паровые двигатели

[garg]

Павел, вы вобщем то правы, как и другие высказывающиеся в данном ключе. Но как уже говорилось кем то из адекватных пользователей, без расчета, пусть даже приблизительного - но зато показательного - сие словоблудие, тем более что не разобравшийся в математике и физике процесса человек не поймет довода. Или поймет на уровне верю/неверю - что уже не наука. И многие к сожалению этим грешат. Науку принимают или навязывают как догмы. Требуют расчета от неадеквата, лень самому привести раскладку по полочкам - и ткнуть носом изобретателя лучей поноса, либо найти что есть заковырка требующая рассмотрения.
Остальное не о разума а от лени пятой точки.

Теперь по вопросу dmdimon.
Во первых топикстартер честно говоря не выглядит автором патента - скорее примазывается - в патенте пусть изложен и фиговый по результату механизм - но язык и представление физики почти адекватные. Тот же персонаж показывает либо сильно прогрессирующий маразм, либо школьный спермотоксикоз мозга. - у него физическая картина мира как у кухарки в лучшем случае.
По механике - мы если честно неправильно подходим к вопросу.
Нельзя  для сравнения разных типов повышать давление или расход топлива -  при условии почти равного конструктива этого посто не потянет топливный насос-турбина.  Да и подсчет становится вести в условиях форума нереально, слишком большие должны быть выкладки.
Тогда что остается для сравнения?  При равном количестве прокачиваемого вещества (топливо+окислитель+вода) - сравнение удельного импульса на разных соотношениях. - ибо при равной мощности - и тяжести ракеты он определяет скорость и соответственно полезную нагрузку. - это я показал уже.
Так вот по вами же найденной формуле импульс пропорционален корню температуры и обратно пропорционален корню молекулярной массе продуктов. В случае водород+кислород  вода не меняет молекулярную массу при стехеометрии и увеличивает при применяющейся схеме избытка водорода. температура же всегда падает при дабавлении балластного рабочего тела. Вывод - абсолютно любое количество воды всегда ухудшит характеристики двигателя. 
Потому и применяется избыток водорода - теплоемкость мала - и гораздо меньше тепла отбирается на разогрев баластной массы - а молекулярная масса рабочего тела падает - импульс растет - ПРОФИТ.
Теперь рассмотрим керосиновые движки
В случае с керосином и другими углеводородами - средняя молекулярная масса продуктов горения при стехиометрии (44+2*18)/3=26,6 - вода вроде как легче - 18 и должна снижать при добавлении молекулярную массу - увеличивать импульс.
Но здесь есть хитрость.
Добавление лишнего углеводородного топлива дает радикалы Х(СН2) + У(Н2) или СН2 + СН4 и массой С12+2Н=<14!!! - что меньше воды полюбому и значит вода здесь опять в пролете и не эффективна.

[garg]

Хм, глюки не дали дописать в предыдущем посте. Так вот, варианты с добавлением неактивного вещества уже есть. Есть еще третий вариант - теперь уже рабочий трехкомпонентное топливо. и если делать балластом третий компонент - то это водород. Керосин+кислород+водород - РД 701 - почитайте в вики. Остальное технически гораздо сложнее  хотя и может нести профит. Черт - не работает Энтер потому продолжаю в ряд:        Явные фактологические ошибки фаната Стимпанка: Расширение воды в 1600 раз - это нифига не рабочий вариант так как это при давлении в 1 атмосферу - а нужно 100 - 200 атмосфер - иначе как будет летать ракета без давления? - а при таких давлениях плотность пара 55 - 100 кг/м^3 - соответственно расширение воды будет меньше чем в 20 раз - жалкая цифра не правда ли? При этом температура 320 - 370 градусов Цельсия. - нагрев уже повыше декларируемых 100 с хвостиком.  Потом - это носитель ответов на все (42 в нике намекает на хромое подобие тролля) нигде не задумывается что ракета должна везти все топливо на себе, и форсируя движок на 30% - увеличивает массу рабочего тела в 2 - 2,5 раза. Как по вашему - ракета в отличие от самолета состоящая из топлива на 90%  а не 20 -30%  - после такого взлетит? - при том что у нее нет спасающей самолеты подъемной силы крыльев? Дальнейшие перлы чуда рассматривать с ходу сложнее - но в корне они не менее глупы. В итоге мы не топлива не съэкономим за счет дешевой воды, не нагрузку не повысим. Все финиш, занавес. Надеюсь мои излияния помогли разобраться в вопросе не специалистам, и не уморили до разрыва животиков специалистов.

