее и снаряд и газы не невесомые,
порох сгорает не мгновенно итп итд.


Как ни странно, но теоретического предела, у пушки, нет. Всегда найдется немного более шустрых молекул, которые выскочат вперед при холостом выстреле. Поэтому ОЧЕНЬ БОЛЬШОЙ заряд может вытолкнуть очень маленькую пульку гораздо быстрее "положенного".

Не так! Зависит, да еще как - смотри Ы-формулу. Если давление в камере приближается к давлению на срезе, скорость изтечения приближается к нулю. А если ты имеешь ввиду бесконечно большое давление, не считают для него, а для стандартных давлении - вот они:


Дык, под стандартным уд. импульсом и понимается импульс с каким-то стандартным выбором давлений. Если давление в камере больше, то импульс больше, вы про это спорите, или я не врубился?

CARRIBEAN:

Только не понимаю а одного - что это за показатель политропы.
А то для меня формула в неявном виде получается .

Это характеристика газа, принимает значения от 5/3 и вниз, до единицы в пределе, обычно 1.3 - 1.4. По определению это отношение теплоемкости газа при постоянном давлении к теплоемкости его же при постоянной температуре. По смыслу она отражает тот факт, что одноатомная молекула при данной температуре имеет фактически меньшую энергию, чем многоатомная, поскольку одноатомные молекулы только движутся, а многоатомные также и вращаются, а при высокой температуре их атомы еще и колеблются. (По идее, температура - мера средней энергии молекул, поэтому, если б не этот эффект, молярная теплоемкость всех газов была бы одинаковой).

Как ни странно, но теоретического предела, у
пушки, нет. Всегда найдется немного более
шустрых молекул, которые выскочат вперед при
холостом выстреле. Поэтому ОЧЕНЬ БОЛЬШОЙ
заряд может вытолкнуть очень маленькую
пульку гораздо быстрее "положенного".


Костя, ты все же смайлик поставил бы
Конечно - такие "флуктуации" с точки
зрения физики (особенно квантовой)
возможны, но речь-то шла о технической
возможности (т.е. хотя бы управляемо повторяемой) разгонять снаряд
до любой скорости.

Как ни странно, но теоретического предела, у
пушки, нет. Всегда найдется немного более
шустрых молекул, которые выскочат вперед при
холостом выстреле. Поэтому ОЧЕНЬ БОЛЬШОЙ
заряд может вытолкнуть очень маленькую
пульку гораздо быстрее "положенного".

Костя, ты все же смайлик поставил бы
Конечно - такие "флуктуации" с точки
зрения физики (особенно квантовой)
возможны, но речь-то шла о технической
возможности (т.е. хотя бы управляемо повторяемой) разгонять снаряд
до любой скорости.