Гиперзвуковые полеты

AGRESSOR> Читаю тут забавную статейку про МГД-эффект. И вот пишется, что суть его лежит в экстракции некоей входной энергии воздушного потока (?), каковая могла бы каким-то образом ускорить самолет до 7-10 М. Ионизируем входящий поток воздуха, сжимаем, разгоняем магнитным полем. При этом собственные двигатели - обычные турбореактивные - могли бы работать на режиме, соответствующем М=2,8.


Агги, в принципе оно работает. Но нужен мощный и легкий источник энергии. Скажем, термоядерный реактор с прямым преобразованием кинетики ионов в электричество. А на химии... вот что на химии можно сделать - то уже сделано - ТРДФ, ПВГРД, ГПВРД. Для остального нужен внешний источник энергии.

AGRESSOR> Читаю тут забавную статейку про МГД-эффект. И вот пишется, что суть его лежит в экстракции некоей входной энергии воздушного потока (?),
AGRESSOR> Это правда? В смысле, если у нас есть МиГ-31, то некий экстрактор энергии (МГД-эффект) позволит ему запросто летать вдесятеро быстрее звука?
Нет. Это не увеличение мощности двигателей, это (уже давно) предлагается хак, который позволил бы обойти ограничение ВРД двигателей на максимальную скорость.

Как работает обычный ТРД? Засасываем холодный воздух компрессором, впрыскиваем и сжигаем в нём топливо, горячие продукты сгорания расширяются и ускоряются через сопло, а заодно - крутят турбину, которая крутит компрессор. Ну, можно и без турбины с компрессором: ВРД будет, но всё равно - засасываем холодный, нагреваем горением смеси, нагретый расширяется и ускоряется.
Обязательным условием тут то, что воздух нужно более-менее затормозить и сжать. Если самолёт летит быстро, то при торможении воздуха он сильно нагреется (кинетическая энергия набегающего потока перейдёт в тепловую). А это значит, что нагревать горением придётся уже горячий воздух. КПД двигателя напрямую зависит от разности температур - чем более горячий воздух на входе, тем меньше разница и меньше КПД. Температура горения топлива ограничена примерно 3-3.5 тысячами градусов.

При 3.5-4М КПД ТРД падает ниже разумного.

Идея с МГД в том, что мы тормозим воздух не просто так, а МГД-генератором, который при этом даёт кучу энергии. Мы извлекаем энергию воздуха вместо того чтобы нагревать его. Заторможеный холодный воздух мы спокойно используем в ВРД, а вот после ВРД у нас стоит МГД-двигатель, который работает на энергии МГД-генератора на входе.
Энергии нигде не прибавляется (везде при этом только потери). Но ВРД получает возможность работать.
Вместо того чтобы энергия набегающего потока работала бы против нас (нагревая воздух и мешая ВРД), она работает на нас (доразгоняя воздух после ВРД).

Татарин> Вместо того чтобы энергия набегающего потока работала бы против нас (нагревая воздух и мешая ВРД), она работает на нас (доразгоняя воздух после ВРД).

... что значительно проще обходится использованием реконфигурируемой системы, сочетающей ТРДФ, ПВРД как внешний контур ТРД, и ГПВРД как специальный профиль нижней поверхности корпуса самолета - см. ГЛА.

hcube> ... что значительно проще обходится использованием реконфигурируемой системы, сочетающей ТРДФ, ПВРД как внешний контур ТРД, и ГПВРД как специальный профиль нижней поверхности корпуса самолета - см. ГЛА.
В общем - да.
Но у ГПВРД тоже есть предел (ну, у него же есть какие-то пределы на размер камеры сгорания).
А МГД позволяет обманывать природу и тут.

Татарин> Но у ГПВРД тоже есть предел (ну, у него же есть какие-то пределы на размер камеры сгорания).

Cправедливости ради замечу, что этот предел чуток превышает 1 космическую скорость-на высотах >70км

Татарин> Энергии нигде не прибавляется (везде при этом только потери). Но ВРД получает возможность работать.

Уточнение: не просто "даёт возможность работать" - специальный ВРД может работать и без таких ухищрений - а работать "привычным способом", при ДОЗВУКОВОЙ скорости течения в камере сгорания (то есть как и в обычном ТРД до 3 М включительно). А не сверхзвуковой, как в "честном" ГПВРД.


Пара графиков области применимости и расчётных (и экспериментальных) параметров ГПВД - безо всякой МГД в данном случае:






Татарин> Вместо того чтобы энергия набегающего потока работала бы против нас (нагревая воздух и мешая ВРД), она работает на нас (доразгоняя воздух после ВРД).