[dmdimon]

Павел73 пишет: 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

Павел, мы начинаем ходить по кругу    Я все понимаю и согласен с вышеприведенной цитатой - но ЕСЛИ впрыск воды повышает КПД, то оптимум искать надо. Потому, что если КПД повысился - значит, то-же количество топлива произведет бОльшую полезную работу, в данном случае - например поднимет ту-же массу на бОльшую высоту (разгонит до большей скорости) - т.к. это и есть смысл КПД (в данном случае). Или меньшее количество топлива произведет ту-же работу. Между этими двумя состояниями вполне может оказаться точка оптимума - когда топлива несколько меньше, а работы - больше.
Выкладки garg показывают, что КПД вроде как повышается.

Оговорюсь сразу - как считать КПД для РД (скорее для ракеты в целом) - мне неизвестно.

[dmdimon]

garg, во-первых - спасибо, все в целом понятно. Кстати, топикстартерские заморочки меня вообще не интригуют, хотя насчет 42 вы подметили прикольно, завидую зоркости )

Но есть нюансы, которые...
смотрите:

garg пишет:
Тогда что остается для сравнения?При равном количестве прокачиваемого вещества (топливо+окислитель+вода) - сравнение удельного импульса на разных соотношениях. - ибо при равной мощности - и тяжести ракеты он определяет скорость и соответственно полезную нагрузку. - это я показал уже.

вот этот момент фактически является ключевым в вашей цепочке - вы выбираете УИ как единственный параметр для оценки двигателя(и постулируете неизменность мощности и общей массы). Но ведь это очевидно неверно - никто не взлетает на ионниках или лазерных указках. При этом есть лазеры, отдающие гигаватты, если не петаватты в импульсе - но с реактивным моментом у них не очень. Но это скорее отступление.
второе отступление - вы сами посчитали, что тяга не будет неизменной.
третье отступление - почему масса должна быть неизменной?

На всякий случай повторюсь - я не спорю ради спора, я действительно хотел бы понять.
Вот я постом выше Павлу написал насчет КПД и оптимума. Я, как абсолютный дилетант, не знаю, из чего складывается КПД ракеты. Но физический смысл КПД в данном случае заставляет меня крепко призадуматься.

Согласитесь, если КПД выше - значит, для разгона той-же массы нужно меньше топлива. А то-же количество топлива разгонит до заданной скорости несколько большую массу. ЧАСТЬ этой несколько большей массы - может быть водой. Вроде все так, нет?

[garg]

dmdimon пишет:

Павел73 пишет: 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

Павел, мы начинаем ходить по кругу      Я все понимаю и согласен с вышеприведенной цитатой - но ЕСЛИ впрыск воды повышает КПД, то оптимум искать надо. Потому, что если КПД повысился - значит, то-же количество топлива произведет бОльшую полезную работу, в данном случае - нсть смысл КПД (в данном случае). Или меньшее количество топлива произведет ту-же работу. Между этими двумя состояниями вполне может оказаться точка оптимума - когда топлива несколько меньше, а работы - больше.апример поднимет ту-же массу на бОльшую высоту (разгонит до большей скорости) - т.к. это и есть смысл КПД (в данном случае). Или меньшее количество топлива произведет ту-же работу. Между этими двумя состояниями вполне может оказаться точка оптимума - когда топлива несколько меньше, а работы - больше.
Выкладки garg показывают, что КПД вроде как повышается.

Оговорюсь сразу - как считать КПД для РД (скорее для ракеты в целом) - мне неизвестно.

Я выкладки писал на вскидку, и теперь вижу что это неправильный метод. Это нельзя считать результатом, потому как для ракет важен другой результат - посмотрите свежие выкладки - там даже считать почти не требуется.
Оптимум в вашем понимании возможен когда функция имеет где то экстремум посередине возможных значений. Я уже рассмотрел что функция является постоянно убывающей, и следовательно оптимум - это отсутствие воды в процессе. 
Те исторические примеры что приводил недотролль - действуют в иных физических условиях - там есть подъемная сила крыла или внешний поток вещества, в РД - этого нет. Потому условный рост Идеального КПД - в ракете как изделии, а не как движок на наземном стенде - ведет только к общему падению КПД системы в целом.
Если непонятно - поинтересуйтесь на форуме авиаторов - а почему даже на винтовые самолеты не ставят двигатель Стирлинга. Если вас не закидают калом до макушки и найдется честный не зажравшийся знаток - то вам пояснят что такое границы применимости техники.
Или почему до сих пор не летают пассажирские или хотя бы кукурузники на электродвижках - у тех то КПД больше 90%

