Новое топливо для космоса

Теги:космос
 
1 2 3 4 5 6 7
+
-
edit
 

valture

опытный

valture>> 50Вт\кг - т.е. для наземного старта не подойдет ....[»]
Full-scale>чтото тут не то, по крайней мере размерность.[»]

это соотношение масса\энергия самого топливного элемента ,а не топливной смеси, нетрудно посчитать что например установка на 1ГВт (примерная мощность ракеты на старте) будет весить примерно 20 000 тонн....
 
RU Андрей Суворов #15.10.2004 16:30
+
-
edit
 

Андрей Суворов

координатор

ввантох>энергию получаем пусть даже от того же кислорода-водорода, но в топливных элементах, и за счёт неё разгоняем молекулы рабочего тела (воды?) до высокой скорости.
вантох>Не получится - воду после топливных элементов все равно сбрасывать, а она после них не очень горячая :),греть придется электричеством, впрямую в ЖРД температура(она же скорость молекул воды) гораздо выше и без потерь энергии в топливном элементе.

Дык ясен пень, что электричеством! Проблема лишь в том сколько процентов химической энергии можно преобразовать в электрическую!

Традиционный ЖРД - типичная тепловая машина, у которой КПД ограничен сверху соотношением температур нагревателя и холодильника. Поскольку температуру нагревателя мы повысить за счёт этого не можем (воды столько же), нужно подумать, можно ли сыграть на температуре холодильника!

Т.е. если бы у нас вылетающая струя имела комнатную температуру (а в космосе можно и меньше), то к.п.д. такого двигателя был бы не половина (2300 К/1100 К, что типично для водородников), а процентов 75 (2300/293), и это с учётом потерь на топливных элементах! Правда, СПД на воде не работают пока...
 
RU вантох #15.10.2004 16:47
+
-
edit
 

вантох

опытный

Андрей Суворов
вылетающая струя имела комнатную температуру
Температура- функция скорости молекул, струя из ЖРД имеет несравнимо более все.
Температуры струй из ЭРД наоборот гораздо выше ЖРДовских.
Проблема лишь в том сколько процентов химической энергии можно преобразовать в электрическую![COLOR=blue]Не только. Электричество еще в тягу преобразовывать.
Тут принципиально соотношение КПД ЖРД и системы топливного эл-та плюс ЭРД, подозреваю что у последней сильно ниже. И по-новой разгонять относительно холодную воду из ТЭ - дикие потери(не выкидать же вбок дефицитное рабочее тело).
Интересно, а если сделать космическое сопло с выбросом рабочего тела по касательной к стенке(типа плоской тарелки), чтобы работала как лопатка турбины?
Это просто в нынешних условиях такие методы не применяются, но вообще они есть.  
RU Андрей Суворов #15.10.2004 22:22
+
-
edit
 

Андрей Суворов

координатор

вантох>Андрей Суворов
вантох> вылетающая струя имела комнатную температуру
вантох>Температура- функция скорости молекул, струя из ЖРД имеет несравнимо более все.

Это заблуждение. Температура - функция стохастической скорости молекул. А упорядоченное поступательное движение к температуре отношения не имеет. Рассмотрим температуру водяной капли. В ней молекулы движутся, и это движение не изменится, если мы каплю разгоним до второй космической скорости. Но, если эта капля стукнется обо что-нибудь, то её энергия превратится в тепловую и капля испарится. С газом то же самое. В камере температура газа высока, но молекулы движутся стохастически, в сопле их движение упорядочивается, но кинетическая энергия не меняется. Тем не менее, температура понижается, т.к. неупорядоченное движение уменьшается, заменяясь упорядоченным.
К сожалению, степень упорядочивания недостаточно высока. Было бы идеально, если бы струю удалось охладить до криотемператур, но при этом сохранить энергию молекул.

вантох>Температуры струй из ЭРД наоборот гораздо выше ЖРДовских.

Это паразитный эффект, связанный с необходимостью ионизации рабочего тела. Он компенсируется тем, что скорость упорядоченного движения в ЭРД много больше тепловых скоростей ионов.
 

