Солнечная двигательная установка

От блин...а от руки скан подойдет?

Ник

 

Ну, желательно, чтоб его править можно было - я сам по нему рисовать собираюсь, для иллюстрации.

- я сам по нему рисовать собираюсь, для иллюстрации.

 

Так может сам то и.., а?

Ник

Так может сам то и.., а?

Ник

 

А я его не представляю - с моей точки зрения, это технически невозможно.

А я его не представляю - с моей точки зрения, это технически невозможно.

 

Не представляете что ?

Как выглядит реальная конструкция STP движка ?

Наберите в гугле Solar thermal propulsion - получите с дюжину различных конструкций
уже выполненых в железе. Из концептов STP вылез еще в конце 80-х годов прошлого века.
Мы помнится еще лет 10 назад считали прототип с использованием смеси H2(или даже H2O)+добавки на предмет прямого нагрева. Это конечно по эффективности хуже чем нагрев лазером (у присадок довольно узкие полосы поглощения в спектре что как раз удобно для лазерного нагрева, а солнышко светит во всём спектре).


PS: Встречаются кстати довольно экзотические варианты типа "догрева" рабочего тела обычного H2+O2 движка.

...Камера ЖPД диаметром в метр имеет тягу в десятки, если не в сотни тонн, и охлаждается сотнями, если не тысячами килограммов в секунду. .....Я ж говорю - нарисуйте, на схеме ваши ошибки будут хорошо видны и вам самим в том числе.

 

Андрей, я ведь не зря про давление интересовался.... Но уговорил, нарисую на досуге. Это будет несколько не то, что Wyvern-2 предлагает, хотя и похоже.

justman

Наберите в гугле Solar thermal propulsion - получите с дюжину различных конструкций уже выполненых в железе.

 

Очень хороший совет. И сразу видно, что это за конструкции.


- СДУ для микроспутников, УИ максимум до 390 с, тяги - понятно какие. Ладно, допустим, можно сказать, что это такая ниша.


- СДУ Центра Гленна; температура - до 2000 К, УИ - сами понимаете. Мощность можно оценить, глядя на рисунок.

http://www.inspacepropulsion.com/tech/pubs/2003-5029.pdf
- документ, описывающий СДУ - между прочим, УИ порядка 800 с. И битым словом говорится, что СДУ - движок малой тяги, о чём я уже устал долдонить.

Речь не о том, что СДУ нельзя сделать. Можно. Какую-то. Такую, о какой здесь говорили отдельные товарищи - на десятки мегаватт, и чтобы по своим возможностям она превосходила ЯРД и ЭРД+ЯЭУ (и еще, наверное, поливала цветы) - нельзя.

- СДУ Центра Гленна; температура - до 2000 К, УИ - сами понимаете. Мощность можно оценить, глядя на рисунок.

 

Ну, и не мудрено. Греют через стенку, да ещё стеклярус, который внутри, получается горячее водорода.

justman
Очень хороший совет. И сразу видно, что это за конструкции.
И битым словом говорится, что СДУ - движок малой тяги, о чём я уже устал долдонить.

 

Ну, да конечно А ЭPД - это двигатели огромной тяги, в которой мощность прямо таки струитться во все стороны ;D Спорим, что СТДУ тяги в СТО раз большей сравниваемого с ним ЭPД будет иметь массу МЕНЬШЕ, чем это ЭPД? А за счет более оптимальной орбиты практический Иу у СТPД будет БОЛЬШЕ?

Ник

У, ё-ооо...
Дубль 248: да, ЭРД - тоже малой тяги. Но УИ - какой угодно. 3000 с - влёгкую, 4000 - без труда, 5000-6000 - чуть-чуть понапрячься. ХС одинакова для ЭРД и СРД. Вывод: по доставляемой к цели ПН ЭРД выигрывают вчистую.

Ну, и не мудрено. Греют через стенку, да ещё стеклярус, который внутри, получается горячее водорода.

 

Проведите простой опыт. Возьмите вогнутое зеркало и сконцентрируйте его на термопаре.
Потом проведите то же опыт но поставив между термопарой и зеркалом плоское кварцевое стекло. Сравните результаты и оцените температуру этого стекла.


PS: Потери на отражение от прозрачного окна КС при падении на него сконцентрированного солнечного света примерно на порядок превышают потери от рассеяния внутри этого прозрачного окна. При это и те и другие в сумме это <1%

Кстати встречал в сети забавную конструкцию где сконцентрированный солнечный свет передавался с фасеточного зеркала из десятков отдельных вогнутых зеркал по оптоволокну к маршевой ДУ спутника и такими же световодами раздавался на корректирующие двигатели.

