паровые двигатели

[Плейшнер]

dmdimon пишет:
господа, а нельзя ли для дилетанта объяснить, в чем подвох?

Кмк, при введении в камеру ЛЮБОГО вещества, температура уменьшится (т.к. новое вещество надо нагреть), а тяга увеличится (разгоняется "дополнительная" масса ). Иное дело удельная тяга, если вспомнить что это дополнительное вещество ракете надо тащить с собой

[dmdimon]

Это все понятно, однако же чисто гипотетически (цифры с потолка) - если введение 10% воды снизит параметр запасенная энергия/масса на 10%, снизит температуру в камере допустим вдвое и при этом повысит давление в камере предположим вчетверо и КПД на 10% - то мы получим выигрыш по УИ вдвое и равенство по энергии, превращенной в полезную работу. Отсюда и просьба к сведущим людям, способным ПОСЧИТАТЬ.

[goran d]

dmdimon пишет:
Это все понятно, однако же чисто гипотетически (цифры с потолка) - если введение 10% воды снизит параметр запасенная энергия/масса на 10%, снизит температуру в камере допустим вдвое и при этом повысит давление в камере предположим вчетверо и КПД на 10% - то мы получим выигрыш по УИ вдвое и равенство по энергии, превращенной в полезную работу. Отсюда и просьба к сведущим людям, способным ПОСЧИТАТЬ.

Если добавляете реакционную массу, при той же енергии, то УИ снижаетса!

[dmdimon]

Формула расчета УИ из вики (повторюсь - я дилетант здесь) -
 
как-бы намекает, что не все так просто. Что все зависит от соотношения между падением температуры, увеличением массы и увеличением давления.

Хотелось бы увидеть, если можно, именно расчет от сведущих людей.... Или более подробные объяснения.

[dmdimon]

ну первый подвох по УИ допустим я увидел - польза будет только при существенно ненулевом внешнем давлении... Но плотных слоев атмосферы никто не отменял - с одной стороны, а с другой - не УИ единым. Я понятия не имею, как считается КПД для РД...

[goran d]

Ищите в гугле cpropep-web, ето сайт который считает параметры ЖРД.

[Александр Ч.]

goran d пишет:
Ищите в гугле cpropep-web, ето сайт который считает параметры ЖРД.

http://rocketworkbench.sourceforge.net/projects.phtml

[dmdimon]

Господа, ну совершенно же непонятно, как этим всем пользоваться...

[Павел73]

dmdimon пишет:
Господа, а нельзя ли для дилетанта объяснить, в чем подвох?

А можно мне, дилетанту, попытаться объяснить?    

Если впрыснуть в раскалённую кастрюлю шприц воды, то её крышка высоко подпрыгнет и треснет экспериментатора по лбу. Если же в эту же кастрюлю впрыснуть такое же количество сжиженных водорода и кислорода, то она треснет его ТАК, что он очень скоро поймёт где он ошибался. Глядя сверху на своё тело.  

[dmdimon]

При всем моем уважении - температура выхлопа в 3500 К, свет, звук - это все - бездарное рассеяние в пространстве энергии, запасенной в паре топливо-окислитель. Я молчу о упрощении, удешевлении, облегчении и повышении надежности двигателя, которому не нужно работать на таких закритических температурах.
То-есть гипотетически (!) повышается КПД и улучшаются некоторые другие характеристики. Расплата - снижение удельной запасенной энергии. Вопрос, собственно, прост - где оптимум? Если на описанном мной графике он слева, на краю - то говорить не о чем. Но хотелось бы увидеть такой график - или какие-нибудь несколько более подробные объяснения. Спасибо за приведенную ссылку на  cproper - но его использование реально требует бэкграунда, которого у меня нет.

