?

Log in

No account? Create an account
Previous Entry Share Next Entry
hornet
a_lamtyugov

К3ЛВМ, милые мелочи

Как известно, в ракетном двигателе лучше всего использовать рабочее тело с малой молекулярной массой. И разгонять это тело чем-нибудь хорошим таким.

В результате получается, к примеру, термоядерный ракетный двигатель с рабочим телом в лице водорода. Такое сочетание может дать удельный импульс тяги примерно в 50 км/с -- это самый минимум. (Ныне существующие движки дают импульс в единицы километров в секунду, а тут даже небольшое изменение сильно на все влияет).

Так вот, допустим, с Земли взлетает кораблик на такой тяге. Как это будет выглядеть?

Из сопла вылетает струя раскаленного водорода -- но в атмосфере он тут же должен вспыхивать, соединяясь с кислородом. Шлейф, как из огнемета, плюс облака пара, плюс инверсионный след на высоте?

Или как?

promo a_lamtyugov january 19, 2020 16:27 14
Buy for 100 tokens
Итак, игры, превью и рецензии на которые вы можете прочитать в этом блоге. Сразу говорю, что отдаю предпочтение низкобюджетным инди-проектам, многие из которых находятся в раннем доступе. В принципе, могу написать и про какой-нибудь ААА-тайтл, но это если очень уж сильно зацепило. Кроме того, я не…

  • 1
наверное, так. только, предполагаю, в выхлопе первой же ракеты сгорят нафиг все космодромные конструкции.

Ну кто ж с Земли будет взлетать на ядерном движке? Это же должен быть маршевый двигатель, а взлетно-посадочный - что-то более, гм, мягкое; но даже это неважно, потому что, вообще, как корабль, на котором установлено ядерное двигло, оказался на Земле? Во-первых, бандура, на которую такое ставят, должна собираться на орбите и там же порхать; во-вторых, "случайно упал, вот, взлетает" тоже не катит, потому что крупный корабль для орбитального и системного использования в такой ситуации сделает в поверхности Земли несколько больших воронок теми частями, которые не сгорят в атмосфере, и никогда никуда летать уже не будет.

Согласен. Еще надо учитывать что хоть у термоядерного двигателя хороший удельный импульс, с тягой может быть не все так хорошо. Может просто не хватить тяговооруженности с Земли стартовать...

Насколько я помню из материалов по ядерным движкам, с тягой там не все так плохо, по крайней мере в перспективе. Не фотонный отражатель, все-таки... Но какая разница, понятно же, что предназначение его (как и у фотонного отражателя) совершенно иное, и шуровать в атмосфере на ядерном движке ни один здравомыслящий человек не станет... Разве только этот человек - марсианин, с боевой задачей засрать поядреней земную атмосферу, а ничего лучше под рукой не оказалось.

Короче.

Рабочее тело -- водород.

Как это визуально будет?

Охрененный огненный шар, в котором испаряется все, включая сам корабль. Ergo, на водородном двигателе в кислородной атмосфере не летают тоже. По уму надо бы прикинуть объемы и энергию реакции, но ничего хорошего из этого не выйдет в любом случае.

Эй-эй, уважаемый, лошадей-то придерживаем, да... Термоядерный-то двигатель выбрасывает не просто горячий газ, а плазму. Я в плазмохимии не силён, но что-то мне подсказывает, что первым делом там будет не горение идти, а ионная рекомбинация, то есть первые n метров факела будут чем-то вроде одного здоровенного коронного разряда. И только потом (если газ к тому времени ещё не остынет) уже начнутся реакции окисления. И огненного шара там тоже не будет: просто потому, что скорость протонов в факеле будет измеряться в километрах в секунду -- какой, нахер, огненный шар, если жалких сотен км/ч водушного потока от турбины хватает, чтобы сорвать факел с газовой скважины? Реакция окисления довольно медленная, на самом деле.
То есть визуально это будет (учитывая, что пепелац уже взлетел, спалив вокруг себя половину космодрома) скорее всего выглядеть следующим образом: корабль, за которым тянется длинный, порядка нескольких сот метров, огонь святого Эльма, плавно переходящий в короткий хвостик голубого газового пламени, который уже затем превращается в могучий инверсионный след.