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★
вантох
Температуры струй из ЭРД наоборот гораздо выше ЖРДовских.
 


Эт-то еще почему?
 
RU вантох #15.10.2004 23:05
+
-
edit
 

вантох

опытный

Андрей Суворов
Температура -мера средней кинетической энергии молекул, на самом деле если молекула движется, то она всегда имеет температуру, вопрос в том с какого боку ее мерять(для массы молекул все равно где) ;)

в сопле их движение упорядочивается, но кинетическая энергия не меняется. Тем не менее, температура понижается, т.к. неупорядоченное движение уменьшается, заменяясь упорядоченным.
Температура понижается для термометра, измеряющего радиацию сбоку от струи, но чрезвычайно растет если сунуть его прямо в пламя :D . В среднем будет та же, что и в камере (минус потери через стенки сопла). Реальный путь используемый сейчас - увеличивать сопло(степень расширения) и уменьшать плотность на выходе, чтобы в идеале молекулы рабочего тела поштучно в его стенку тюкались, без радиационных потерь при столкновении друг с другом.

Интересно, а надувное/складное космическое сопло ОГРОМНЫХ размеров можно сделать?

А в плане неизвестно пока каких перспектив можно вспомнить атомный лазер на Бозе-конденсате, вроде атомы рубидия в нерасходящийся пучок свести удалось.
Это просто в нынешних условиях такие методы не применяются, но вообще они есть.  
RU вантох #15.10.2004 23:13
+
-
edit
 

вантох

опытный

Fakir

Эт-то еще почему?
Какая скорость истечения - такая и температура :) . Другое дело, что плотность пучка и соответственно его энергия у ЖРД выше (масса рабочего тела больше, но его скорость меньше, у ЭРД наоборот, кроме разве что электротермического, там разница невелика).
Это просто в нынешних условиях такие методы не применяются, но вообще они есть.  

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★
Андрей Суворов
Это паразитный эффект, связанный с необходимостью ионизации рабочего тела.
 


И то это далеко не у всех движков. Сама по себе высокая степень ионизации совсем еще не означает высокой температуры, равновесная ионизация нагревом, "по формуле Саха" - самый дубовый вариант. А есть еще, например, контактная ионизация.
 

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★
вантох
Какая скорость истечения - такая и температура
 


Абсолютно неверно. Для ЭРД температура и скорость истечения - совершенно не связанные понятия. Для наглядности гиперболизируем ситуацию: представьте себе синхрофазотрон. Что в нём, у пучка протонов температура в сотни миллиардов градусов?
 
RU вантох #16.10.2004 00:00
+
-
edit
 

вантох

опытный

Fakir
Что в нём, у пучка протонов температура в сотни миллиардов градусов?Конечно :)
Это просто жаргон - когда говорят о массе газа- пользуются термином температура, об отдельных молекулах(разогнанных кстати безразлично где и чем)- "скорость". По сути одно и тоже и ничему не противоречит. Кстати и температура межзвездного газа тоже весьма велика.
Это просто в нынешних условиях такие методы не применяются, но вообще они есть.  

hcube

старожил
★☆
Угу. Очень высокая. 4К.

Формально, да, тепература струи ЖРД что в КС что на срезе сопла - одинакова. Но - на срезе бОльшая часть теплового движения переходит в движение линейное.

В принципе, если нам удастся сначала преобразовать энергию вдород-кислородной пары в электричество, а потом запихнуть эту энергию обратно в рабочее тело посредством VASIMR'а.... не, возни много. Проще ядерный реактор поставить.
Убей в себе зомби!  
RU вантох #16.10.2004 00:29
+
-
edit
 

вантох

опытный

Угу. Очень высокая. 4К.

4К-температура среды, а газа :
"из межзвездной среды в Солнечную систему движется поток атомов водорода Н со скоростью примерно 20 км/с и температурой порядка 10 000 K"

Все о геологии - неофициальный сервер геологического факультета МГУ

Учебные и научные материалы по геологии - курсы лекций, учебники, курсовые, статьи. Анонсы конференций. Рубрикатор по разделам геологии. Ссылки по тематике. Геологические новости.