Интересно же, хочется понять. Как-бы не изучая двигателестроение в процессе

[Павел73]

Ракета летает за счёт отбрасывания части собственной массы. Сумма всех толчков, которые она получает при этом отбрасывании, называется тягой. Чем больше скорость отбрасываемой массы, тем выше тяга. Чем меньше частицы отбрасываемой массы, тем легче их разогнать до большой скорости; и тем меньшая масса требуется для достижения одной и той же тяги. А скорость отбрасываемых частиц тем выше, чем выше давление в камере сгорания. А давление при одной и той же массе и объёме тем выше, чем выше температура. Всё просто . Поэтому без 3500 К, света и звука - никуда. Впрочем, в космосе звука нет .

[dmdimon]

оно как-бы да, но не вполне. Я взял cproper и посмотрел adiabatic flame temperature для двух случаев - 
1) два моля водорода на моль кислорода - 3693 К
2) то-же плюс 2 моля воды - 2312 К

мы видим, что температура упала в 1,6 раза, но количество вещества увеличилось вдвое.
вспомнив с трудом уравнение Менделеева-Клайперона,  мы поймем, что давление возросло в 1,25 раза.
При этом быстрая проверка - добавление 4 молей воды и 1 моля воды - показывает, что в обоих случаях давление растет меньше (1,18 и 1,195 соответственно). То-есть есть некий оптимум (при такой методике расчета) для количества добавляемой воды, дающий максимальный прирост давления. И это количество воды - ну совсем не нулевое.

Улавливаете суть моего вопроса?

Очевидно, я считаю некорректно - т.к. это сферический конь в вакууме, причем другой породы. Хотелось бы... впрочем, я уже писал, чего )

[Кубик]

dmdimon пишет:
...1) два моля водорода на моль кислорода - 3693 К
2) то-же плюс 2 моля воды - 2312 К
...мы поймем, что давление возросло в 1,25 раза. ...
Улавливаете суть моего вопроса?
Очевидно, я считаю некорректно - т.к. это сферический конь в вакууме, причем другой породы. Хотелось бы... впрочем, я уже писал, чего )

Ракетный двигатель - не только камера. Какое бы давление в ней ни было, нужно направить истечение струи наиболее эффективно. (Представьте, что сопло вообще заткнули, что толку в давлении?)..Важна именно скорость истечения, а она определяется температурой, то есть скоростью молекул, направленно истекающих из сопла..

[dmdimon]

1) Этот момент понятен - скорость истечения струи какбы (см ниже) не может быть выше индивидуальных скоростей молекул.
Для меня неочевиден следующий вопрос - молекулы вылетают в целом хаотично, есть только некий "суммарный вектор" по оси сопла, это ведь так? Собственно вопрос - более холодный газ не будет ли "более управляемым", т.е. не будут ли в нем индивидуальные траектории более "соосны" соплу? Потому, что если будут - то проекция "суммарного вектора" на ось сопла может оказаться больше - при меньших индивидуальных скоростях молекул

2) Окей, я сразу написал, что дилетант. Но, насколько я помню, тягу РД можно посчитать и через неуравновешенное давление, нет?

[Плейшнер]

Тягу камеры можно определить как равнодействующую сил давления, действующих на внутреннюю и внешнюю поверхности камеры, или с помощью уравнения количества движения (уравнение импульсов). Оба метода широко используют для расчета тяги камеры и имеют свои характерные преимущества и недостатки. Если первый метод позволяет глубоко вникнуть в физическую сущность природы тяги, определить доли тяги,  получаемые с отдельных частей камеры, и место их приложения, оценить степень совершенства отдельных элементов камеры, то второй метод позволяет быстро определить тягу камеры, но не вскрывает механизма и природы газодинамических явлений, происходящих внутри камеры.

из учебника "Основы теории и расчета ЖРД" под ред. Кудрявцева, почему-то запомнились эти слова

[garg]

сdmdimon пишет:

мы видим, что температура упала в 1,6 раза, но количество вещества увеличилось вдвое.
вспомнив с трудом уравнение Менделеева-Клайперона, мы поймем, что давление возросло в 1,25 раза.
При этом быстрая проверка - добавление 4 молей воды и 1 моля воды - показывает, что в обоих случаях давление растет меньше (1,18 и 1,195 соответственно). То-есть есть некий оптимум (при такой методике расчета) для количества добавляемой воды, дающий максимальный прирост давления. И это количество воды - ну совсем не нулевое.