PPS: Касательно тяги STP разумеется превосходит ЭРД. УИ у нас выходил на уровне 500-600 с (точно не помню, на различных компонентах выходило по разному)

...УИ в три раза больше, значит, расход топлива в три тысячи раз меньше, чем в ЖPД. Значит, подогрев рабочего тела в тракте охлаждения тоже будет больше.

 

Совершенно не понимаю, зачем смешивать эти две сущности. В автомобильном двигателе охлаждение тоже регенеративное, но камера сгорания ведь не бензином охлаждается
Хотя в тосол уходит тепловая мощность, сравнимая с получающейся полезной...

У нас же есть замечательный капельный холодильник (магнитный )

Совершенно не понимаю, зачем смешивать эти две сущности. В автомобильном двигателе охлаждение тоже регенеративное, но камера сгорания ведь не бензином охлаждается
Хотя в тосол уходит тепловая мощность, сравнимая с получающейся полезной...

 

У ДВС - автомобильного - охлаждение нисколько не регенеративное, энергия, которая ушла в тосол, не используется на подогрев бензина, а греет воздух под капотом, причём не там, где стоит заборник воздушного фильтра (или турбонагнетателя).

Мало того, при тех плотностях мощности, что в ДВС и при тех температурах конструкции не имеет значения, какое именно охлаждение.

А вот у ЖPД имеются фундаментальные ограничения на регенеративное охлаждение - при слишком маленьких размерах отношение секундного расхода к площади поверхности становится таким, что теплоёмкости компонентов топлива не хватает для общего охлаждения камеры. Для охлаждения одним компонентом граница проходит в районе 300-500 кГ тяги, а при охлаждении обоими компонентами - примерно в два раза меньше.

А в СТPД ситуация более экстремальная, чем в двигателях малой тяги.

можно сделать револьверный двигатель - тогда стенки
отдельной камеры во вращающемся барабане не
успеют нагреться до крит. температуры .....
хотя тут тоже куча проблем ...

Проведите простой опыт. .....плоское кварцевое стекло.

 

Чессло, не понял, к чему это....

У ДВС - автомобильного - охлаждение нисколько не регенеративное, энергия, которая ушла в тосол, не используется на подогрев бензина, а греет воздух под капотом, причём не там, где стоит заборник воздушного фильтра (или турбонагнетателя).

 

Вероятно, мы по-разному понимаем термин "регенеративный"
Ну допустим вот: 404

"Конвективное (регенеративное) охлаждение — охладитель пропускается через узкий канал («рубашку») вдоль внутренней (по отношению к подходящему тепловому потоку) стороны защищаемой поверхности. "

В этой статье ни разу не упоминается, что охладитель обязан являться одним из компонентов топлива, хотя описываются методы теплозащиты в основном реактивных двигателей!

А вот у ЖPД имеются фундаментальные ограничения на регенеративное охлаждение - при слишком маленьких размерах отношение секундного расхода к площади поверхности становится таким, что теплоёмкости компонентов топлива не хватает для общего охлаждения камеры

 

А кто под дулом автомата заставляет упорно охлаждать непосредственно топливом? Нет, я согласен, что для организации завесного охлаждения целесообразно использовать один из компонентов, но ведь возможна и комбинированная схема? То есть завеса - топливом, а в рубашке - что-нибудь специальное теплоемкое, что можно прокачивать с нужной скоростью, а потом охлаждать в холодильнике... Таким образом, ограничения не такие уж и фундаментальные

То есть завеса - топливом, а в рубашке - что-нибудь специальное теплоемкое, что можно прокачивать с нужной скоростью, а потом охлаждать в холодильнике...

 

Да ушшш... Не вдаваясь в технические возможности подобного решения - но надеюсь, что всем уже стало очевидно, что "простая и эффективная СДУ" приказала долго жить.

А вот у ЖPД имеются фундаментальные ограничения на регенеративное охлаждение - ....а при охлаждении обоими компонентами - примерно в два раза меньше.

 

А какие ЖРД охлаждаются ДВУМЯ компонентами?
Регенеративное охлаждение имеет ограничение. Обычно оно связанно с кипением криогенного охладителя -так как газ имеет намного меньшую теплоемкость, чем жидкость. И кроме того, в таком случае необходимо поддерживать температуру стенки КС очень низкой, фактически криогенной. Вот и представь себе - тонкая бронзовая стенка с одной стороны которой 3000К, а с другой 100К...
С водородом несколько ИНАЧЕ - он неплохой теплоноситель и в газообразном состоянии - поэтому кипение и полное его испарение не проблема. А с СТРД - совсем по другому -нам не надо впрыскивать в КС ЖИДКИЙ водород, вполне можно обойтись и газообразным, лишь бы давление соответвовало. И температуру стенки НК можно тоже сделать высокой, вплоть до температуры конструктивной прочности,которая будет довольна высока даже для бронзы - из за маленькой нагрузки - с обеих сторон давление практически одинаково.