Не, подумал и понял - вру - первые выкладки тоже вполне показательны  - тепловой КПД хоть и вырос - а толку нету, а если увеличить все до степени когда оно полетит и долетит - все станет настолько дороже (движок и конструкции тоже ведь увеличатся и подоражают) - что экономический КПД тоже рухнет в бездну.
Короче - народная мудрость тут как никогда подтвердилась - водою сыт не будешь.

[dmdimon]

как-то мы несколько рассинхронизировались в ответах)

garg пишет:  Я уже рассмотрел что функция является постоянно убывающей, и следовательно оптимум - это отсутствие воды в процессе.

Если взять УИ как целевой параметр оптимизации - безусловно. Но для меня неочевидно, что УИ является единственным определяющим параметром.

условный рост Идеального КПД - в ракете как изделии, а не как движок на наземном стенде - ведет только к общему падению КПД системы в целом.

Вот вы знаете, это для меня неочевидно, честно говоря. С моей точки зрения - это надо проверять.

Если непонятно - поинтересуйтесь на форуме авиаторов - а почему даже на винтовые самолеты не ставят двигатель Стирлинга. Если вас не закидают калом до макушки и найдется честный не зажравшийся знаток - то вам пояснят что такое границы применимости техники.

Я где-то в чем-то инженер-конструктор по диплому, так что о границах применимости догадываюсь

Или почему до сих пор не летают пассажирские или хотя бы кукурузники на электродвижках - у тех то КПД больше 90%

вот тут я бы не зарекался, да и ситуация иная - совсем не двигатель является узким местом.

[garg]

dmdimon пишет:
  Если взять УИ как целевой параметр оптимизации - безусловно. Но для меня неочевидно, что УИ является единственным определяющим параметром.

 Вот вы знаете, это для меня неочевидно, честно говоря. С моей точки зрения - это надо проверять.

А давайте подумаем что нам надо от ракеты. По факту.
Развить скорость чтобы выйти на орбиту.
В формуле скорости какие определяющие величины? УИ, конструкционное совершенство - тобишь соотношение массы заправленой ракеты к пустой.
Все, всего два показателя!
Первый рассмотрели, и второй кстати тоже, но освежу вам память.
баки уже давно составляют всего 5-7%  от массы топлива. Воду везти в тоже надо в баках - и они не легче обычных топливных. И чтобы экономия на баках хоть как то проявилась, надо дохрена воды. но как я уже посчитал - импульс при этом проваливается не на еденицы процентов а на десятки - минус на порядки больше плюсов.
Давление на которое нажимает автор вообще мало где фигурирует. И в реальных движках его повышают для повышения ИМПУЛЬСА - а не тяги.
И опять к коренным ошибкам автора - он предлагает повысить расход жидкости в разы увеличивая тягу всего на десятки процентов. 
Вы понимаете что ракеты и так летают на границе возможностей, и понижать удельную мощность - это значит затруднить или сделать невозможным  отрыв от земли.
Если вам все еще кажется что где то есть возможность выиграть за счет воды - посчитайте. Вы сами инженер, а не беллетрист. Все необходимые формулы в теме есть, если чего не хватает - вики в помощь. 
Если собственные расчеты вас не убедят, то это финиш. Если они покажут плюс - сделайте проверку и по тому же методу пересчитайте обычную ракету без воды. Только учтите - что  для адекватного сравнения должны быть где то константы, да и не одна. И учтите что техника не потерпит безнказанного увеличения напряжения за счет повышения давления. 
Так что бумага на стол, карандаш/ручка в зубы, калькулятор в руку - и считайте.

[dmdimon]

garg пишет:
А давайте подумаем что нам надо от ракеты. По факту.
Развить скорость чтобы выйти на орбиту.
В формуле скорости какие определяющие величины? УИ, конструкционное совершенство - тобишь соотношение массы заправленой ракеты к пустой.
Все, всего два показателя!

Спасибо, вопросы сняты.

[rovlan42]

Это после впрыска воды в газы. То же будет и после впрыска воды в РД работающий на любом топливе.

