Содержание
Проблема охлаждения ЖРД F-1 (изложение в 10 строк)
«Говоря профессиональным языком, у нас проблема обеспечения местного теплосъема в критическом сечении.
С одной стороны, тепловой поток Q ≈ 13 МВт/м²
Толщина стенки δст ≈ 0,457мм; теплопроводность λст ≈ 23,83 Вт/м·К
Тогда αст = 23,83/0,000457 ≈ 52144 МВт/м²·К
Перепад температур на стенке ΔТст = 13000000/52144 ≈ 249ºК
Тогда внутренняя температура стенки трубки Тст.ж≈ 797 — 249 = 548ºК
И вот теперь нам осталась малость: найти температуру керосина, вернее – такой перепад между температурой керосина и внутренней стенкой, при котором теплоотдача составит те самые 13МВт/м².
Проблема лежит в той плоскости, что коэффициент теплоотдачи от стенки в керосин αж крайне мал.
Согласно американским оценкам, для аналогичного двигателя, — всего 22522 МВт/м²·К
Тогда Тст.
ж≈ 548 — 13000000/22522 ≈ –29ºК т.е. ниже абсолютного нуля по Кельвину!»
Чтобы керосин мог охладить рубашку охлаждения в F-1, его температура должны быть -150 градусов Цельсия, что, разумеется, невозможно. Данные взяты из статьи А.Велюрова «Открытое письмо НАСА-зависимым».
В этом коротком тексте нет ни одной цифры, которая бы не была подкреплена источниками НАСА.
13 МВт/м2 (8 BTU/in2*sec) — тепловой поток в критическом сечении двигателя F-1,
(«Advanced regenerative cooling techniques for future space transportation systems», AIAA/SAE, 1975 г., fig.8)
0.457 мм — толщина стенок трубок рубашки охлаждения F-1(«Liquid rocket engine fluid-cooled combustion chambers», 1972, NASA (SP-8087))
23,83 Вт/м*K — теплопроводность сплава Инконель X750 («Design of liquid propellant rocket engines», NASA, 1967 (SP-125)), по другим данным — 19,2 Вт/м*К (INCONEL® alloy X-750 (UNS N07750/W. Nr. 2.4669) Special Metals Corporation, U.S.A.)
22522 МВт/м2 — коэфф.
теплоотдачи от стенки в керосин для двигателя H-1b (расчитанное значение по данным статьи А.Велюрова).
Дополнение.
Система охлаждения двигателя F-1 спроектирована значительно хуже системы охлаждения двигателя H-1b, его предшественника, так как
-толщина трубок рубашки охлаждения у F-1 — 0.457 мм, у H-1b — 0.3 мм (чем тоньше трубки, тем больший тепловой поток они пропустят при прочих равных)
-теплопроводность сплава Инконель X750 19,2 Вт/м*К против 21,4 Вт/м*К у стали H-1b
-проходной диаметр трубок рубашки охлаждения F-1 — 20.1 мм против 6.1 мм у H-1b (чем больше проходной диаметр, тем хуже возможности охлаждения)
-через систему охлаждения F-1 прокачивается не весь объем керосина, поступающего в двигатель, как в H-1b, а лишь 70%.
В общем, у системы охлаждения F-1 нет никаких конструктивных возможностей пропускать через себя поток 13МВт/м2, так как она хуже рубашки охлаждения H-1b, способной пропускать лишь 10 МВт/м2
«Винтовой двигатель» инженера НАСА нарушает законы физики
Каждому действию соответствует равная и противоположная реакция: третий закон динамики.
Это принцип, на котором основаны космические ракеты, которые сжигают топливо в одном направлении, чтобы лететь в противоположном.
Однако инженер НАСА считает, что сможет доставить нас к звездам без какого-либо топлива благодаря специальному винтовому двигателю. Двигатель, который станет основой всех космических кораблей будущего.
Нарисованный Дэвидом Бернсом из Центра космических полетов им. Маршалла в Алабаме, «винтовой двигатель» использует эффекты изменения массы, происходящие на скоростях, близких к скорости света. Бернс опубликовал документ с описанием концепции на сервере технических отчетов НАСА.
Излишне говорить, что его работа была встречена с некоторым скептицизмом со стороны коллег, но Бернс считает, что концепция действительна и заложит основу для многих будущих космических двигателей. «Если кто-то докажет, что это не работает, у меня не будет проблем с тем, чтобы изменить свое мнение, но этот вариант тоже стоит изучить», — говорит он.
Как работает винтовой двигатель?