Ну да, "пагарачилса", наверно.

Вполне возможно. Однако все это уже на рабочем режиме, т. е. аппарат ушел от земли, и чешет со скоростью ннннндцать метров в секунду. Что произойдет в момент старта? (Вообще, если поразмыслить, то ваш сценарий еще и повеселее получается в нулевой точке.) Кроме того, "короткий хвостик" будет зависеть от массы аппарата и вообще, от неизвестного лично мне x, которое есть объем водорода, испускаемого этим безобразием в единицу времени (это, понятно, зависит как от ТТХ водородных движков, как вообще, так и данного конкретного).

Откуда, собственно вообще этот огненный шар нарисовался у меня - расход водорода, понятно, огромный. Энергии, понятно, огромные. Кислорода кругом хоть задом ешь, а не хватит - так новый подтянется, еще и торнадо такой скромный выйдет. На некотором критическом удалении получается что-то вроде перманентого взрыва, с выделением, опять же, интересных энергий.

> То есть визуально это будет (учитывая, что пепелац уже взлетел, спалив вокруг себя половину космодрома) скорее всего выглядеть следующим образом: корабль, за которым тянется длинный, порядка нескольких сот метров, огонь святого Эльма, плавно переходящий в короткий хвостик голубого газового пламени, который уже затем превращается в могучий инверсионный след.

Знакомая картина. То есть, в сущности, от химической природы рабочего тела вообще мало что зависит. Ну, может быть.

Вполне возможно. Однако все это уже на рабочем режиме, т. е. аппарат ушел от земли, и чешет со скоростью ннннндцать метров в секунду. Что произойдет в момент старта? (Вообще, если поразмыслить, то ваш сценарий еще и повеселее получается в нулевой точке.)
А там действительно будет весело. В системы с ударной плитой я не верю, уж слишком высокий износ там вырисовывается, да и вообще -- сколько тонн она должна весить, чтобы не прогореть моментально? Так что только ЭМ-зеркало получается. Отсюда следует, что самому кораблю ничего, в общем, не будет, всё просто будет сдувать в стороны, но вот двигатель (если у нас идёт речь об агрегате с тягой уже порядка сотни тонн, способном оторвать от Земли хотя бы истребитель) аккуратно отработает как плазменный резак дикой мощности. Все конструкции старта аккуратным тонким слоем осядут в районе пары километров вокруг, а в центре будет красивая остеклованная дырка глубиной метров десять. Впрочем, масштаб разрушений будет зависеть главным образом от скорости зажигания, то есть от времени, за которое дигатель выйдет на рабочий режим и уведёт корабли от поверхности на достаточное расстояние.

Кроме того, "короткий хвостик" будет зависеть от массы аппарата и вообще, от неизвестного лично мне x, которое есть объем водорода, испускаемого этим безобразием в единицу времени (это, понятно, зависит как от ТТХ водородных движков, как вообще, так и данного конкретного).
А его, кстати, может и вообще не быть, этого хвостика. И при скорости истечения в сотни и тысячи км/с, которые только и дают возможность более-менее разумной эксплуатации ТЯРД, скорее всего и не будет. Потому что на тех дистанциях, где реакции окисления станут выгоднее реакции ионной рекомбинации, температура газа вероятнее всего будет уже ниже температуры вспышки.

Откуда, собственно вообще этот огненный шар нарисовался у меня - расход водорода, понятно, огромный. Энергии, понятно, огромные.
Опаньки! Опапулечки! Вспоминаем физику процесса! Расход водорода не может быть огромным! Иначе наш ТЯРД будет ничуть не лучше нынешних керогазов. Вся суть и смсл применения ТЯРД и состоит в достижении высокого удельного импульса, то есть, грубо говоря, отношения силы тяги к расходу топлива.
Современные ЖРД обеспечивают весьма солидную тягу -- в сотни тонн, но за счёт совершенно астрономического расхода топлива, что приводит к жалким сотням секунд УИ для лучших образцов и топлив. Всего лишь из-за того, что скорость истечения крайне мала, для самых популярных топливных смесей -- порядка двух-трёх км/с. ТЯРД, с другой стороны, теоретически может обеспечить скорости истечения в десятки тысяч км/с (кинетическая энергия частиц зависит от температуры, ЕМНИМС, экспоненциально), за счёт чего чисто массовые параметры двигателя становятся куда более разумными. Так что расход пропелланта у ТЯРД будет весьма умеренным, едва ли выше нескольких килограммов в секунду, иначе незачем и огород городить.

