ВНИМАНИЕ! На форуме начался конкурс - астрофотография месяца ОКТЯБРЬ!
0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.
Ну так! Я и пытаюсь "раскрутить" эту тему. Правда, кажется, всем уже надоело, накал дискуссии спал.
На графике видно, что в диапазоне температур водорода от 4 до 5 тыс. градусов тратится особенно много энергии в пересчёте на удельный импульс. Т.е. термоглиссер должен греть водород не до 3500-4500 тыс. градусов у поверхности Солнца (что, казалось бы, было очевидно), а не более чем до 3000К (далеко не очевидно). Либо греть следует до более чем 5000К (но не понятно, как, технологически).При 3000К УИ будет 10,5 км/с, а затраты энергии составят 6073 Дж/кг за каждый метр в секунду УИ.При 4500К УИ будет 16,9 км/с, а затраты энергии составят 10950 Дж/кг за каждый метр в секунду УИ (выросли непропорционально).При 6000К УИ будет 20,8 км/с, а затраты энергии составят 9630 Дж/кг за каждый м/с УИ. Т.е. удельная затрата энергии меньше, чем при 4500К (!).
Получается, энергия уходит на диссоциацию водорода. И образовавшиеся атомы "холоднее" чем молекулы.
Впрочем, и конструктивно нагрев до 3000 градусов реализовать намного проще.
Похоже, дело обстоит несколько не так.
Для 4500 КСоотношение начальной к конечной массы – 6.84. Затраты энергии 1270 МДж/кг полезной нагрузки.Для 6000 К еще меньше, но так нагреть не получиться.
Коэффициент расширения сопла = 100. Диссоциация водорода и изменение теплоёмкости учтены. Честно говоря, я даже запарился собирать данные по интернетам. Удельный импульс рассчитывался по формуле:Тут важно заметить, что "M" и "гамма" также меняются в зависимости от температуры.
Тут важно заметить, что "M" и "гамма" являются функциями не только температуры, но и давления, каковое обстоятельство радикальным образом сказывается на судьбе газа, покидающего сопло. Если давление по соплу остается достаточно большим, то в каждом сечении устанавливается текущий равновесно-диссоциативный состав газа. Если давление мало, то начиная с какого-то сечения реакции рекомбинации/диссоциации заморозятся и на выходе будут не молекулы, а неочевидная смесь молекул, атомов или даже просто атомы. То есть на самом деле течения в соплах (особенно при таких больших степенях расширения), они почти никогда не бывают изоэнтропическими, а приведенная выше формула не более чем сфероконь в вакууме.
К счастью для вас, проблема solar thermal propulsion на водороде давно исследована вдоль и поперек.
показано, что при температуре в камере "сгорания" 3000 К выжимается УИ в 14 км/с
А нагреть больше чем до 4000К не получится всё равно, пока кто-нибудь не предложит вразумительное открытое для излучения сопло.
Когда сопло больше по размерам за КК, и выдувающийся водород (он малопрозрачен при таких температурах, если надо еще «зачернить» достаточно добавить пару десятих процентов паров металлов) полностью поглощает солнечный свет.Да, такое можно реализовать только уже на трактори отлета от Солнца.
В перигелии ось сопла однако перпендикулярна направлению на центр Солнца. Посему может лучше светануть в сопло удалённым лазером? А по отлёту от Солнца (гипербола будет при наборе скорости быстро распрямляться), светить Солнцем в сопло... Теплообменники и вовсе пропадают...
Уж больно мощный лазер нужен…
А на траектории отлета вторая ступень будет смотреть соплом прямо на Солнце и некоторое время давать несколько больший импульс.
Предлагаю конструкцию сопла для использования в перигелии. Приблизительная схема - в аттаче. Начальный участок длины сопла закрытый, через него истекает водород, уже до этого разогретый до 3-4 тыс. К теплообменником. Затем сопло начинает раскрываться с одной из сторон (очевидно, той, что направлена на Солнце). В этой части сопла истекающий водород снова разогревается излучением и отдаёт дополнительный импульс противоположной стенке сопла. Через стенку хвостовой части сопла можно подавать дополнительный водород через поры этой стенки в основную струю. Вектор импульса не будет совпадать с осью сопла, поэтому дополнительная нагрузка должна быть расположена "выше" неё, "за экраном" сопла. Идея в том, что рабочее тело в таком сопле используется полтора раза - сначала в обычном сопле, потом снова разогреваясь, в сопле с "открытым днищем".Верхняя фигура - "боковой" вид сопла. Нижняя - вид "снизу" (со стороны Солнца в точке перигелия).
Например в одной работе был проведен всесторонний анализ и оптимизация сопла для ядерного движка на водороде и показано, что при температуре в камере "сгорания" 3000 К выжимается УИ в 14 км/с.
Только не дополнительным ненужным теплообмеником, а сразу констукцией сопла, на который всегда будет попадать часть солнечного излучения.
Затем сопло начинает раскрываться с одной из сторон (очевидно, той, что направлена на Солнце). В этой части сопла истекающий водород снова разогревается излучением и отдаёт дополнительный импульс противоположной стенке сопла.
вы б почитали про сопла хоть что-нибудь. греть надо дозвуковую часть сопла, подвод энергии к сверхзвуковой части приведет к торможению потока.
Расчеты носят предварительный характер, но некоторые выводы можно сделать.Ультралегкие солнечные паруса с характеристиками, близкими к приведенным выше, могут разгоняться вблизи Солнца до скоростей 200-500 км/с, чего достаточно для путешествий по ближайшим окрестностям. При грамотной оптимизации траектории на участке разгона вероятно достижимы и большие скорости, не исключено, что вплоть до 1000 км/с.
Автор
Тема: Термоглиссер (Прочитано 11177 раз)