Ну она вообще-то всегда в этом смысле немного работает на нас - доразгоняя воздух в обычном сопле. Главная бяка - в высокой температуре в КС.

Конструктор> Cправедливости ради замечу, что этот предел чуток превышает 1 космическую скорость-на высотах >70км

А эти дровишки откуда? И для какого горючего, и проч. параметров? (в частности, каков УИ при таких вводных, не опустится ли ниже ЖРД-шного - по графикам видим, что даже для водородников почти наверняка уже "проваливается" в области около 20-22 М, что чуть ниже 1-й космической, т.е. ВРД уже становится бессмысленным)

Кстати, немного офф. Помните программу ГЛА «Аякс» составной частью которой, кроме МГД, был еще и термохимический охладитель аэродинамических поверхностей?

Так вот оказывается, что ПРОПАН при 700-800⁰C разлагается, но в отличии от метана-керосина не на сажу. смолы и водород, а на "вкусные" метан, этан, этилен и пропилен

Так проектов с терморазложением много. Американский года полтора-два назад пробегал, где керосин на лету реформился при охлаждении воздушного тракта и камеры в смесь водорода с чем-то еще, и только потом подавался в КС (и в таком виде быстрее сгорал, что позволяет укоротить тракт при той же скорости потока, ну или наоборот - допускаем меньшее торможение в воздухозаборнике при тех же размерах КС).

Fakir> .....где керосин на лету реформился при охлаждении воздушного тракта и камеры в смесь водорода с чем-то еще, и только потом подавался в КС (и в таком виде быстрее сгорал, что позволяет укоротить тракт при той же скорости потока, ну или наоборот - допускаем меньшее торможение в воздухозаборнике при тех же размерах КС).

Есть интересное использование МГД-генератора на ГЛА. Основная проблема - то, что в гиперзвуковом потоке хорошо горит только водород, но он же занимает очень большой объем, и требует соответственно огромных криогенных баков и утяжеления всего планера ГЛА.
Так вот, если поставить на воздухозаборнике МГД-генератор относительно малой мощности, а ЭЭ с него подать на СВЧ-генератор, образующий в полости камеры сгорания плазмоид, то можно эффективно сжигать на гиперзвуке и керосин. Такие плазмотроны применяются в горелках ТЭС при сжигании угольной пыли.

AGRESSOR> Это правда? В смысле, если у нас есть МиГ-31, то некий экстрактор энергии (МГД-эффект) позволит ему запросто летать вдесятеро быстрее звука?

Хоть в принципе МГД-ГПВРД и возможен (хотя проработан пока слабо, заметно слабее "классических") - но ни в коем случае не следует полагать, будто можно чего-то навесить на движки МиГ-31, и он после этого залетает на 10 М. Такое - невозможно.

AGRESSOR> Понимаю, аэродинамика многое определяет с тягой,

Для гиперзвука не то что многое - а поболе половины, пожалуй. Там рассматривать движок отдельно от ЛА уже и не очень корректно.

Wyvern-2> Так вот, если поставить на воздухозаборнике МГД-генератор относительно малой мощности, а ЭЭ с него подать на СВЧ-генератор, образующий в полости камеры сгорания плазмоид, то можно эффективно сжигать на гиперзвуке и керосин.

Может и будет полезен для сжигания. Если не создаст каких-то газодинамических проблем.
Вообще касательно использования разных типов разряда в ВРД (не только ГПВРД) одно время несколько лет назад были весьма радужные надежды (что у них, что у наших), но уже года два тому они сменились по большей части разочарованием.

Только вот в воздухозаборнике от МГД толку немного. Поскольку температура и, соответственно, степень ионизации (=> проводимость) невелика. Это еще придётся поизвращаться, чтобы ток снять...

Wyvern-2>> Так вот, если поставить на воздухозаборнике МГД-генератор относительно малой мощности, а ЭЭ с него подать на СВЧ-генератор, образующий в полости камеры сгорания плазмоид, то можно эффективно сжигать на гиперзвуке и керосин.
Fakir> Может и будет полезен для сжигания. Если не создаст каких-то газодинамических проблем.
Полезен будет 100% 404 - Not Found
Дуговые плазматроны применяются на ТЭС уже сто лет в обед. СВЧ - относительно новое слово

ПЛАЗМАТРОН НА СТРАЖЕ ЭКОЛОГИИ

Отдельной темой прозвучали доклады о системах плазменного розжига и плазменной подсветки факела, которые в будущем могут позволить отказаться от использования мазута на станциях, сжигающих любые виды угля, - от бурого до антрацита. ....
Новосибирская инжиниринговая компания ЗАО «СибКОТЭС» также представила плазматроны принципиально новой конструкции - на базе СВЧ-разряда, которые пока находятся на стадии разработки. По сравнению с электродуговыми плазматронами СВЧ-плазматрон имеет ряд таких преимуществ, как большее дробление частиц угля, более интенсивная газификации угля, устойчивое горение угольной пыли и полное выгорание топлива. Плазма локализована в пространстве в виде парящего СВЧ-разряда. В данной конструкции исключается смещение точки горения. Простота и надежность оборудования достигаются за счет отсутствия электродов, дорогого циркулятора, волноводов и элементов подстройки.