// phys.web.ru
 


Это просто в нынешних условиях такие методы не применяются, но вообще они есть.  

RSR13

втянувшийся
RSR13>> Интересно было бы посчитать УИ такого топлива :)
Serge77>Вот с этого бы надо и начинать, тем более после Ракетомодельного, где все давно умеют считать ;^))
Serge77>Вот программа:
Serge77>http://airbase.ru/users/serge77/propep/propep.htm[»]

Программа это хорошо :) За ссылку спасибо ! Но иногда и в ручную посчитать полезно .
Так например , реакция 2NOF + 3Mg=MgF2+2MgO+N2 дает УИ 382 сек. при к=1.4 Это уже близко к кислород+водород.
Вредных продуктов нету , а NOF сжижается при -56 град , под давлением и того меньше , к тому же устойчив.
Когда считаешь вручную , лучше чуствуется вклад отдельных компонентов в топливный состав :)

Масса магния в такой системе , превышает массу окислителя :) В начале форума говорилось , о дополнительных источниках механической энергии , которые переходят в тепловую.

Значит если мы раскрутим магний в виде маховика из высокопрочных волокон до 600 м/с (гореть он может с внешней поверхности), то теоретическая прибавка к УИ составила бы 30 сек , а реальная 21.4сек. И уже импульс 403 сек. приблизился бы к реакции водорода с фтором ( 412 сек)

ГЛАВНЫЙ ВОПРОС ! А зачем ракете высокий УИ ? Общий полетный КПД ракеты ниже , чем у паровоза , потому , что все рабочее тело с собой таскается.
Вокруг же атмосфера есть , ее тоже надо использовать.
Вот например схема . Горит энергичное топливо металл+окислитель с энергоемкостью 13 -16 Мдж/кг Продукты реакции - хорошо ионизированны !
Значит КПД МГД генератора , расположенного в критическом сечении сопла составит процентов 60. Пусть теперь имеется небольшой охлаждаемый воздухозаборник с частичным торможением воздуха на входе и с полным смешением струй воздуха и газа от РД. Пусть масса входящего воздуха в 3-4 раза превышает массу газа от РД.
Теперь мы можем использовать энергию магнитного поля полученного в МГД , непосредственно для ускорения ионизированной смеси воздуха и газа.
Импульс воздуха на входе будет меньше импульса воздуха+газ на выходе !


 
Это сообщение редактировалось 17.10.2004 в 15:43

hcube

старожил
★☆
Маховик это не то ;-))

Идеально - это конструкт который очень мелкий и сам по себе находится в напряженном состояниию. Что-то типа того же озона. Я вон, предлагал - водород под давлением в нанокапсулах из углерода. Плотность большая, но при этом - не криогеника. Вообще не газ. И деже не жидкость. Очень мелкая пыль. По хорошему. добавив связующее, можно из этих нанокапсул сделать ГРД на кислороде с УИ лучших керосинок ;-).
Убей в себе зомби!  
+
-
edit
 

valture

опытный

нужно нестандартное решение - что-то типа заряженной сверхпроводящей пыли в вакууме защищенной от солнечного нагрева тонкопленочным экраном-отражателем ,если плотность частиц будет небольшая то отпадает проблема с МП которое при превышении предельной точки разрушает эффект сверхповодимости - обьем у такого ваккуумного аккомулятора будет очень большой (100 на 100 м) однако и удельная энергия очень высокая . Такой аккомулятор может примерно полгода заряжатся на орбите от солнечных батарей ,затем прилетает экипаж,летит скажем на Марс ,высаживается на планету а аккомулятор на орбите оставляют на подзарядку...
 

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★
вантох
Температура -мера средней кинетической энергии молекул, на самом деле если молекула движется, то она всегда имеет температуру, вопрос в том с какого боку ее мерять(для массы молекул все равно где)
 


Какая скорость истечения - такая и температура
 


Это просто жаргон - когда говорят о массе газа- пользуются термином температура, об отдельных молекулах(разогнанных кстати безразлично где и чем)- "скорость". По сути одно и тоже и ничему не противоречит.
 