Улавливаете суть моего вопроса?

Очевидно, я считаю некорректно - т.к. это сферический конь в вакууме, причем другой породы. Хотелось бы... впрочем, я уже писал, чего )

Знаете. В ходе всего обсудения участники упускали примитивные разгромные аргументы. ВО первых - это Тяговооруженность!!!!
И вообще, давайте подем от противного, от позиции автора лучей поноса.
Давление повышать можно только за счет упрочнения стенок камер сгорания - тобишь утолщения и утяжеления - а это паразитный груз.
И хоть по физике процессов непосредственную работу совершает давление газов! - ну еще бы - не сила же мысли!, Но главная задача ракеты - достижение некой характеристической скорости. Для земли в частности - 9,5 км/с. И Формула циолковского вроде бы не затрагиваемая  бесноватым аппонентом, не опровергается - ибо вне сферы его интересов.
Так вот. Керосинчик в ракетах тоже не криогенен, плотность немногим меньше воды (0,7) - проблем мало, кислород - на самом деле, о чудо - тяжелее воды в сжиженном состоянии (а именно в таком он и везется в ракете). Теплоизоляция - всегда очень легка, а изменение соотношения квадрата - поверхности и куба объема бака меньше изменения объема. Соответственно выигрыш в весе баков меньше выигрыша в плотности. К тому же еще нужно учитывать несущую функцию корпуса или баков.  Единственное существующий компонент топлива которое радикально имеет малую плотность -  тот же водород. (0,07).
 Но вернемся к вашим цифрам. - давление выросло в 1,25 раза - допустим соответственно выросла тяга, а движок не стал тяжелее -ибо мы снизили температуру, ракету можно сделать тяжелее на ту же величину. Температура упала в 1,6 раза - скорость истечения газов - в 1,26 раза. (как корень от температуры).
В баках и сопромате не разбираюсь, потому примем что теоритически масса пустой ракеты 10 тонн. На старте имела раньше массу 100 тонн, теперь с водой -125 тонн. По прикидкам на глаз и википедию водородные ступени по конструкции в 1,2 раза тяжелее керосиновых, а те допустим в 1,2 раза тяжелее просто водяных, округлим до 1,5 крат, так и выходит. (62,5 тонны водородных - 6 тонн сухой и 62,5 тонны водных - 4 тонны сухих)
Теперь посмотрим на удельный импульс - стехеометрический кислород+водород 428 с или 4200 м/с
в движках за счет избытка водорода достигли 460 с или 4500 м/с
Если мы греем вместо лишнего водорода воду - то получаем стехеометрию по горючему (для максимальной энергии на еденицу криогенного топлива) и импульс из рассуждений выше 4200 м/с / 1,26 = 3330 м/с.
И это я считаю по вакууму! - который как известно из практики и теории всех видов максимально выгоден для всех видов реактивных движков - разница как говорится будет показательнее.
Теперь финишные подстчеты!!! -
Плюсы воды: при соотношениии 1:1 (автор так хотел вообще гораздо больше воды чем горючки - но  dmdimon - сам посчитал что оптимум не там!!!)
давление выше на 1,25 раза - и тяга так же. 
На столько же легче конструкция при равной мощности или дучше соотношение конструкция /топливо
Минусы: ниже в 1,26 скорость истечения - на нее по мощности автору пофиг, но она важна для расчета характеристической скорости конструкции по Циолковскому (даже если автор отвергает физическую правдивость, он не может отвергать что до сих пор эмпирически она работала)
Теперь самое главное - ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКАЯ СКОРОСТЬ - ибо гравитации  насрать пар, водород или фотонный двигатель - ей главное достижение космической скорости.
 Дальше Считаем без полезной нагрузки, что если честно нехорошо, но так нагляднее по дельте скорости и в одну ступень (ибо грааль космонавтики) 
По формуле циолковского это произведение скорости истечения газов, на натуральный логарифм соотношения начальной массы к конечной!
Итого первая ракета 4500*ln(100/10) = 10360 м/с - выйдет на орбиту и даже груз прихватит пусть и маленький. 
Вторая 3330*ln(125/10)= 8410 м/с - на орбиту не выйдет даже пустой

 Вот и результат. Вроде бы двигатель кажется мощнее, ракета легче, а летит она как оказалось гораздо хуже.
Спецам просьба не возбухать по поводу примитивизма, считал самым дубовым способом, чтобы было понятно даже школию если в нем проснется совесть или интерес к чужому мнению. 

