Детонационный космолёт

[OratorFree]

Что с тягой?

Если мне не изменяет склероз, то тяга равна мощности двигателя делённой на УИ. Стало быть, если детонационное горение повышает мощность двигателя, то тяга как минимум должна не уменьшаться (но закон сохранения энергии в этом случает требует повышения расхода топлива). Если же расход топлива не растет, то тяга при росте УИ должна падать. Природу не обхитришь. Простите за банальности.   
Хотя я может что-то и путаю. 

[noxx77]

сгорания. Но тяга становится ниже. Т.е. размен более высокого УИ на меньшую тягу. Для взлёта с Земли нужна высокая тяга, причём нужна больше, чем высокий УИ.

Где-то я подробную зависимость уже видел. Не на ЭРД ли?
А если серьёзно, то надо думать, что некоторые ограничения принципиальны, и дальнейшее "выжимание полотенца" даст капли на единицу вложений.

[sharp]

Если мне не изменяет склероз, то тяга равна мощности двигателя делённой на УИ.

Почти: данное отношение нужно домножить на два. F = 2*W/I.
То есть, рост УИ требует увеличить мощность во столько же раз, для поддержания прежней тяги.

но закон сохранения энергии в этом случает требует повышения расхода топлива

Ну вообще говоря, по определению УИ, это отношение тяги к секундному расходу топлива
I = F/dm, или dm = F/I. Соотвественно, при большем УИ требуется меньший расход массы для той же тяги.

[Андрей Курилов]

Где-то я подробную зависимость уже видел. Не на ЭРД ли?

Да она везде.

Стало быть, если детонационное горение повышает мощность двигателя

Откуда мощность то будет повышаться? Мощность ограничена теплотворной способностью топлива. При использовании того же самого топлива энерговыделение будет таким же. Следовательно, при более высоком УИ тяга будет меньше. Однако есть ещё сомнение, что ДРД приводит к такому же полному сгоранию топлива, как и в обычном ЖРД. Т.е. тяга будет не просто ниже, а очень даже ниже. Что совершенно неприемлимо при взлёте с Земли, так как значительно возрастают гравитационные потери.

[mikeRmen]

Где-то я подробную зависимость уже видел. Не на ЭРД ли?

Да она везде.

Стало быть, если детонационное горение повышает мощность двигателя

Откуда мощность то будет повышаться? Мощность ограничена теплотворной способностью топлива. При использовании того же самого топлива энерговыделение будет таким же. Следовательно, при более высоком УИ тяга будет меньше. Однако есть ещё сомнение, что ДРД приводит к такому же полному сгоранию топлива, как и в обычном ЖРД. Т.е. тяга будет не просто ниже, а очень даже ниже. Что совершенно неприемлимо при взлёте с Земли, так как значительно возрастают гравитационные потери.

Зависимость: больше УИ-меньше тяга при той же мощности, это про ЭРД и прочие двигатели с внешним подводом энергии на разгон рабочего тела. К ЖРД это не относится, там горючее и источник энергии и рабочее тело. Там УИ растет, значит и растет тяга при прочих равных. Как я понял для ДРД УИ выше потому что происходит не дозвуковое горение, а сверхзвуковая детонация, чуть выше эффективность, чуть ниже потери на разогрев стенок двигателя. Непонятно еще, было ли в увеличение УИ двигателя засчитана экономия топлива на менее мощном ТНА.

[Vadims]

Т.е. тяга будет не просто ниже, а очень даже ниже. Что совершенно неприемлимо при взлёте с Земли

Главный конструктор Энергомаш:

А для нас, двигателистов, это означает, что при значительно меньших габаритах детонационного двигателя и при малой массе топлива можно получить ту же тягу, что и в огромных современных жидкостных ракетных двигателях.

[sharp]

Главный конструктор Энергомаш:

Из уст главного конструктора все же хотелось бы услышать конкретные значения тяговооруженности. А то все эти "малые" и "огромные" - какие-то гуманитарные эпитеты.

[Андрей Курилов]

Как я понял для ДРД УИ выше потому что происходит не дозвуковое горение, а сверхзвуковая детонация

На теплотворную способность топлива это никак не влияет, так как она зависит только от уровней энтальпии исходных и образующихся веществ. Следовательно, нарушится закон сохранения энергии, если вдруг при детонации выделяется больше энергии, чем при горении (при прочих равных).

[sharp]

На теплотворную способность топлива это никак не влияет, так как она зависит только от уровней энтальпии исходных и образующихся веществ. Следовательно, нарушится закон сохранения энергии, если вдруг при детонации выделяется больше энергии, чем при горении (при прочих равных).

Часть энергии уходит в нагрев двигателя и в температуру истекающих газов, легко посчитать что КПД современных ЖРД 60-65%. То есть ресурс повышения мощности кроется именно здесь - в повышении КПД.
Другое дело, не уверен что дрд в этом плане сильно помогает.

[Андрей Курилов]

На теплотворную способность топлива это никак не влияет, так как она зависит только от уровней энтальпии исходных и образующихся веществ. Следовательно, нарушится закон сохранения энергии, если вдруг при детонации выделяется больше энергии, чем при горении (при прочих равных).

Часть энергии уходит в нагрев двигателя и в температуру истекающих газов, легко посчитать что КПД современных ЖРД 60-65%. То есть ресурс повышения мощности кроется именно здесь - в повышении КПД.
Другое дело, не уверен что дрд в этом плане сильно помогает.

На нагрев двигателя ничего не уходит, ибо он охлаждается поступающим топливом. Температура реактивной струи тем ниже, чем эффективнее сопло. У ДРД я вижу ровно тоже самое сопло Лаваля, поэтому откуда вдруг взяться более высокой эффективности - непонятно. Зато видны попытки обеспечить более полное сгорание несколькими детонационными волнами, что говорит о том, что это - проблема.