Вообще-то термодинамическое определение температуры - производная энергии по энтропии. А энтропия от перехода от одной СК к другой ну никак не меняется, как, естественно, и температура (если не считать задач о релятивистской температуре).
 
+
-
edit
 

Serge77

модератор

RSR13>Программа это хорошо :) За ссылку спасибо ! Но иногда и в ручную посчитать полезно .

Интересно было бы сравнить результаты твоих ручных расчётов с программными. Можешь привести парочку примеров?
RU Dem_anywhere #18.10.2004 13:23  @valture#15.10.2004 12:40
+
-
edit
 

Dem_anywhere

аксакал

valture>>> 50Вт\кг - т.е. для наземного старта не подойдет ....[»]
Full-scale>>чтото тут не то, по крайней мере размерность.[»]
valture>это соотношение масса\энергия самого топливного элемента ,а не топливной смеси, нетрудно посчитать что например установка на 1ГВт (примерная мощность ракеты на старте) будет весить примерно 20 000 тонн....[»]

При мощности 50 Вт /кг*с получаем ускорение в 1g (т.е. с топливом вообще не взлетит :( )
Для Земли надо раза в четыре параметры поднять, чтобы вообще разговаривать было о чём...
А вот на Луне оно взлетит...
 
RU вантох #18.10.2004 21:30
+
-
edit
 

вантох

опытный

Fakir
А энтропия от перехода от одной СК к другой ну никак не меняетсяА энергия :) ?
Это просто в нынешних условиях такие методы не применяются, но вообще они есть.  

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★
Ясен пень, меняется, но на константу! => на производную это не влияет
 

RSR13

втянувшийся
Serge77>Интересно было бы сравнить результаты твоих ручных расчётов с программными. Можешь привести парочку примеров?[»]

Хорошо :) Вот простейший расчет УИ . Расчет по энергетике реакции . Он достаточно приблизительный , но для идеально подобранного двигателя , (если конечная температура газов меньше 2500 град )отражает действительность :)

Возмем реакцию 6NOF+6Al=2AlF3+2Al2O3+3N2
Найдем в справочнике энергию образования продуктов:
AlF3=1510кдж\моль
AL2O3=1657кдж/моль

С учетом коэффициентов суммарное энерговыделение составит 6334 кдж\моль(продуктов)
добавим к этому энергию разложения NOF=65 кдж\моль 65*6=390
итого 6334+390=6724 суммарный молекулярный вес продуктов с коэффициентами = 456 соответственно энерговыделение на 1 кг. продуктов реакции составит (1000/456)*6724=14745.6 кдж\кг.

если бы вся выделяемая энергия переходила в кинетическую энергию , то скорость истечения была бы V=корень(2Е)
корень из 29491200 дж равен 5430 м\с

Однако в реальном течении скорость потока зависит только от теплоемкости газов при постоянном давлении Cp .
Сp и Cv , связывает газовая постоянная к (она для каждого газа индивидуальная ) она показывает распределение энергии между Сp и Cv
Для азота , воздуха , водорода к=1.4 , для водяного пара к= 1.32
Для высокомолекулярных соединений она может быть меньше.
Считаем самый невыгодный случай по азоту к=1.4
значит вклад Сp в скорость истечения 5430/1.4=3878 м\с или 387 сек.
Считая , что течение адиабатное и конечная температура за срезом сопла ниже температуры возгонки ALF3 = 1750 (кажется ).

А вот расчет УИ для кислорода+водород

энергия образования H2O пар = 241.8 кдж/моль
для килограмма воды (1000/18)*241.8 = 13433 кдж
теоретическая скорость по энергии 5183 м\с
для пара к=1.32 , значит скорость адиабатная = 5183/1.32=3926 м\с или 392 сек. Почти как в справочнике по РД. :))

Конечно расчет по энергии , не отражает многих тонкостей реального двигателя ( например , в вышеуказанной реакции алюминий должен быть расплавлен , а давление в КС при температуре сгорания , должно быть очень большим , для полного использования теоретического теплозапаса и т.д.)

