Двигатель для межзвёздных перелётов

[alex_semenov]

Массовое число 1-ступенчатой ракеты можно принять 100, для автофага 100000( больше уже  как-то за гранью здравого смысла), т е 3 порядка, и логарифм соответственно тоже 3. С ограниченным количеством ступеней где-то посередине. Суть в том, что логарифм в формуле Циолковского всё съедает.

Не-не-не....
Я пока автофаги отложил в сторону. Сложность в общетеоретические построения надо вводить постепенно, по мере возможности (избегая кровопролития )
Пока я рассматриваю  многоступенчатую ракету из произвольного чиста ступеней с подобными ступенями. Каждая субракета-ступень имеет одинаковое массовое число, удельная мощность, скорость истечения  и ... (это надо вводить помимо числа ступеней) долю полезной нагрузки в сухой массе (у старших ступеней "полезная нагрузка" - это все младшие ступени). Без этого никак.
И сравниваю ее с аналогичной одноступенчатой ракетой, которая при тех же u и w  достигает той же скорости V. Но ступени многоступенчатой, достигают n раз скорости V/n и суммируют их. Результат - один, но время затраченное на это - разное. У многоступенчатой лучше. Фунция этого "лучше" от n и прочего (оказываться важно еще V/u, но неважно w) - предмет изысканий. И достаточно просто ищется.
Но чтобы вставить в уже имеющуюся формулу оптимизации перелёта для одноступенчатой ракеты, мне нужно взять поправку не на время разгона (в осколько многоступенчатая разгонится быстрей одноступенчатой) а разницу дистанций разгона. Не T_n/T₁, а L_n/L₁.
При этом, дистанция (площадь под кривыми на v(t)) - разные если вы только разгоняетесь до V или разгоняетесь до V/2, а потом тормозите до нуля (нам нужен последний случай).
В общем. Еще 5 000 вёдер, и считайте, почтеннейший, что ключик у вас в кармане!

[Иван Моисеев]

Ведь именно это вы пытались тут две страницы мне донести?

По-моем страниц 100...

Вы же это хотели сказать?

Изначально я просто хотел сказать, что удельная мощность в вашем понимании - это черте что и сбоку бантик. Она ни в коей мере не определяет "все", как вы говорили, а вносит бардак и создает богатейшие возможности для ошибок.   
Которыми вы и не преминули сделать.

Вы пропустили шанс меня прищучить и раздавить.

У меня такого рода желаний в дискуссиях не возникает.
Возникает сожаление, что некоторые люди не понимают простейших вещей.
И естественное желание поправит и внести ясность.
Однако реализация этого желания в некоторых случаях настолько трудоемка, что приходится от него отказываться.

[alex_semenov]

Изначально я просто хотел сказать, что удельная мощность в вашем понимании - это черте что и сбоку бантик.

Я это понял. Но давайте поживём и увидим. Еще не вечер. Надеюсь.

[viesis]

Массовое число 1-ступенчатой ракеты можно принять 100, для автофага 100000( больше уже  как-то за гранью здравого смысла), т е 3 порядка, и логарифм соответственно тоже 3. С ограниченным количеством ступеней где-то посередине. Суть в том, что логарифм в формуле Циолковского всё съедает.

Не-не-не....
Я пока автофаги отложил в сторону. Сложность в общетеоретические построения надо вводить постепенно, по мере возможности (избегая кровопролития )

Автофаг это такой  приём, довольно поостй, чтобы показать предел возможного, того что ступенчатая ракета может превосходить совершенную одноступенчатую ну от силы в 2 раза.

[alex_semenov]

Автофаг это такой  приём, довольно поостй, чтобы показать предел возможного, того что ступенчатая ракета может превосходить совершенную одноступенчатую ну от силы в 2 раза.

Похоже. Хотя... Но это предположения. Опыты. А нужно вменяемое теоретическое объяснение с выкладками, какие у нас/меня уже есть для одноступенчатой ракеты (и там - не подкопаешься несколько людей вникли в расчёты, Равлик вообще переписал всё по-своему, и вердикт - всё верно).

Вы мою расчётную модель в Excel скачали? Тут прикреплен архив.

Пока скачали 3 человека. На самом деле 2 ибо первым скачал я.
Хорошо бы что бы много людей своими глазами и умом ее проверили. Ну и ею можно поиграться, подставляя разные параметры и ища оптимум. 8 ступеней - это уже почти предел разумного. Хотя хорошо бы было бы (я хотел но тут отказался) сделать переменным и число ступеней. И посмотреть что получается.