Чтобы понять принцип работы винтового двигателя Бернса, попробуйте представить коробку на поверхности, не имеющей трения. Внутри коробки есть планка, вокруг которой проходит кольцо. Если импульс внутри коробки толкает кольцо, оно будет скользить вперед, когда коробка движется в противоположном направлении. Как только вы ударите по краю коробки, кольцо вернется, и коробка тоже, изменив свое направление. В нормальных условиях третий закон динамики вызывает колебания кольца справа налево.
Но что произошло бы, спрашивает Бернс, если бы масса кольца была больше, когда оно движется в одном направлении, и меньше, когда оно возвращается в противоположном направлении? На самом деле действие было бы больше, чем противодействие, третий закон динамики был бы обойден, и коробка двигалась бы все дальше и дальше вперед.
Как это кольцо может изменить свою массу?
Это не «запрещено» физикой. Специальная теория относительности Эйнштейна говорит, что объект набирает массу по мере приближения к скорости света (эффект, который можно минимально продемонстрировать с помощью современных ускорителей частиц).
На самом деле, если мы заменим кольцо в коробке на ускоритель частиц, мы получим результат. Ионы внутри кольца будут двигаться со скоростью, близкой к скорости света (увеличивая массу), когда он движется в одном направлении, и замедляя их (уменьшая массу), когда они движутся в другом.
Это можно сделать еще лучше
Бернс считает, что система была бы еще более эффективной, если бы в ней не было палки и кольца, а все заменили бы одним ускорителем частиц в форме спирали, способным сделать частицы совершают как поперечное, так и продольное движение: именно спиральное движение.
Что с коробкой?
Полагаю, потребуется довольно большой. Неслучайно размеры этого двигателя порядка 200 метров в длину и 12 в диаметре. Требуемая энергия также огромна, согласно расчетам: требуется 165 мегаватт энергии, чтобы создать тягу, равную 1 ньютону (это сила, которую мы используем, чтобы нажать клавишу на клавиатуре).
По этой причине двигатель может работать только в «большой коробке без трения» (или почти): космическом пространстве.
«При должном количестве времени и энергии этот двигатель мог бы достичь 99 процентов скорости света в космосе», — говорит Бернс.
В конце 70-х годов американский изобретатель Роберт Кук запатентовал конструкцию двигателя, способного, по его словам, преобразовывать центробежную силу в поступательное движение.
30 лет спустя, в начале 2000-х годов, английский изобретатель Роджер Шойер предложил ЭМ-привод, способный преобразовать его в наддув из микроволн.
Прототип EM Drive
В январе 2017 года магнитный двигатель, разработанный в лаборатории НАСА Eagleworks, казалось, попал в цель, но более подробные испытания выявили конструктивную ошибку в этих магнитных двигательных установках. Феномен, также известный как «как отлить двигатель».
Ни одна из концепций еще не была успешно протестирована: обе признаны невозможными из-за нарушения ключевого закона физики, закона сохранения углового момента.
Martin Tajmar Технологический университет Дрездена в Германии протестировал ЭМ-привод (безуспешно) и считает, что винтовой двигатель, вероятно, будет иметь те же проблемы.
«На мой взгляд, никакая инерционная двигательная установка никогда не будет работать в космических условиях», — говорит он.
Принцип работы этого невозможного двигателя соответствует специальной теории относительности, что делает его особенным, но «к сожалению, всегда необходимо учитывать механизм действия-противодействия».
Бернс работал самостоятельно и признает, что модель двигателя довольно неэффективна. Тем не менее, он не наносит ущерба принципу и считает, что есть потенциал для улучшения.
«Я знаю о рисках, связанных с внедрением таких технологий, как холодный синтез или электромагнитный привод», Он говорит. «Я знаю, что о моей репутации будут спорить, но ты должен рискнуть, если хочешь изобрести что-то новое» .
Такое впечатление, что находишься перед очень интересными идеями крайне зачаточного проекта. Все идеи присутствуют, но целое кажется преждевременным.
Возможно, что касается работы Бернса через 500 лет и более, инженеры будущего, созданного для межзвездных путешествий, увидят в его проектах то, что мы видим сегодня, когда нас посадят перед вертолетом конструкции Леонардо.
Этот космический двигатель нарушает законы физики. Но тест НАСА говорит, что это все равно работает. – Emerging Science News
Ученые НАСА мечтали о новом типе двигателя, который мог бы доставить астронавтов на Марс за 70 дней без сжигания топлива. Теперь в новой статье, опубликованной в рецензируемом Journal of Propulsion and Power, говорится, что это действительно может сработать.
