В космос на маховике (супер-маховике)

[Перепил]

Еще одна идея в качестве бреда. Запасаем в ракете кинетическую энергию в достаточном количестве (например, в 10 тоннах массы, в скорости = 10 000 км / с). После старта реализуем эту кинетическую энергию для движения (с помощью реактивного принципа). Тогда полезная нагрузка в 10 тонн будет иметь скорость 10 000 км/с. Для запасания кинетической энергии можно использовать "пустой" маховик, заполняемый жидким веществом, например, водой, которая и используется затем в качестве "реактивной опоры". Конечно проблемы с маховиком несомненны, радиальное ускорение, разрыв стенок маховика. Но в принципе, скоро будет эра новых материалов (нано), которые могут иметь достаточную прочность на разрыв (те же наноуглеродные волокна), чтобы из них "соткать" емкость "маховика" (и армировать его пустое пространство этими же нитями), который позволит накопить достаточное количество механической энергии. То есть, ИМХО, дело только в возможности создания материалов, достаточно прочных, чтобы накопить достаточную механическую энергию. Реализовать ее не проблема, энергия не преобразуется, используется как есть - только вращение "маховика" преобразуется в поступательное движение "опорного" (реактивного) материала (воды). Например, на поверхности маховика открываются "отверстия" (подробности опускаю, ибо не знаю), через которые в камеру начинает хлестать вода из "маховика" (на скорости обода маховика), далее эта вода вылетает из дюз (с примерно теми же скоростями), создавая реактивное движение. Для полноты картины не хватает второго маховика на той же оси, вращающегося в противоположную сторону, чтобы компенсировать момент вращения.

В черную дыру, так в черную дыру.

[Nixer]

Это нерализуемо до изобретения высокотемпературной сверхтекучести. Если она будет изобретена, можно будет запасать механическую энергию на любой срок без потерь, а высвобождением её управлять элементарно - с помощью температуры.

[Shestoper]

У маховика, навитого из углеродного волокна, достижима энергия порядка 5 МДж на кг (у "водяного" будет на порядки хуже, так как оболочка должна удерживать большие массы воды).
А теплота сгорания водорода - 120 МДж на кг. Даже с учетом запаса кислорода для окисления водорода, маховик проигрывает.

[поверхностный]

А я уже толкал эту идею. Я предлагал волокно, из которого состоит намотанный супермаховик, сматывать и пускать назад. Идею отшили с диагнозом "у маховика скорость мала", хотя правильный диагноз должен был быть "как его разматывать на такой скорости".

[поверхностный]

У маховика, навитого из углеродного волокна, достижима энергия порядка 5 МДж на кг (у "водяного" будет на порядки хуже, так как оболочка должна удерживать большие массы воды).
А теплота сгорания водорода - 120 МДж на кг. Даже с учетом запаса кислорода для окисления водорода, маховик проигрывает.

Учтем. 120МДж/кг * 2 / 18 = 13.(3) МДж / кг. А углеродное волокно - уже не рекордсмен.
Перепил, по-моему, не надо второго маховика. Момент силы будет автоматически компенсироваться несоосностью струи относительно центра масс.

[Nixer]

Любой вращающийся маховик испытывает силу трения. Чем выше скорость вращения, тем большая энергия уходит в теплоту. Ваши маховики не будут долго крутиться.

[Гусев_А]

А долго и не нужно, РН взлетает считаные минуты.

Больший вопрос в том, сможет ли сверхрочный маховик, кроме прочего быть ещё и ротором эл.двигателя-генератора, не через редуктор же его раскручивать.

[Перепил]

У маховика, навитого из углеродного волокна, достижима энергия порядка 5 МДж на кг (у "водяного" будет на порядки хуже, так как оболочка должна удерживать большие массы воды).
А теплота сгорания водорода - 120 МДж на кг. Даже с учетом запаса кислорода для окисления водорода, маховик проигрывает.

На самом деле я писал о новых (будущих) материалах с фантастичными прочностными свойствами. К примеру, первый быстрый поиск в яндексе (супермаховики запас) дал ссылку на небезъизвестного Нурбея Гулиа - http://www3.msiu.ru/detalim/Interesting/Super-Super.htm.
Он в статье приводит несколько другие цифры по будущим накопительным свойствам маховика - 500—1000 кВт·ч/кг, т.е - 1800 - 3600 МДж/кг. Конечно, надо учесть, что из супер-материала будут изготовлены только стенки маховика (и поперечные дополнтильные ребра - нити). Предположим, супер прочный материал составляет процентов 10% от массы маховика, т.е. энергии можно будет запасать ровно 10% от предельных 1800 - 3600 МДж/кг - т.к. скорость вращения должна быть в 3 раза меньше, чтобы удерживать в 10 раз большую массу маховика (стенки+вода), т.е. совокупная энергия будет в 10 раз меньшей. А это получается 180 МДж/кг, округлим до 100 МДж/кг - все равно получается очень нехило. Конечно, лучше вообще отказаться от воды и расходовать материал самого маховика (как это предложил Поверхностный). Например, сблизим два маховика, вращающихся навстречу друг другу, до соприкосновения. Материал с их ободов начнет испарятся при огромной температуре, что и породит реактивную струю. Соприкасать их можно как ободами так, наверное, и боковыми поверхностями (например, в импульсном режиме - прижал, отвел). Правда, при "сжигании" маховиков встают нехилые вопросы в разбалансировке массы маховиков на оси, что может запросто привести к мощным биениям и разрушении конструкции. Хотя может быть, истирание можно будет сделать равномерным по длине ободов.