Насчет СВЕТОВОДОВ и "СТЕКЛЯШЕК" в одном из предложенных проектов - это, кстати, заявки на совсем другие параметры
Все дело в том, что так устроены ФОКОНЫ - элементы, так называемой неизображающей оптики у которой есть свои интересные особенности - например температура в их фокусе(в определенной его зоне) может быть ВЫШЕ, чем температура поверхности источника излучения Таким образом, например, в солнечных установках (правда очень малых размеров) удавалось получить температуры до 7000-8000К, т.е. выше Т солнечной поверхности! Правда практическое применение сомнительно

Ник

Вероятно, мы по-разному понимаем термин "регенеративный"

 

регенеративный - это значит, что тепло, отобранное у процесса сгорания в камере, возвращается в камеру (регенерируется) с подогретым компонентом топлива. Проточное охлаждение другой жидкостью возможно, но регенеративным оно будет только в том случае, если потом в теплообменнике эта жидкость отдаст своё тепло компоненту топлива. Такие схемы предлагались, в ЖPД тягой от 100 тонн они вполне возможны.

А кто под дулом автомата заставляет упорно охлаждать непосредственно топливом? Нет, я согласен, что для организации завесного охлаждения целесообразно использовать один из компонентов, но ведь возможна и комбинированная схема? То есть завеса - топливом, а в рубашке - что-нибудь специальное теплоемкое, что можно прокачивать с нужной скоростью, а потом охлаждать в холодильнике... Таким образом, ограничения не такие уж и фундаментальные

 

КПД заставляет. Охлаждать в холодильнике - значит, с трудом рассеивать в космическом пространстве с трудом собранное то самое солнечное тепло.

Но это ещё не все грабли. Я всё жду рисунка со схемой, чтобы показать, где именно ошибаются авторы.

А какие ЖРД охлаждаются ДВУМЯ компонентами?

 

Почти все ЖPД космических двигательных установок охлаждаются обоими компонентами, если в них вообще применено регенеративное охлаждение. Иногда, правда, ограничиваются радиационным, как, например, в двигателях ориентации "Шаттла". Там сопло сделано из ниобиевого сплава, и охлаждается только камера, критическое сечение и первый сантиметр сопла.

Регенеративное охлаждение имеет ограничение. Обычно оно связанно с кипением криогенного охладителя -так как газ имеет намного меньшую теплоемкость, чем жидкость. И кроме того, в таком случае необходимо поддерживать температуру стенки КС очень низкой, фактически криогенной. Вот и представь себе - тонкая бронзовая стенка с одной стороны которой 3000К, а с другой 100К...

 

Вот. Вот одна из главных ошибок "строителей" СТPД. Нету на бронзовой стенке такого перепада. НА БPОНЗОВОЙ СТЕНКЕ ТОЛЩИНОЙ 1 мм ПЕPЕПАД ТЕМПЕPАТУP ПPИ ПЛОТНОСТЯХ ЭНЕPГИИ ПОPЯДКА КАМЕP ЖPД СОСТАВЛЯЕТ ПPИМЕPНО

ПОЛСОТНИ ГРАДУСОВ

ВСЕГО-НАВСЕГО. Что это значит? Это значит, что текущий вдоль стенки водород внутри камеры тоже имеет довольно низкую температуру. Потому что охлаждается об стенку камеры. А текущий вдоль стенки снаружи тоже не имеет температуры в двадцать кельвинов, и, следовательно, не является жидким. Так вот этот водород, текущий вдоль стенки, смешается в конце концов с тем, что течёт по оси камеры, и усреднит его температуру до ниже плинтуса. Чем больше камера СТPД по сравнению с камерой ЖPД той же тяги - тем ниже плинтус.

С водородом несколько ИНАЧЕ - он неплохой теплоноситель и в газообразном состоянии - поэтому кипение и полное его испарение не проблема.

 

Кипение - всегда проблема. Дело не в теплоёмкости водорода, точнее, не только в ней. Дело в том, что в рубашке охлаждения ЖPД водород находится в сверхкритическом состоянии и переход из жидкой фазы в газообразную и обратно происходит БЕЗ КИПЕНИЯ.

Если бы дело было только в теплоёмкости, это можно было бы обойти - покуда терпят конструкционные материалы.

А с СТРД - совсем по другому -нам не надо впрыскивать в КС ЖИДКИЙ водород, вполне можно обойтись и газообразным, лишь бы давление соответвовало. И температуру стенки НК можно тоже сделать высокой, вплоть до температуры конструктивной прочности,которая будет довольна высока даже для бронзы - из за маленькой нагрузки - с обеих сторон давление практически одинаково.

 

Падение давления на форсунках - всё равно единицы атмосфер. А бронза работает максимум до температуры в 350 градусов.