[Иван Моисеев]

Пока скачали 3 человека. На самом деле 2 ибо первым скачал я.

Я скачал.
"Узок круг этих людей. Страшно далеки они от народа".

[alex_semenov]

Пока скачали 3 человека. На самом деле 2 ибо первым скачал я.

Я скачал.
"Узок круг этих людей. Страшно далеки они от народа".

Чья бы корова мычала, а?
Вот ваш ЖЖ, например. Должен отметить, хорошая работа, Иван! Упорно выкладываете материалы по теме и есть в чём поковыряться! Спасибо большое!
И? Много у вас там комментариев?
Так что вы "к народу" не ближе!
Круг Эйлера, кто интересуется межзвездными перелётами, и круг Эйлера кто даже не  хорошо, а сносно дружит с матаппаратом, разбирается в физике, пересекаются настолько мало, почти касаются друг-друга, что по-сути ... и оболтус  рак Семёнов (в позе льва) на этом безрыбье - рыба.

Еще нам не повезло с эпохой (времена не выбирают, в них живут и умирают). Эпоха "грамотных потребителей". Молодёжь в массе - малообразованная и даже если хочет - не может. Хотя, казалось, какие возможности открылись?! А?!!! Интернет - любая информация. Языки? Трансляторы творят чудо. Языковых барьеров почти нет! Вычислительные инструменты какие, а? Да и аналитические тоже ж!  В 70х мы даже мечтать не смели о всём этом! А вот... нет кадров.... потребители... А кадры -  решают всё. Но эксперименты с хорошим образованием закончились на Парижской Весне... Властные дуроёбы на загнившем Западе сначала целенаправленно убивали массовое образование у себя и везде в мире (рассчитывают на элитарные сливки), а теперь повсюду (и некоторые им подпевают) рассчитывают на ИИ. Ну-ну!.... 

[viesis]

Автофаг это такой  приём, довольно поостй, чтобы показать предел возможного, того что ступенчатая ракета может превосходить совершенную одноступенчатую ну от силы в 2 раза.

Похоже. Хотя... Но это предположения. Опыты. А нужно вменяемое теоретическое объяснение с выкладками, какие у нас/меня уже есть для одноступенчатой ракеты

Я думаю, что эти вопросы сравнения одно и многоступенчатых ракет в книгах по ракетодинамике подробно рассмотрены, при желании можно найти.

[Иван Моисеев]

Я думаю, что эти вопросы сравнения одно и многоступенчатых ракет в книгах по ракетодинамике подробно рассмотрены, при желании можно найти.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Формула_Циолковского
Там есть формула для N-ступенчатой ракеты.
(но ни слова про мощность...)
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%BE%D1%80%D0%BC%D1%83%D0%BB%D0%B0_%D0%A6%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B3%D0%BE

[elind]

Берем ракету и двигатель. "Удельная мощность", по вашему, задана жестко. А скорость истечения и расход я могу менять.

Да, но соотношение их (а именно W=m'*u^2) остаётся постоянным.

P=mW.
Чтобы увеличить тягу двигателя при фиксированном W - в него нужно просто подавать больше топлива.
У вас иная физика?

Ну, как выше уже указывали, не w а u, и вопрос был в другом - да, подав большее m' вы получите большую тягу, но сможете ли вы подать больше?
Раз вы любите конкретные железные примеры, возьмём тот же Раптор 3. Он имеет тягу около 300 тонн и некоторый расход топлива. Если я хочу поднять тягу в десять раз, по вашей логике, мне нужно просто прокачивать через двигатель вдесятеро больший поток топлива. Однако в реальности от такого двигатели почему-то делают большой Бум. Двигатели вообще, а ракетные в особенности, в этом отношении как госпожа Белладонна: "меньше - можно, больше - ни-ни".

Насчёт спора с Семёновым - он то ли не хочет, то ли не умеет выражаться "математически корректно" (в смысле, расписывать вообще всё, как для полных идиотов) и у него в тексте куча "неявных предположений".