В документе, написанном учеными из лаборатории NASA Eagleworks Laboratories, была протестирована электромагнитная двигательная установка, или «ЭМ-привод», которая создает небольшую тягу, просто отражая микроволны вокруг конической медной камеры. Топливо не поступает, выхлоп не выходит, и все же каким-то образом двигатель может заставить вещи двигаться.
Если вы думаете, что новости звучат слишком хорошо, чтобы быть правдой, у вас хорошее чутье — так может быть. Этот «невозможный» бестопливный двигатель, похоже, нарушает один из фундаментальных законов физики.
Что сказать?
Вернитесь к школьному классу естественных наук.
Отводите глаза от неудачных причесок и прыщей, если это необходимо, и старайтесь сосредоточиться на том, что написано на доске: на каждое действие есть равная и противоположная реакция.
Это третий закон движения Ньютона. Этот принцип объясняет, почему при нажатии на стену фигурист отскакивает в противоположном направлении. Это также объясняет, как работают реактивные двигатели: поскольку горячие газы выбрасываются из задней части самолета, они создают силу тяги, которая двигает самолет вперед.
Но привод ЭМ так не работает. Его толчок, похоже, возникает из-за ударов фотонов о стенки медной полости. Это все равно, что двигать машину вперед, просто ударившись о лобовое стекло.
И это работает?
Согласно новой газете, да. Ученые Eagleworks сообщают, что их машина генерировала 1,2 миллиньютона тяги на киловатт закачанного электричества. (Это электричество могло бы поступать от солнечных батарей в гипотетическом космическом корабле.) Это часть тяги, создаваемой легкими ионными двигателями, которые сейчас используются во многих космических кораблях НАСА.
, National Geographic отмечает, но это гораздо больше, чем несколько микро ньютонов на киловатт, производимых легкими парусами, проверенной технологией, которая создает тягу, используя солнечное излучение.
Откуда пришла эта идея?
Впервые идея электромагнитного привода была опубликована десять лет назад британским инженером Роджером Шойером. Он утверждал , что двигатель на самом деле не является «безреактивным» — вместо этого, как он утверждал, тяга исходит от радиационного давления. Микроволны внутри полости создают дисбаланс излучения, который давит на стены и создает тягу.
Идея была разрекламирована в заголовках и выплеснулась на обложку журнала New Scientist , но большинство ученых были и остаются настроены крайне скептически. Нет теоретического объяснения того, как такой двигатель может работать, и не все возможные источники экспериментальных ошибок устранены.
Группа ученых из Северо-Западного политехнического университета Китая работала над созданием собственного электромагнитного привода, но их единственный положительный результат оказался ошибкой измерения, сообщает Christian Science Monitor.
В 2014 году независимый изобретатель и инженер-химик Гвидо Фетта попросил ученых из Eagleworks оценить свой вариант электромагнитного привода, который он назвал Cannae. Они пришли к выводу, что это действительно создавало небольшую тягу, но не размышляли о том, что это может означать или какие таинственные новые законы физики могли ее создать. Согласно Popular Mechanics, Фетта говорит, что теперь хочет испытать двигатель в космосе.
НАСА было необычно сдержанно в отношении всего этого проекта. Отвечая на вопрос об экспериментах Eagleworks в прошлом году, космическое агентство сообщило Space.com: «Хотя концептуальное исследование новых методов движения, проведенное группой из Космического центра Джонсона НАСА в Хьюстоне, привлекло внимание заголовков, это небольшое усилие, которое еще не показало никаких результатов. ощутимые результаты. НАСА не работает над технологией «варп-двигателя».
Что на самом деле означает эта новая бумага?
Новое открытие придает некоторую достоверность заявлениям об электромагнитном приводе.
Он прошел экспертную оценку, что означает, что несколько ученых-экспертов рассмотрели методологию и результаты и не обнаружили серьезных недостатков. Он также устранил один из основных недостатков прошлых испытаний ЭМ-привода — то, что двигатели нагреваются при активации, что позволяет предположить, что горячий воздух вокруг машин, а не фотоны внутри них, может быть тем, что создает тягу. Ученые Eagleworks убедились, что это не так, проведя тест в вакууме.
Это не означает, что привод Eagleworks EM точно работает. Рецензирование предназначено для того, чтобы убедиться, что исследования хорошо спланированы и выполнены, а выводы разумны — это не одобрение. И многие результаты, опубликованные в солидных научных статьях, позже оказались неполными или неверными. Именно так и должна работать наука: вы делаете выводы на основе наилучших доступных данных, представляете их своим коллегам, а затем пересматриваете и уточняете, проводя больше тестов и собирая больше данных. Авторы статьи перечисляют девять возможных источников ошибок в своем эксперименте и указывают, что им нужно провести дополнительные тесты, чтобы исключить их.