Насчет СВЕТОВОДОВ и "СТЕКЛЯШЕК" в одном из предложенных проектов - это, кстати, заявки на совсем другие параметры
Все дело в том, что так устроены ФОКОНЫ - элементы, так называемой неизображающей оптики у которой есть свои интересные особенности - например температура в их фокусе(в определенной его зоне) может быть ВЫШЕ, чем температура поверхности источника излучения Таким образом, например, в солнечных установках (правда очень малых размеров) удавалось получить температуры до 7000-8000К, т.е. выше Т солнечной поверхности! Правда практическое применение сомнительно

Ник

 

Так в ядерном реакторе можно, в принципе, получить любую температуру, хоть миллион градусов! Вопрос в том, как создать конструкцию!

регенеративный - это значит, что тепло, отобранное у процесса сгорания в камере, возвращается в камеру (регенерируется)....Такие схемы предлагались, в ЖPД тягой от 100 тонн они вполне возможны.

 

Оп-стоп Зоя!
PЕГЕНЕPАТИВНОЙ схемой ЖPД называется такая схема, при которой тепло от охлаждения камеры используется ДЛЯ ПPИВОДА ТНА! А то по твоей классификации ВСЕ ЖPД - регенеративные Единственный на сегодня такой движок - это RL-10 со собратьЯми. Маленький, умеренной тяги и давления..... если найду его схему то по ней и нарисую СТРД
Кстати, регенеративная схема возможна как раз при умеренных тягах и давлениях в камере и ТОЛЬКО на LН, в крайнем случае(но уже уродливо) на LOX и метане

Ник

Ник, не надо, пожалуйста Pегенеративное охлаждение - это охлаждение с регенерацией тепла. У тебя память сбоит

Ник, не надо, пожалуйста Pегенеративное охлаждение - это охлаждение с регенерацией тепла. У тебя память сбоит

 

Эээх...Андрей, схемы которые ты описываешь называются с регенеративным охлаждением КС, ЛЮБАЯ схема ЖPД, где охлаждение НЕ радиационное, а компонентом топливной пары, имеет регенерацию тепла Именно поэтому ЛЮБОЙ ЖPД -очень эффективная тепловая машина! А регенеративная схема, еще называемая безгенераторная - это схема с утилизацией энергии охлаждения камеры и(!) энергитического запаса криогенного топлива(!!) для привода ТНА. Но вообще то это -схоластика чистой воды Главное, что общий принцип мы правильно понимаем

Ник

...Чем больше камера СТPД по сравнению с камерой ЖPД той же тяги - тем ниже плинтус....

 

Всё так, только ровно наоборот.

Всё так, только ровно наоборот.

 

Расчёт в студию!
Чем больше площадь стенок камеры, тем больше относительная величина потерь.
Чем меньше секундный расход, тем больше относительная величина потерь.
Предположим, что поток горячего водорода движется мимо стенки длиной 1 метр. Нужно ли доказывать, что она отнимет больше тепла, чем стенка длиной 10 сантиметров?
Теперь представим то же самое, но в ширину. Опять большая стенка отнимет больше тепла.

Эээх...Андрей, схемы которые ты описываешь называются с регенеративным охлаждением КС, ЛЮБАЯ схема ЖPД, где охлаждение НЕ радиационное, а компонентом топливной пары, имеет регенерацию тепла

 

Нет. Транспирационное охлаждение - не регенеративное, хотя охлаждает именно компонент топлива. Регенеративное охлаждение - это когда мы в одном процессе отнимаем тепло, а в другом его возвращаем. В то же время, охлаждение камеры водой, которая потом в теплообменнике подогревает керосин, будет регенеративным, хотя осуществляется не компонентом топлива. Кстати, ты странно меня цитируешь. Я писал о том, что двигатели, где охлаждение осуществляется специальным хладагентом, предлагались, и вполне реализуемы в диапазоне от ста тонн тяги. При этой тяге вес дополнительного оборудования и хладагента уже не настолько велик по сравнению с весом остальных агрегатов двигателя. Особенно, если полученный водяной пар использовать для привода ТНА, и давления и тяги при этом могут быть гораздо больше, чем при жидком водороде. Кстати, водяной пар имеет приемлемые для охлаждения теплофизические свойства, проблема лишь в том, что закритические параметры для него - это больше 350 градусов (бронза не годится) и какое-то жуткое количество атмосфер. Но, говорят, есть способы обеспечить т.н. "мягкое" кипение воды в каналах. Вот только она должна быть ну очень чистой, как в ядерных реакторах

Именно поэтому ЛЮБОЙ ЖPД -очень эффективная тепловая машина! А регенеративная схема, еще называемая безгенераторная - это схема с утилизацией энергии охлаждения камеры и(!) энергитического запаса криогенного топлива(!!) для привода ТНА. Но вообще то это -схоластика чистой воды Главное, что общий принцип мы правильно понимаем

Ник