Да, для определения времени T  мне ещё нужно расстояние, L и, собственно, тип транспортного средства, который интегрируется в  kw >=k L2/T3 или T >= (kL2/w)1/3

Из этого неравенства он постулирует, что удельная мощность пустой ракеты определяет время перелёта на заданное расстояние. На самом же деле конкретное время определяется ещё и запасом топлива, а удельная мощность определяет минимум этого времени - если взять мало "топлива" (на самом деле - реактивной массы), то ракета не разгонится до нужной скорости, если взять много - то ракета просто не сможет его полностью израсходовать за весь полёт (соответственно, будет тащить кучу лишней массы). То самое неявное предположение: "Да, с таким аппаратом мы можем лететь и медленнее, но зотчем? А поскольку нам нужно лететь быстро, а быстрее аппарат при заданной удельной мощности лететь не может, значит время перелёта определяется только удельной мощностью".
Во вторых, не следует забывать, что модель Семёнова - это модель. Она имеет такую вещь, как область применимости, и, если совсем упрощать, эта область применимости определяется как "энергия отдельно, реактивная масса отдельно". При скоростях истечения не выше 5000 км/с это выполняется практически всегда (за вычетом химии) - даже дубовый термоэмиссионный ядерный реактор с КПД 25% может такое потянуть, если долю реактивной массы составят осколки деления. Однако при u>5000 км/с доля осколков "превышает единицу", а значит требуется поднимать КПД реактора (или часть осколков "складировать на борту", уменьшая интегральное u ниже 5000 км/с), что, всё равно, даст нам максимум скорости истечения в 10 000 км/с для ядерного реактора. Для термоядерного всё получше, но всё равно максимум u будет чуть ниже 0.1 с. Таким образом, для сверхдальних перелётов (или двигателей с высокой удельной мощностью) чтобы получить оптимальное время нужна будет скорость истечения выше 0.1 с и в качестве источника энергии потребуется экзотика навроде микро чёрных дыр или антиматерии.

[Иван Моисеев]

Да, но соотношение их (а именно W=m'*u^2) остаётся постоянным.

Не понял формулу, но про соотношения я ничего не говорил. В физике полно соотношений, которые остаются постоянными.
 

Ну, как выше уже указывали, не w а u, и вопрос был в другом - да, подав большее m' вы получите большую тягу, но сможете ли вы подать больше?

Существует огромное количество двигателей, для которых расход топлива является управляемой величиной. Форсируемые и дросселируемые.

Если я хочу поднять тягу в десять раз, по вашей логике, мне нужно просто прокачивать через двигатель вдесятеро больший поток топлива.

Про десять раз я не говорил. Это лучше новый сделать. Но на десятки процентов - это сплошь и рядом делается.

Насчёт спора с Семёновым - он то ли не хочет, то ли не умеет выражаться "математически корректно" (в смысле, расписывать вообще всё, как для полных идиотов) и у него в тексте куча "неявных предположений".

Журнал ВАК (знаете, что это?) статью, содержащую формулу с "неявными предположениями", выкидывает в корзину. Наука строится на том, что все заявленное может быть проверено независимыми исследователями. А "неявные предположения" никто проверить не может.

[DRUID_3]

...и в качестве источника энергии потребуется экзотика навроде микро чёрных дыр или антиматерии.

Или так, или другая физическая парадигма .

На что намекаете, сударь?

 Агарти, Агарти, о мир каменистый, суровый,
 Спокойно и крепко ты можешь столетия спать,
 Пока alex_semenov(и Co) на страже идей у границ -
 Сабатонам козаков никогда по тебе не ступать...

[Ulkolainen]

Я что-то не понимаю, как автофаги выделились в отдельный класс. Нам расчетно без разницы, какую именно субстанцию будет отбрасывать ракета, способная отбросить с единой u содержимое бака, материал стенок бака, крепежные элементы и пр. Отличаться будет только отношение суммы масс, подлежащих отбрасыванию, к массе, подлежащей доставке в пункт назначения, т.е. то самое M₂/M₁, но оно и так и этак может быть назначено по нашему усмотрению.
Или тут подразумевается, что на финальных участках (напр. - торможении) у автофага за счет снижения массы ниже "сухой" стартовой появляется у.м. больше изначальной 1кВт/кг? Но это ж самообман.

Почему аппарат с существенно меньшей мощностью имеет лучшие результаты (скорость, полезная нагрузка), чем аппарат с большой мощностью?

Потому что мощностью определяется не конечная скорость, а динамика её достижения.

Что оказалось самым неожиданным и полезным для понимания процесса - так это увеличение стартового запаса РТ. Не помогает никак, т.е. на время преодоления заданной дистанции не влияет совсем.

То есть вам для полета к звездам 100 грамм достаточно?