Кислорода кругом хоть задом ешь, а не хватит - так новый подтянется, еще и торнадо такой скромный выйдет. На некотором критическом удалении получается что-то вроде перманентого взрыва, с выделением, опять же, интересных энергий.
А может и не выйти -- см. выше.

> ТЯРД, с другой стороны, теоретически может обеспечить скорости истечения в десятки тысяч км/с (кинетическая энергия частиц зависит от температуры, ЕМНИМС, экспоненциально), за счёт чего чисто массовые параметры двигателя становятся куда более разумными. Так что расход пропелланта у ТЯРД будет весьма умеренным, едва ли выше нескольких килограммов в секунду, иначе незачем и огород городить.

Ну тогда понятно, вот здесь-то я и ошибся. При таких параметрах ничего стоящего за счет чисто химической реакции между водородом и атмосферным кислородом, конечно, не будет в любом случае. Но взлет на на таком движке все равно кажется мне нонсенсом. :-)

>То есть визуально это будет (учитывая, что пепелац уже взлетел, спалив вокруг себя половину космодрома) скорее всего выглядеть следующим образом: корабль, за которым тянется длинный, порядка нескольких сот метров, огонь святого Эльма, плавно переходящий в короткий хвостик голубого газового пламени, который уже затем превращается в могучий инверсионный след.

Забыли еще офигительную ударную волну в атмосфере от выхлопа :)

Вообще-то удельный импульс в технической системе единиц, насколько мне помнится, измеряется не в километрах в секунду, а просто в секундах. Для термоядерных движков, если я правильно помню тот флейм на авиабазовском форуме, он может теоретически достигать от ста тысяч до миллиона секунд. Современные ионные и плазменные двигатели малой тяги уже дают порядка тысяч секунд (при УИ химических двигателей не выше 500 с), в перспективой довольно легко дойти до десятков тысяч. Но их тяга измеряется в лучшем случае килограммами, так что взлететь с Земли на них не получится.
И вот тут возникает противоречие: чтобы добиться высокого удельного импульса, плотность пропелланта должна быть мала, но это автоматически сильно снижает тягу -- просто за счёт закона сохранения импульса. Тут надо считать, но расход водорода на взлетё, ИМНСХО, будет слишком велик, чтобы добиться приемлемой топливной эффективности нужны ионы потяжелее. Хотя бы вода.

Там, видимо, будет комбинированная тяга

Забор атмосферного воздуха и впрыск в него водородной плазмы - значительно меньше стехиометрии. Т.е. аналог ТРД -ТТЯРД :-)

Т.е. тяга собственно ТЯРД может быть значительно меньше веса корабля - недостающее набираем за счет рабочего тела из атмосферы.

А на орбитальных участках онаой "чистой" тяги будет достаточно.

Re: Там, видимо, будет комбинированная тяга

То есть, фактически, имеем плазменный ВРД.
Каковой, например, применяется в макроссовских амфибийных истребителях, двигатели которых -- многорежимные турбопрямоточники с плазменным разогревом -- Overtec FF-2001 на VF-1 Vakyrie, например (на прототипах стояли обычные ТВРД, пермские Д-30Ф6Х на СВ-51 и GE EGF-127 на VF-0).
У меня, правда, существуют серьёзные сомнения, что всё это будет жить, то есть в одном двигателе всё это удастся совместить, но теоретически это, видимо, возможно. Но такое в любом случае будет работать только в атмосфере.

а зачем малая молекулярная масса? не совсем понятно. дл реактивного движения вроде не только скорость но и масса отбрасываемого вв-ва важна? или я ошибаюсь, и лучше таки глянуть в учебник?

Ошибаетесь. См. формулы в учебниках :)

окололамерский вопрос.

А то что у Лема в "Непобедимом" на бороводороде взлетали/садились совсем ненаучно (вернее на недопустимом для К3ЛВМ уровне)?

  • 1