[mikeRmen]

На теплотворную способность топлива это никак не влияет, так как она зависит только от уровней энтальпии исходных и образующихся веществ. Следовательно, нарушится закон сохранения энергии, если вдруг при детонации выделяется больше энергии, чем при горении (при прочих равных).

Часть энергии уходит в нагрев двигателя и в температуру истекающих газов, легко посчитать что КПД современных ЖРД 60-65%. То есть ресурс повышения мощности кроется именно здесь - в повышении КПД.
Другое дело, не уверен что дрд в этом плане сильно помогает.

На нагрев двигателя ничего не уходит, ибо он охлаждается поступающим топливом. Температура реактивной струи тем ниже, чем эффективнее сопло. У ДРД я вижу ровно тоже самое сопло Лаваля, поэтому откуда вдруг взяться более высокой эффективности - непонятно. Зато видны попытки обеспечить более полное сгорание несколькими детонационными волнами, что говорит о том, что это - проблема.

"при одинаковых начальных условиях, продукты детонации меньшей энтропией чем продукты горения"
http://idgcenter.ru/pubs/2012-1-rus.pdf   3 стр.
И у ДРД нет сопла Лаваля.
С организацией детонации конечно есть куча сложностей, иначе бы уже лет 50 они летали.

[Vadims]

При достижении увеличения УИ на 15%, если заменить ЖРД на аналогичные по тяге ДРД к примеру на РН "Союз-5", то за счет сэкономленной массы топлива, баков, и двигателя, на сколько возрастет ее ПН? На обычных ЖРД стартовая у нее 530 т и ПН 17 т. Ну и конечно тот же вопрос для космолёта, "Корона" например имеет стартовую 280 т и ПН 12 т.

[sharp]

на сколько возрастет ее ПН

Надо спросить у специалистов. А то кто-нибудь из форумчан ответит, а "специалисты" окажутся не согласны

[Андрей Курилов]

И у ДРД нет сопла Лаваля.

А что же это, если не сопло Лаваля? Сопло Лаваля - оптимально. Всё остальное имеет эффективность только хуже.

При достижении увеличения УИ на 15%, если заменить ЖРД на аналогичные по тяге ДРД к примеру на РН "Союз-5", то за счет сэкономленной массы топлива, баков, и двигателя, на сколько возрастет ее ПН? На обычных ЖРД стартовая у нее 530 т и ПН 17 т. Ну и конечно тот же вопрос для космолёта, "Корона" например имеет стартовую 280 т и ПН 12 т.

Сравнение несколько неуместно, так как:
1. Корона пока существует только на бумаге.
2. В теории, Корона летает на водороде, в то время как Союз-5 - на керосине.

[mikeRmen]

И у ДРД нет сопла Лаваля.

А что же это, если не сопло Лаваля? Сопло Лаваля - оптимально. Всё остальное имеет эффективность только хуже.

Как я понял.
Сопло Лаваля разгоняет и охлаждает газы из камеры сгорания двигателя, которые гонит от туда давление. Имеем энергия хим. связи - тепло (сгорело топливо) - кинетическая энергия струи (газы разогнались в сопле)
Для детонации будет энергия хим. связи - кинетическая энергия струи (посредством детонации). И получается что газ уже имеет сверхзвуковую скорость, для получения которой в обычном жрд и существует сужение (область критики). Поэтому все дрд омеют форму ведра, сразу от основания расширяются.

[Streamflow]

http://idgcenter.ru/pubs/2012-1-rus.pdf

1. Отвратительно написанная статья - даже центральный конус в сопле эти деятели то рисуют, то нет. И, если он есть, то почему бы не убрать внешние стенки сопла и устроить старый добрый аэроспайк как в американском двигателе? Им нужны лишние стенки и поверхности нагрева?
2. Основное и практически единственное газодинамическое преимущество  детонационного горения перед диффузионным - это повышение давления рабочего тела в процессе горения, что позволяет иметь в сопле бОльшую степень расширения, и, соответственно, переводить бОльшую долю энтальпии рабочего тела в кинетическую энергию струи ( как влияет степень расширения сопла на удельный импульс ракетного двигателя можно увидеть, например, в http://www.synerjetics.ru/article/rocket_engines.htm )
3. А коэффициент сгорания топлива в детонационной волне, почти наверняка, будет несколько ниже, чем в более медленном процессе горения диффузионного, того, что происходит в обычных ракетных двигателях.

[Streamflow]

А, вообще, идея неплохая. Несколько косых ударных волн вращаются в кольцевом канале, создают сверхзвуковой поток - и далее - аэроспайк. Несколько процентов выигрыша в удельном импульсе, уменьшение размеров камеры сгорания и сопла, уменьшение мощности турбонасоса... Если всё не развалится от вибраций, а тем более, если не возникнут какие-нибудь автоколебания в потоке. Или если не развалится носитель, на котором установят такой двигатель.

[Streamflow]

Да, и следует исправить название темы - какой там космолёт? Двигатель.

[Vadims]

Ну что ж, этого и следовало ожидать. Как делать слепые оценочные эмоционально-обусловленные суждения - так все профи, а как провести расчет - так сразу все в кусты.

[Андрей Курилов]

Ну что ж, этого и следовало ожидать. Как делать слепые оценочные эмоционально-обусловленные суждения - так все профи, а как провести расчет - так сразу все в кусты.

Так пожалуйста - рассаажите нам о тяге, о коэффициенте сгорания топлива. А то заждались уже