[Перепил]

Больший вопрос в том, сможет ли сверхрочный маховик, кроме прочего быть ещё и ротором эл.двигателя-генератора, не через редуктор же его раскручивать.

Ответ там же - у Гулиа (может не в этой ссылке, так в другой). Он придумал множество конструкций по вкачке, отъему энергии в супер-маховик, помню это еще по детской книжке - "В поисках энергетической капсулы". А в чем проблема раскручивать маховик через ось, на которой соосно расположен электро-двигатель? Проблема совсем в другом!, в слишком уж большой фантастичности этой конструкции . Хотя иногда помечтать не вредно..

[поверхностный]

Больший вопрос в том, сможет ли сверхрочный маховик, кроме прочего быть ещё и ротором эл.двигателя-генератора

Алексей, мне кажется, здесь проблемы нет. Если окружная скорость = 10 км/сек, а длина обода - метр, то частота будет всего 10 кГц. Для современной силовой электроники это детская частота.

[Гусев_А]

Не в частоте дело, это само собой не вопрос. Просто сверх прочные материалы вроде не ферромагнетики, да и не те проводники из которых можно свить катушки. Магнитные материалы пришлось бы вводить внутрь маховика, пусть даже и это не вопрос, ну вобщем извиняюсь за необдуманный вопрос, согласен это реально, правда на сколько рентабельно не знаю.

[goran d]

Не в частоте дело, это само собой не вопрос. Просто сверх прочные материалы вроде не ферромагнетики, да и не те проводники из которых можно свить катушки. Магнитные материалы пришлось бы вводить внутрь маховика, пусть даже и это не вопрос, ну вобщем извиняюсь за необдуманный вопрос, согласен это реально, правда на сколько рентабельно не знаю.

скорее всего можо сделать генератор такой же как асинхронный двигатель (т е без намоток на роторе)

[pkl]

Еще одна идея в качестве бреда. Запасаем в ракете кинетическую энергию в достаточном количестве (например, в 10 тоннах массы, в скорости = 10 000 км / с). После старта реализуем эту кинетическую энергию для движения (с помощью реактивного принципа). Тогда полезная нагрузка в 10 тонн будет иметь скорость 10 000 км/с. Для запасания кинетической энергии можно использовать "пустой" маховик, заполняемый жидким веществом, например, водой, которая и используется затем в качестве "реактивной опоры". Конечно проблемы с маховиком несомненны, радиальное ускорение, разрыв стенок маховика. Но в принципе, скоро будет эра новых материалов (нано), которые могут иметь достаточную прочность на разрыв (те же наноуглеродные волокна), чтобы из них "соткать" емкость "маховика" (и армировать его пустое пространство этими же нитями), который позволит накопить достаточное количество механической энергии. То есть, ИМХО, дело только в возможности создания материалов, достаточно прочных, чтобы накопить достаточную механическую энергию. Реализовать ее не проблема, энергия не преобразуется, используется как есть - только вращение "маховика" преобразуется в поступательное движение "опорного" (реактивного) материала (воды). Например, на поверхности маховика открываются "отверстия" (подробности опускаю, ибо не знаю), через которые в камеру начинает хлестать вода из "маховика" (на скорости обода маховика), далее эта вода вылетает из дюз (с примерно теми же скоростями), создавая реактивное движение. Для полноты картины не хватает второго маховика на той же оси, вращающегося в противоположную сторону, чтобы компенсировать момент вращения.

В черную дыру, так в черную дыру.

Я думаю, не получится - вода разрежет стенки "камеры сгорания". Да и трение превратит всё это в пар.

[Перепил]

Я думаю, не получится - вода разрежет стенки "камеры сгорания". Да и трение превратит всё это в пар.

Пар это не страшно. Так как все равно, что выносит массу из ракеты и создает реактивный импульс - молекула воды или молекула пара воды . А вот неравномерное давление на стенки "камеры сгорания" от "хлещущих струй" это действительно серьезный вопрос. Пока что решение видится только увеличением количества "дырочек" при уменьшении их размера. Хотя на самом деле вот что - так как в "камере сгорания" почти сразу установится высокотемпературынй пар, то он и будет своеобразной "подушкой", дробящей струю и капли воды (при не очень большом размере диаметра струи) и смягчающим воздействие на стенки.