Температуру горения можно вычислить , зная Cp газообразных продуктов и включив в уравнение энергии температуру возгонки продуктов , это сложно , но тоже можно. А зная т-ру считаем скорость звука , оптимальное давление в КС и потребную степень расширения.

 
+
-
edit
 

Svoboda

втянувшийся
RSR13> Конечно расчет по энергии , не отражает многих тонкостей реального двигателя ( например , в вышеуказанной реакции алюминий должен быть расплавлен , а давление в КС при температуре сгорания , должно быть очень большим , для полного использования теоретического теплозапаса и т.д.)

А какое "должно быть" отношение давления в камере сгорания к давлению на срезе сопла?
I hope the Russians love their children too. ©Sting  
+
-
edit
 

Serge77

модератор

RSR13> Вот простейший расчет УИ.

Понятно. Значит ты не учитываешь диссоциацию продуктов реакции и влияние давления в камере сгорания. И самое главное - то, что реакция вообще может идти не так, как ты считаешь. И что максимальный удельный импульс обычно получается при нестехиометрическом соотношении реагентов, когда состав продуктов вообще труднопредсказуем.

Пользуйся программой! ;^))

Кстати, 3926 м\с - это не 392 сек, а 401.
+
-
edit
 

Ratnik

новичок
эта заметка с сайта: explosive.ru

"Кремний как ракетное топливо 21.08.2003
версия для печати


Специалисты из Мюнхенского технического университета рассматривают возможность использования пористого кремния в качестве высокоэнергетического твердого топлива для ракетных двигателей. Согласно проведенному исследованию, кремний может обеспечить большую взрывчатую мощность при реакции с кислородом, чем тринитротолуол.

http://www.nature.ruЭ
 

RSR13

втянувшийся
RSR13>> Вот простейший расчет УИ.
Serge77>Понятно. Значит ты не учитываешь диссоциацию продуктов реакции и влияние давления в камере сгорания. И самое главное - то, что реакция вообще может идти не так, как ты считаешь. И что максимальный удельный импульс обычно получается при нестехиометрическом соотношении реагентов, когда состав продуктов вообще труднопредсказуем.
Serge77>Пользуйся программой! ;^))
Serge77>Кстати, 3926 м\с - это не 392 сек, а 401.[»]

Логично , насчет , 9 секунд :) Я когда рассчитывал , разложение перекиси , как однокомпонентного топлива , смотрю секунд чуть меньше получается , чем в справочнике по топливу , а оказывается , я просто округлил :))
А с поправкой точно вышло :)
По водороду- кислороду , я значение К из графиков беру , поэтому ошибка небольшая возможна :) (расчет не точный , а оценочный , кстати уменьшение реального импульса естественно связано с неидеальностью сгорания и недобором давления в КС)


Учет диссоциации дело очень сложное , вряд ли даже программа точно считает :) Единственно можно сказать , что в течении без теплообмена , диссоциация - ассоциация процесс обратимый.
К тому же , например , испарение - конденсация , вызывает расширение в сопле с подогревом газа , а это термодинамически выгодный процесс , как и сжатие с промежуточным охлаждением.
Диссоциация молекул при образовании веществ из простых , учитывалась при измерении теплот образования , но это делалось при Н.У.
Естественно реакция в реале идет не так как в уравнении :) И в конечном итоге импульс будет другим , но вряд ли отклонение больше ± 15 сек.

По программе рассчета УИ . Ты внутрь неё залазил ? Смотрел по каким формулам она считает и какие факторы учитывает ? Интересно какой УИ она выдаст для топлива F2 + BeH2 ? Интересно для проверки качества счета .
А у меня она пока не запускается :(( Не знаю в чем дело.




 
1 2 3 4 5 6 7

в начало страницы | новое
 
Поиск
Настройки
Твиттер сайта
Статистика
Рейтинг@Mail.ru