От NV
К All
Дата 01.04.2001 22:37:09
Рубрики Прочее;

Весовая эффективность - очень важное понятие


>>можно особого внимания не обращать. Тут дело просто В ЭНЕРГЕТИКЕ. В ЗАПАСЕ ЭНЕРГИИ.
>
>Ну рассуждая теоретически, это та же самая химическая потенциальная энергия, что и при обычном горении. И процесс ХИМ. ЭНЕРГИЯ => ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ => КИНЕТИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ РАБОЧЕГО ТЕЛА, насколько я понимаю, имеет бОльший КПД, чем традиционный ХИМ. ЭНЕРГИЯ => ТЕПЛОВАЯ ЭНЕРГИЯ СЖАТОГО И ГОРЯЧЕГО ГАЗА => КИНЕТИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ РАБОЧЕГО ТЕЛА (ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ). Поправьте меня, если я ошибаюсь. Теоретическое препятствие, если оно есть, может быть связано не с энергией, а с МОЩНОСТЬЮ. Т.е. за бесконечное время мы даже и на нынешних ТЭ высвободим энергию больше, чем в тепловой машине, но нам нужно сразу ;).

в ракетной технике, тут вот какая картина получается: даже при куда более низком КПД ЯДЕРНАЯ энергетическая установка с электрореактивным двигателем будет существенно легче, чем если источником энергии будут топливные элементы. Вес горючего и окислителя будет больше во много раз, чем вес реактора, конденсатора, турбины, защиты и т.д. За счет того, что ядерное горючее будет легким. По топливным элементам: естественно, КПД установки с топливными элементами будет выше, чем просто у ЖРД. За счет существенно более высокой скорости истечения рабочего тела много выше удельный импульс. Но Вы правы, тут такая прослеживается закономерность, чем выше экономичность, тем ниже мощность (ну или тяга), и наоборот.

>>До начала 80-х прогресс был. С тех пор воз стоит практически на месте.
>
>Странно, но именно сейчас появляются коммерческие образцы автомобилей на ТЭ, к 2005 г. обещают, что они начнут вытеснять ДВС, т.е. будут эффективнее. Реклама рекламой, но какие-то основания для таких заявлений быть должны.

Да я не топливные элементы имел в виду, а прогресс в электрореактивных двигателях. Ах, если бы к ракете можно было приделать колеса и по космическим автострадам... на электромоторах... как по земле...

>> ЭРД большой тяги нет в природе.
>
>Так может быть дело здесь не в принципиальной невозможности, а в том, что до сих пор просто не было источника электроэнергии достаточно мощного, чтобы запитать ЭРД большой тяги. Появится возможность - ее реализуют, а про принципиальные ограничения я опять же не слыхал (может, Вы знаете?).

Пока что картина такова - большую тягу (относительно большую) дают только термические ЭРД, где подогрев рабочего тела осуществляется, например, электрической дугой. Но им с ЖРД не тягаться. А все остальные известные схемы - это, по сути, ускорители заряженных частиц, или за счет электрического, или за счет магнитного поля. Там вылезают свои проблемы (типа нейтрализации заряда - нельзя же безнаказанно выбрасывать поток положительных ионов - сам аппарат-то будет отрицательный заряд приобретать при этом. Ну это проблема решенная, впрочем.
Так что принципиальных проблем, может, и нет, но что-то не получается уже 30 лет как скоро...

>>Меньше всего прогресс в этом деле связан с зелеными.
>
>Ну это радует.

>>Да и ЯЭУ не обязательно должна быть тепловой машиной. Вот например самая первая в истори запатентованная система - атомная батарея. Или термоэмиссионная установка.
>
>Очень интересно. Не расскажете ли чуть-чуть подробнее? Что, ядерный распад непосредственно генерит электричество?

Да запросто :-) размещаете источник альфа-распада (а хоть и бета-распада, неважно, лишь бы частицы были заряженые) внутрь металлической оболочки на изолированной опоре - и готово, в процессе распада источник заряжается одним зарядом, а окружающая его оболочка - другим, соединим их проводами - в цепи течет ток. Мощность маленькая, но зато преобразование прямое :) Еще в 30-х годах запатентовано.

Виталий
От А.Б.
К NV (01.04.2001 22:37:09)
Дата 02.04.2001 17:28:38

Re: Дык, рабочее-то тело, всяко с собой возить надо.