[rovlan42]

Ещё пример с водой.
Мощность взрыва любого снаряда-боевого или для взрывных работ
с водой будет выше чем без воды. 
Это понятно?

Ведь без воды и не туды и не сюды.

[Плейшнер]

rovlan42 пишет:
Мощность взрыва любого снаряда-боевого или для взрывных работ
 с водой будет выше чем без воды.

Главное не переборщить, а то так рванет..

[Кубик]

rovlan42 пишет:
Ещё пример с водой.
Мощность взрыва любого снаряда-боевого или для взрывных работ
с водой будет выше чем без воды.
Это понятно?
Ведь без воды и не туды и не сюды.

Никак не понятно - мощность, а точнее энергия определяется её поставщиком - ВВ. Вода может служить передатчиком энергии по назначению, что используют, к примеру, при штамповке взрывом, т.е, имеется увеличение эффективности для определённых условий, но для РД (и боевых снарядов) это не доказано, в том числе и вашими чайниками...
P.S. Вчера эту тему даже поиском по сайту не мог найти... :cry:

[rovlan42]

Кубик пишет:
Никак не понятно - мощность, а точнее энергия определяется её поставщиком - ВВ. Вода может служить передатчиком энергии по назначению, что используют, к примеру, при штамповке взрывом,

При штамповке взрывом вода остаётся водой. Через неё давление ВВ передаётся на поверхность детали.
А при использовании воды в РД или снарядах она при большом давлении и температуре превращается в источник дополнительного давления. 
Многих пугает большая теплоёмкость воды, но забывают они что это при атмосферном давлении.
При сжатии теплоёмкость её уменьшается.
Повысится или уменьшится общее давление парогазовой смеси после введения воды в газы?
Наверное понятно что это зависит от теплотворной способности газов, их количества и количества впрыскиваемой или находящейся внутри заряда ВВ воды.
И это дополнительное давление паров воды в смеси с газами, от которых на её испарение отнято количество тепла и привело к снижению парциального давления газов может в зависимости от теплотворной способности топлива повышать или снижать общее давление образовавшегося рабочего тела  - парогазовой смеси.
У порохов не высокая энтальпия-количество выделяемого тепла, поэтому количество воды будет не более половины замещаемого ей количества ВВ
ВВ в газопаровом заряде меньше чем в обычном заряде, а мощность, энергия, а правильнее сила давления будет примерно такой же. Это можно посчитать. 
У всех ракетных топлив  в разы теплотворная способность выше чем у порохов.
Поэтому количество воды в продукты сгорания РТ можно подавать в большем количестве -до 80%, Например в паре водород-кислород. Надеюсь понятно, что замещение  РТ водой в массовом выражении обеспечит тоже давление что и без воды и тот же УИ что и без воды так как УИ зависит больше от от давления газопаровой смеси чем от температуры как в моногамных продуктах.сграния.
Все в теории РД показатели совершенства РД, формулы и коэффициенты справедливы только для расчётов без воды.
Замутили  голову использованием УИ - параметром времени в секундах для измерения силы в кГ,которая воздействуя на закритическую поверхность сопла в см2 создаёт не имульс - кратковременное воздействие как в заряде ВВ а постоянне усилие СИЛОЙ.
Это новое, очевидное и доказанное на других типах  тепловых дигателей и для них невероятное и вводит "горе специалистов" в бешенство.
У них температура совершает работу, а не давление, которое хоть и есть под квадратнымым корнем в формуле, но слабовато влияет на толкающую силу- извините тягу? 
Тяга это когда тянет, а не толкает. Почему не выражаться правильно?

Использовать уравнение Клапейрона-Менделеева предусмотренное для идеальных газов в данном случае - для смеси газов - паров воды с продуктами сгорания РТ не допустимо!!!
А то что ты " Вчера эту тему даже поиском по сайту не мог найти.." указывает на то, что использование воды в циклах тепловых двигателей обладает новизной, требует грамотного изучения и понимания, что ничего не стоит на месте. 
А нападки на меня прикидывающихся специалистами расчётчиками "ракетчиками", верующих в незыблимость того чему их учили, лишь доказательство моей правоты и их бездарности.
Думаю внятно растолковал для желающих понять смысл всех моих изобретений на тему - газопаровые циклы тепловых двигателей.