[garg]

Да, забыл добавить - термический КПД как мы видим подрос. топлива используется 0,63 от начального количества, а скорость 0,8 от начального, налицо рост. Вот только он в данном случае как корове пятая нога.
Как двигатель стирлинга несмотря на лучший среди построенных термических двигателей по показателю КПД не имеет применения практически нигде кроме узкоспециализированных ниш где есть лимит на энергию, но нет на массу и громоздкость.  Так и здесь - идея сама по себе годная, но в ракетной технике нахрен никому не нуная. (реактивная наземная моет тем не менее с успехом пользоваться) Так что пусть автор и типа и специалист, но ориентацию видимо потерял. Теперь ищет себя во всяких извращениях. Но это как говорится чума нашего времени, развелось всяких.... кхм, не будем упоминать,ато еще набегут.

[Павел73]

dmdimon пишет:
оно как-бы да, но не вполне. Я взял cproper и посмотрел adiabatic flame temperature для двух случаев -
1) два моля водорода на моль кислорода - 3693 К
2) то-же плюс 2 моля воды - 2312 К
мы видим, что температура упала в 1,6 раза, но количество вещества увеличилось вдвое.
вспомнив с трудом уравнение Менделеева-Клайперона, мы поймем, что давление возросло в 1,25 раза....

А теперь впрысните вместо воды такое же количество водорода и кислорода, из которых эта вода состоит. Что будет с давлением? Может вода-то и не нужна?

[dmdimon]

В целом спасибо, довольно доходчиво)
Но вот этот момент:

garg пишет: термический КПД как мы видим подрос. топлива используется 0,63 от начального количества, а скорость 0,8 от начального, налицо рост.

возвращает меня к изначальному вопросу - где же оптимум? Может, если мы используем 0,9 топлива, мы получим скорость 1,05? Цифры с потолка, естественно. Я веду к тому, что если у процесса есть два параметра, один из которых растет, а другой - падает - неплохо бы убедиться, что оптимум находится в ожидаемом всеми месте.

Павел73 пишет:А теперь впрысните вместо воды  такое же количество водорода и кислорода , из которых эта вода состоит. Что будет с давлением? Может вода-то и не нужна?

Убедительно ) Но если (см выше) добавление воды поднимает КПД двигателя и там существует некраевой оптимум в отношении (процентаж воды)/ХС - то может оказаться, что идея топикстартера содержит рациональное зерно.

Собственно, вопрос возвращается к построению графика процентаж воды/ХС - о котором, (безграмотно сформулировав), я спрашивал в самом начале

[Павел73]

dmdimon пишет:
Но если (см выше) добавление воды поднимает КПД двигателя и там существует некраевой оптимум в отношении (процентаж воды)/ХС - то может оказаться, что идея топикстартера содержит рациональное зерно.

Такого оптимума быть не может, потому что вода не даёт, а только отнимает энергию у топлива (её нужно испарить и разогреть этот пар, чтобы поднять давление) и только ухудшает удельный импульс (важнейшая характеристика двигателя!). Если же вы воду замените такой же порцией топлива, то она ничего не отнимет, ибо энергия для его испарения и разогрева заключена в нём самом. Единственное рациональное зерно - некоторое увеличение количества водорода (в случае кислородно-водородного топлива) по сравнению со стехиометрическим, для уменьшения общей молекулярной массы истекающих из сопла газов; и за счёт этого увеличения скорости истечения и, соответственно, удельного импульса двигателя.