 

Fakir> Только вот в воздухозаборнике от МГД толку немного.

А для интенсификации сжигания очень мало и надо - доли % от общей тепловой мощности. И плазмоид, состоящий ровно из того же газа, что весь остальной поток никак не повлияет ни на что газодинамическое

Wyvern-2> Полезен будет 100% 404 - Not Found
Wyvern-2> Дуговые плазматроны применяются на ТЭС уже сто лет в обед.

Ну и причём тут ТЭЦ и угольная пыль? Совершенно другие параметры потока.
Как получится в ВРД - априори неизвестно.

Wyvern-2> И плазмоид, состоящий ровно из того же газа, что весь остальной поток никак не повлияет ни на что газодинамическое

Ыгы-ыгы.
А плазмоид перед самолётом ну совсем никак не повлияет на сопротивление и расход топлива. Казалось бы...

Это оно на первый взгляд так. А в жизни как угодно может оказаться.

Fakir> Может и будет полезен для сжигания. Если не создаст каких-то газодинамических проблем.
Гарантировано будет. Реакции горения углеводородов - цепные, свободнорадикальные. Если "впрыснуть" радикалы-инициаторы, можно резко увеличить количество цепочек и интенсивность горения.

А газодинамических проблем там особо не должно быть, потому что ионизация должна идти непосредственно в камере сгорания, где и так все в кашу.

ИМХО, идея очень прикольная.

Wyvern-2>> И плазмоид, состоящий ровно из того же газа, что весь остальной поток никак не повлияет ни на что газодинамическое
Fakir> Ыгы-ыгы.
Fakir> А плазмоид перед самолётом ну совсем никак не повлияет на сопротивление и расход топлива. Казалось бы...

Интересно, интересно. И КАК ОН ВЛИЯЕТ?

Татарин> ИМХО, идея очень прикольная.
Спасибо. Ибо в реале идея™ то (СВЧ-плазмоид в тракте сгорания ГПВРД с получением энергии от МГД) (с) моя

Кстати, МГД на входном тракте может быть и весьма эффективен: на 10М и высоте 25км - как раз точка падения эффективности скрамджета на керосине, температура торможения 4500К Степень ионизации азота будет примерно 10-15%

Wyvern-2> Интересно, интересно. И КАК ОН ВЛИЯЕТ?

Можно ли летать на сверхзвуке без ударных волн? Похоже, что да!

Татарин> Гарантировано будет. Реакции горения углеводородов - цепные, свободнорадикальные. Если "впрыснуть" радикалы-инициаторы, можно резко увеличить количество цепочек и интенсивность горения.

Там столько стадий и такой бардак, и столько еще факторов может влиять (типа скорости или турбулентности) что оно вроде бы и должно так быть, но как окажется на деле - спрогнозировать не выходит толком.

Татарин> А газодинамических проблем там особо не должно быть, потому что ионизация должна идти непосредственно в камере сгорания, где и так все в кашу.

Тут выше предлагалось в воздухозаборнике играть с плазмоидами

Татарин> ИМХО, идея очень прикольная.

Я же говорю - таких идей с начала 2000-х была тележка. И надежды были - ого-го!!! И эксперименты ставили (вроде и с барьерным разрядом, и таким, и сяким, и что-то там в ударных трубах... чего токо не было). Но уже года два назад парни из плазмохимиков порядком разочаровались в этой теме - говорят, влияние разряда, как правило, оказывалось малым, и чуть ли не сводилось чисто к эффекту нагрева.
Я совру, если скажу, что понимаю, что там как и почему И не уверен, что и народ, который ковыряет эту тематику, разбирается до конца Но факты таковы.

Конструктор> Cправедливости ради замечу, что этот предел чуток превышает 1 космическую скорость-на высотах >70км
пардон, а там есть в чем гореть топливу?

Wyvern-2> Интересно, интересно. И КАК ОН ВЛИЯЕТ?

Хотя бы через уравнение состояния

EvgenyVB> пардон, а там есть в чем гореть топливу?

Есть, если площадь критики взу измерять метрами и при большой степени сжатия-с 25М до приемлемых значений получается необходимое количество кислорода