[rovlan42]

Характеристики ЖРД НМ60 и  SSME
НМ 60   
SSME

Тяга в вакууме, кН   
900   
2090  Тяга в 2 с лишним раза

Тяга на уровне моря, кН   
715   
1700

Удельный импульс в вакууме, Нс/кг   
4364   
4462                а импульс лишь на 20%
 
Удельный импульс на уровне моря, Нс/кг   
3423   
3559

Соотношение компонентов   
5,1   
6,0

Давление в камере сгорания, х 105 Па   
100   
207                   давление в 2 раза         
Отношение площадей   
110,5   
77,5

Суммарный массовый расход, кг/с   
206   
468                    и суммарный массовый в 2 с лишним раза

Массовый расход газогенератора, кг/с   
7,06   
248

Расход сбрасываемого охладителя (Н2), кг/с   
1,93   
-

Давление на выходе из насоса окислителя, х 105 Па   
125,7   

319(52 
 
Длина, м   
4,0   
4,24

Диаметр среза сопла, м   
2,52   
2,39

Время работы двигателя, с   
291   
480

Масса, кг   
1300 
3002
 
Это реальные данные.
Ну и какой вывод ?
Во втором увеличилась отбрасываемая масса в 2 раза и тяга в 2 раза, а скорость отбрасывания массы лишь на 20%.

Вопрос простой. Какой двигатель эффективнее?

[НИИзнайка]

Уважаемый rovlan42, 
Давайте как-то систематизируем на основе общепризнанного, полагаю, и Вами тоже.

Формулу  признаём ?

Напишите как впрыск воды влияет на I, для газов-продуктов сгорания есть приблизительная формула,
 
где Tk — температура газа в камере сгорания (разложения); pk и pa — давление газа соответственно в камере сгорания и на выходе из сопла; М — молекулярный вес газа в камере сгорания; u — коэффициент, характеризующий теплофизические свойства газа в камере (обычно u ≈ 15). 
Какая по Вашему мнению будет поправка на впрыск воды, хотя бы приблизительно, может коэфициенты а может вообще иной вид формулы.
Можно не формулой (особенно если не вывели даже для себя или секретничаете) а ряд значений, допустим, для пары топлива керосин+кислород и процента воды. 
Массу же, изменившуюся, в формулу Циолковского подставим легко.


Кстати, по поводу картинки со скороваркой. Пусть в ней будет не вода а жидкие кислород и водород. При их реакции картинка внешне будет не менее впечатляющей. При этом без подвода тепла извне, что очень важно.

[НИИзнайка]

...создаёт не имульс - кратковременное воздействие как в заряде ВВ а постоянне усилие СИЛОЙ.

хммм... а почему понятие импульс используем в вульгарно-бытовом симысле?
Еще напишите что "ракета струей отталкивается от воздуха".

Ну или в самом деле - предоставьте свою формулу реактивного движения.

[Валерий Ефимов]

rovlan42 пишет:

 Вопрос простой. Какой двигатель эффективнее?

Первый параметр эффективности это тяга(F), тяга выше у того у кого выше давление в камере сгорания(внутренний параметр), второй параметр это скорость истечения рабочего тела(u), несмотря на то что этот параметр уже вошёл в тягу.
то есть эффективность(E) это E ~ F * u .
Можно включить сюда и площадь двигателя тогда эффективность:  
E ~ (F * u)/S

Возможно есть более точные параметры для оценки эффективности, пусть меня поправит кто знает.

[Кубик]

НИИзнайка пишет:
Кстати, по поводу картинки со скороваркой. Пусть в ней будет не вода а жидкие
кислород и водород. При их реакции картинка внешне будет не менее впечатляющей.
При этом без подвода тепла извне  :?:  , что очень важно.

Наукой доказано - без присутствия воды, пусть в мизерных количествах, реакция не пойдёт! Тут rovlan42   прав - ни туды и ни сюды...  

[Павел73]

rovlan42 пишет:
Это после впрыска воды в газы. То же будет и после впрыска воды в РД работающий на любом топливе.

А теперь впрысните вместо воды такое же количество водорода и кислорода, из которых она состоит.

[Ded]

rovlan42 пишет:

Ещё пример с водой.
 Мощность взрыва любого снаряда-боевого или для взрывных работ 
 с водой будет выше чем без воды. 
 Это понятно?
 
 Ведь без воды и не туды и не сюды.

Может быть, речь идет о влажности взрывчатки.

Ищем мелигнит и видим...