А как оно выглядит - это вопрос второй, окислитель/горючее - это ж то же самое рабочее тело.
Так что выигрыш - в "унитарности" этого рабочего тела, да большей скорости истечения (если ресурс сопла позводит с температурой справиться).
Разве не так?
От NV
К NV (01.04.2001 22:37:09)
Дата 01.04.2001 22:39:30

Это про электрореактивные двигатели, прошу прощения(-)
От dys
К NV (01.04.2001 22:39:30)
Дата 01.04.2001 23:46:03

Re: Это про...

>Пока что картина такова - большую тягу (относительно большую) дают только термические ЭРД, где подогрев рабочего тела осуществляется, например, электрической дугой. Но им с ЖРД не тягаться. А все остальные известные схемы - это, по сути, ускорители заряженных частиц, или за счет электрического, или за счет магнитного поля. Там вылезают свои проблемы (типа нейтрализации заряда - нельзя же безнаказанно выбрасывать поток положительных ионов - сам аппарат-то будет отрицательный заряд приобретать при этом. Ну это проблема решенная, впрочем.
>Так что принципиальных проблем, может, и нет, но что-то не получается уже 30 лет как скоро...

А может, просто этим вопросом плотно не занимались? За неимением мощных источников электроэнергии.
А что касается того, что у ЯРД весовая эффективность по определению выше, чем у ЛЮБОГО РД с химическим источником энергии, тут даже спорить не о чем. Вот только применять ЯРД для взлета с Земли затруднительно по очевидным причинам.

>>Очень интересно. Не расскажете ли чуть-чуть подробнее? Что, ядерный распад непосредственно генерит электричество?
>
>Да запросто :-) размещаете источник альфа-распада (а хоть и бета-распада, неважно, лишь бы частицы были заряженые) внутрь металлической оболочки на изолированной опоре - и готово, в процессе распада источник заряжается одним зарядом, а окружающая его оболочка - другим, соединим их проводами - в цепи течет ток. Мощность маленькая, но зато преобразование прямое :) Еще в 30-х годах запатентовано.

То есть решений, не имеющих принципиальных ограничений по мощности, в настоящее время нет?

>Виталий

Дмитрий
От NV
К dys (01.04.2001 23:46:03)
Дата 02.04.2001 01:47:52

Этими вопросами занимались довольно плотно.


>>Пока что картина такова - большую тягу (относительно большую) дают только термические ЭРД, где подогрев рабочего тела осуществляется, например, электрической дугой. Но им с ЖРД не тягаться. А все остальные известные схемы - это, по сути, ускорители заряженных частиц, или за счет электрического, или за счет магнитного поля. Там вылезают свои проблемы (типа нейтрализации заряда - нельзя же безнаказанно выбрасывать поток положительных ионов - сам аппарат-то будет отрицательный заряд приобретать при этом. Ну это проблема решенная, впрочем.
>>Так что принципиальных проблем, может, и нет, но что-то не получается уже 30 лет как скоро...
>
>А может, просто этим вопросом плотно не занимались? За неимением мощных источников электроэнергии.

источники мощнее с 60-х годов не стали. Это касается и топливных элементов. Просто из дико дорогих устройств, работающих на кислороде и водороде (как на Аполлонах), к нашему времени удалось сделать куда более дешевые устройства, работающие на спирте и атмосферном воздухе. Вот и стало их выгодно применять на транспорте и в бытовой технике (типа ноутбуков и электробритв).

>А что касается того, что у ЯРД весовая эффективность по определению выше, чем у ЛЮБОГО РД с химическим источником энергии, тут даже спорить не о чем. Вот только применять ЯРД для взлета с Земли затруднительно по очевидным причинам.