[pkl]

Я думаю, не получится - вода разрежет стенки "камеры сгорания". Да и трение превратит всё это в пар.

Пар это не страшно. Так как все равно, что выносит массу из ракеты и создает реактивный импульс - молекула воды или молекула пара воды . А вот неравномерное давление на стенки "камеры сгорания" от "хлещущих струй" это действительно серьезный вопрос. Пока что решение видится только увеличением количества "дырочек" при уменьшении их размера. Хотя на самом деле вот что - так как в "камере сгорания" почти сразу установится высокотемпературынй пар, то он и будет своеобразной "подушкой", дробящей струю и капли воды (при не очень большом размере диаметра струи) и смягчающим воздействие на стенки.

Не-не, я имел в виду в том смысле, что сам двигатель превратится в пар. А по поводу воды - я видел на стройках, как струёй воды с гораздо меньшей скоростью истечения режут камни. Потому и обуревают меня сомнения - как защитить узлы двигателя от струй воды, вылетающих из супермаховика со скоростью 10 км/с?

[Александр Геннадьевич Шлядинский]

Я думаю, не получится - вода разрежет стенки "камеры сгорания". Да и трение превратит всё это в пар.

Пар это не страшно. Так как все равно, что выносит массу из ракеты и создает реактивный импульс - молекула воды или молекула пара воды . А вот неравномерное давление на стенки "камеры сгорания" от "хлещущих струй" это действительно серьезный вопрос. Пока что решение видится только увеличением количества "дырочек" при уменьшении их размера. Хотя на самом деле вот что - так как в "камере сгорания" почти сразу установится высокотемпературынй пар, то он и будет своеобразной "подушкой", дробящей струю и капли воды (при не очень большом размере диаметра струи) и смягчающим воздействие на стенки.

Не-не, я имел в виду в том смысле, что сам двигатель превратится в пар. А по поводу воды - я видел на стройках, как струёй воды с гораздо меньшей скоростью истечения режут камни. Потому и обуревают меня сомнения - как защитить узлы двигателя от струй воды, вылетающих из супермаховика со скоростью 10 км/с?

Дыть, коли струя уже вылетела, чего ее еще в какой то двигатель сувать??? Какие то части на части резать???  :shock:
Ну и пущай себе летит. Главное вектор правильно задать, т.е. дырки в маховике в нужный момент открывать, и все. Сам маховик двигателем и является, при чем тут еще сопло какое то???  :shock:

[KBOB]

А ракета с маховиком, она что все время по прямой будет летать?
Зато какая стабилизация!

[Гусев_А]

Когда то подобная идея уже обсуждалась.
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=4016&postdays=0&postorder=asc&start=15

[Gadgeteer]

Интересная статья про маховики
http://n-t.ru/ri/gl/ek07.htm

[Перепил]

Не-не, я имел в виду в том смысле, что сам двигатель превратится в пар. А по поводу воды - я видел на стройках, как струёй воды с гораздо меньшей скоростью истечения режут камни. Потому и обуревают меня сомнения - как защитить узлы двигателя от струй воды, вылетающих из супермаховика со скоростью 10 км/с?

Подумал еще раз и понял, что в предложенной схеме с маховиком (парой маховиков) никаких дырочек не нужно. Изначально идея была такая - запасать кинетическую энергию в воде, заключенной в пустотелый супермаховик, отсюда и дырочки, отсюда и проблема их открытия в нужное время для создания нужного "вектора" и т.д. Но на самом деле "пустотелость" маховика создает проблемы - энергии на единицу массы все равно запасается где то в 10 раз меньше, чем в "обычном" супермаховике (при условии, что 10 проценов от этакого вращающегося бака занимает наноуглеродный материал маховика с его чудесными свойствами). Вот тут и порылась собака. Получается, что необходимости в пустотелости супермаховика нет. То есть, если супермаховик отдельно, а вода (или другой носитель реактивного импульса) отдельно, то на пределе прочности материала маховика запасаться будет столько же энергии, сколько и в пустотелом, заполненым водой. Т.е. в новой схеме предлагается бак с водой (условно - реактивный или опорный материал) хранить отдельно. Т.е. условно два супермаховика, между которыми есть зазор, в который впрыскивается вода. Вода захватывается и ускоряется поверхностями двух вращающихся маховиков, выбрасывается с другой стороны сразу из "камеры сгорания", без всяких дырочек и их открываний в нужное время. Понятно, что будет нехилый разогрев поверхностей маховиков, но на самом деле они будут контактировть с ускоряемой водой только на "разгонном сегменте" обода маховиков. Получилась совсем "деревянная" схема, чем то похожая на водяную (хи-хи) мельницу. Вот будет прикол, если с 21-22 века так и будут в космос летать.