Если 100 грамм это увеличение от предложенных 4,42 для сферически-ваккумной ракеты массой 1, то да - и достаточно и даже избыточно. Вот elind другими словами и в большем их количестве, но о том же:

На самом же деле конкретное время определяется ещё и запасом топлива, а удельная мощность определяет минимум этого времени - если взять мало "топлива" (на самом деле - реактивной массы), то ракета не разгонится до нужной скорости, если взять много - то ракета просто не сможет его полностью израсходовать за весь полёт (соответственно, будет тащить кучу лишней массы). То самое неявное предположение: "Да, с таким аппаратом мы можем лететь и медленнее, но зотчем? А поскольку нам нужно лететь быстро, а быстрее аппарат при заданной удельной мощности лететь не может, значит время перелёта определяется только удельной мощностью".

 

[Ulkolainen]

Пока скачали 3 человека. На самом деле 2 ибо первым скачал я.

>>

Вообще формулы Excel достаточно трудно читаются, если ты их сам не писал или давно писал и уже забыл.
Поэтому.

Если я хочу поднять тягу в десять раз, по вашей логике, мне нужно просто прокачивать через двигатель вдесятеро больший поток топлива. Однако в реальности от такого двигатели почему-то делают большой Бум. Двигатели вообще, а ракетные в особенности, в этом отношении как госпожа Белладонна: "меньше - можно, больше - ни-ни".

Насчёт спора с Семёновым - он то ли не хочет, то ли не умеет выражаться "математически корректно"

Топлива нельзя, горючего можно. Не в 10, конечно, но избыток одного компонента пары даст примерно то, что требовалось при сохранении мощности (а она сохранится, гореть-то не в чем): падение удельного импульса при росте общего. Семенов вполне корректно зафиксировал один параметр, предложив всем желающим поиграть другими - якобы двигатель достаточно эластичен и позволяет менять расход РТ и скорость истечения в широчайших пределах. На практике это, наверное, больше всего будет похоже на бомболет с одинаковыми зарядами и изменяемой подачей балластной массы.

По-моем страниц 100...
(...)
Изначально я просто хотел сказать, что удельная мощность в вашем понимании - это черте что и сбоку бантик. Она ни в коей мере не определяет "все", как вы говорили, а вносит бардак и создает богатейшие возможности для ошибок.   

Да, но соотношение их (а именно W=m'*u^2) остаётся постоянным.

На сотой странице спора об удельной мощности...

[Иван Моисеев]

Почему аппарат с существенно меньшей мощностью имеет лучшие результаты (скорость, полезная нагрузка), чем аппарат с большой мощностью?

Потому что мощностью определяется не конечная скорость, а динамика её достижения.

Дате мне одно значение удельной мощности и я тут же вам нарисую тысячу аппаратов с этой удельной мощность и с различной динамикой достижения конечной скорости.

[Иван Моисеев]

Если 100 грамм это увеличение от предложенных 4,42 для сферически-ваккумной ракеты массой 1, то да - и достаточно и даже избыточно.

А, вы говорили не массе РТ, о а его увеличении. Виноват, был невнимателен.
Но в вашем "если"  4,42 к 1 уже заложена ошибка даже для одноступенчатого варианта.
Я могу взять 10 к 1, получу большую скорость и, соответственно, долечу гораздо быстрее.
(10 к 1 я получу за счет увеличения массы РТ. )

[elind]

Журнал ВАК (знаете, что это?) статью, содержащую формулу с "неявными предположениями", выкидывает в корзину. Наука строится на том, что все заявленное может быть проверено независимыми исследователями. А "неявные предположения" никто проверить не может.

У нас тут, всё же, не реферируемый журнал, а общалка (сидят деды на лавочке, трындят "за космос") . В случае недопонимания всегда можно переспросить.
А вообще да, когда выдвигаешь какой-то тезис, стоит все предположения и условия указывать в явном виде, но тут и матёрые учёные, бывало, спотыкались, взять того же Ландау, с его "очевидно, что...", которое заменяло пару-тройку страниц вычислений.

[elind]

Не понял формулу, но про соотношения я ничего не говорил. В физике полно соотношений, которые остаются постоянными.

W - удельная мощность аппарата, m' - относительный расход массы (dm/(dt*M_0)), u - скорость истечения.
А про соотношение я говорил - при заданной удельной мощности вы не можете крутить m' и u как угодно, только так, что  W=0.5m'*u^2 (вернее, можно  и W>0.5m'*u^2, но, опять же, зотчем?).

[Иван Моисеев]

W - удельная мощность аппарата, m' - относительный расход массы (dm/(dt*M_0)), u - скорость истечения.

А у Семенова (dm/(dt*M_конечная)). Может быть вы договоритесь, что как назвать?

[elind]

А у Семенова (dm/(dt*M_конечная)). Может быть вы договоритесь, что как назвать?

А M_0 и есть M_конечная - масса незаправленной ракеты.