Если бы так просто... Да, можно (и собственно уже сделано и у нас, и у американцев) сделать твердотельный реактор с очевидно ограниченной температурой рабочей части (так, чтобы не расплавилась), имеющий тягу раз в 10 больше своего веса. Но ведь ему еще рабочее тело подавай. А через активную зону можно только водород продувать (чем он хорош - тем, что как его не облучай, радиоактивным не станет ! атом - один протон и один электрон), и такая система лишь чуть-чуть превосходит традиционный ЖРД, ну а с безопасностью ясно - потому пока ракеты с атомным двигателем и не летают, хоть и можно сделать, но страшно. Температурное ограничение возникающее из требования оставить активную зону твердой - ограничивает удельный импульс, положение спасает лишь низкая молекулярная масса водорода, куда ниже, чем у воды, являющейся продуктом сгорания водорода и кислорода в самом высокоэнергетическом ракетном топливе современности. Повысить радикально температуру рабочего тела можно, но надо применять жидкофазные или газофазные реакторы, а там вылезают проблемы контроля реакции и передачи энергии от активной зоны рабочему телу (надо это делать бесконтактно). Я завел разговор о двигателях большой тяги, собственно, для того, чтобы показать всю проблематичность использования атомной энергии в ракетостроении. В будущем там есть простор для конструкторов.

>>>Очень интересно. Не расскажете ли чуть-чуть подробнее? Что, ядерный распад непосредственно генерит электричество?
>>
>>Да запросто :-) размещаете источник альфа-распада (а хоть и бета-распада, неважно, лишь бы частицы были заряженые) внутрь металлической оболочки на изолированной опоре - и готово, в процессе распада источник заряжается одним зарядом, а окружающая его оболочка - другим, соединим их проводами - в цепи течет ток. Мощность маленькая, но зато преобразование прямое :) Еще в 30-х годах запатентовано.
>
>То есть решений, не имеющих принципиальных ограничений по мощности, в настоящее время нет?

Ограничений по мощности нет. Есть ограничения по УДЕЛЬНОЙ мощности. Для достижения требуемых мощностей надо монстров городить :)

Виталий
От Сергей Беккер
К NV (02.04.2001 01:47:52)
Дата 02.04.2001 10:50:34

Re: Этими вопросами...

Приветствую!
Или делать геометрию нагрева конфигурационно похожей на сопло Лаваля с истечением охладителя вовне. Что сильно вредно для окружающей среды. Предложение по контролю геометрии радиоактивного распада за счет использования источников нейтронов, катализирующих процесс-это предложение может позволить применять ТЯД на устройствах малой мощности типа танка или автомобиля.
С уважением Сергей Беккер
От NV
К Сергей Беккер (02.04.2001 10:50:34)
Дата 02.04.2001 16:34:29

Так не получится


>Приветствую!
>Или делать геометрию нагрева конфигурационно похожей на сопло Лаваля с истечением охладителя вовне. Что сильно вредно для окружающей среды.

Для эффективной теплопередачи надо делать как можно большую площадь контакта, какое там сопло. Сопло потом будет, само по себе, а теплообменник - сам по себе, у них слишком разные назначения. Ну а активная зона - это либо стержневая (и чем стержней больше, тем лучше - поверхность больше) для твердофазного реактора, либо заставляем пробулькивать рабочее тело через жидкую фазу (ужас какой-то, вот уж действительно вредно для окружающей среды - обязательно пары топлива будут уноситься), или жидкая активная зона заключена в тугоплавкие трубки (по большому счету та же схема, что в твердофазном двигателе), или газофазная схема типа "ядерная лампа" где реакция идет в плазменном шнуре, удерживаемом либо магнитным полем, либо прозрачной стенкой, либо, что более реалистично, и тем и другим. Собственно, если нет физической возможности выноса горючего (когда у нас есть стенки, ограничивающие активную зону) для окружающей среды реактивная струя безопасна (водород не радиоактивен, как ни облучай его, а другие виды рабочего тела серьезно и не рассматриваются).

Предложение по контролю геометрии радиоактивного распада за счет использования источников нейтронов, катализирующих процесс-это предложение может позволить применять ТЯД на устройствах малой мощности типа танка или автомобиля.

Да где там, какая еще катализация. Это к обычному реактору (причем подкритическому !) еще дополнительно надо ускоритель приделать (как источник нейтронов). Эта штука однозначно тяжелее, зато не может бабахнуть при любом раскладе - цепная самоподдерживающаяся реакция невозможна - не работает источник нейтронов и энергия реактором не выделяется. В том и ее достоинство, какие там автомобили, танки и самолеты. При разрушении такой установки радиоактивное заражение будет вполне таким же, как и при разрушении обычного реактора.
>С уважением Сергей Беккер

Виталий