Was ist die Mindestgröße eines Ramjets?

Ramjets könnten miniaturisiert werden, aber irgendwann werden die Luftviskosität und die Dicke der Grenzschicht ihre Arbeit unmöglich machen. Einfach ausgedrückt, das Einlassloch wird so klein, dass die Luft leichter um das Ganze herumströmen kann und all seine komplizierte innere Struktur ignoriert.

Technischer ausgedrückt, wenn der Einlass schrumpft, nähert sich die Einlassgeschwindigkeit unabhängig von der Fluggeschwindigkeit aufgrund der Grenzschichtreibung einer asymptotischen Grenze, und für sehr kleine Einlasse reicht der Luftmassenstrom nicht aus, um die Kraftstoffverbrennung aufrechtzuerhalten. Dieser Punkt scheint irgendwo im Zentimeterbereich zu liegen, aber ein Motor wird immer weniger nützlich, wenn er sich diesem Punkt nähert. Die Herstellung von Teilen dieser Größe ist schon jetzt kein Problem.

Ramjet-Granaten können Artillerie mit großer Reichweite helfen, aber Ramjet-Panzergranaten wären im Kampf nicht effektiv.

Die Gütezahl für Panzergeschosse ist die Schnittenergie ihres Penetrators mit hoher Dichte am Ziel. Ausrangierte Sabot-Patronen können dies effektiver liefern als jede Art von Motor im Inneren des Projektils. Die Kampfreichweiten sind kurz genug, um die Geschwindigkeit zu erhalten.

Wenn Sie für ein Panzerprojektil eine Art Motor verwenden müssten, wäre es eine Rakete. Der Grund lässt sich am einfachsten in Zahlen erklären. Bei einer Reichweite von 7,5 km mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 1,5 km/s und einer 10-kg-Patrone benötigen Sie 10 g = 1 kN Schub (Motor) plus 50 Sekunden Impuls (Kraftstoff), um 500 m/s Delta-V zu erhalten ). Wir ignorieren die Motormasse für die erste Annäherung.

Eine Rakete mit TWR = 50 und ISP = 250 Sekunden wiegt 100 kg / 50 = 2 kg für den Motor + 10 kg * 50/250 = 2 kg für den Treibstoff, also insgesamt 4 kg.
Ein Staustrahl mit TWR = 5 und ISP = 1000 Sekunden wiegt 100/5 = 20 kg für den Motor + 10 kg * 50/1000 = 0,5 kg für den Kraftstoff, also insgesamt 20,5 kg.

Einfach ausgedrückt, wenn die Flugzeit so kurz ist, zahlt ein schweres Triebwerk wie ein Staustrahl nicht für die winzige Menge an Treibstoffmasse (oder vielmehr Oxidationsmittel), die es im Vergleich zu einer leichten und leistungsstarken Rakete einspart.

Dies gilt für alle Kampfanwendungen in Sichtweite: Raketen sind besser und Kanonen sind noch besser, wenn Sie sich das Gewicht des Werfers leisten können. Jenseits der Sichtweite übernehmen Raketen oder hybride Kanonen/Raketen, und nach 100 Meilen werden luftatmende Motoren brauchbar.

In den 1980er Jahren sah ich einen kleinen Staustrahl aus den 1950er Jahren, der in Modellbooten, Flugzeugen und Autos verwendet wurde. (1,25-2" Durchmesser und 16-20" Länge.) Die begleitende Literatur schlug vor, ein Babynahrungsglas als Kraftstofftank zu verwenden. Es wurde Benzin verwendet. Ich gehe davon aus, dass heute alles eine etwas ausgefeiltere (und sicherere) positive Steuerung des Kraftstoffs verwenden würde. Es galt damals als das stärkste Strahltriebwerk mit dem höchsten Gewicht-Schub-Verhältnis der Welt. Es war sehr leicht, da es im Wesentlichen eine leere Röhre mit einem kleinen Kompressionskopf war. Staustrahltriebwerke scheinen trotz einiger ihrer Mängel eine wirtschaftliche Alternative zu komplexen Turbinentriebwerken zu sein. Die MIG-21 war ein fantastisches Flugzeug, das im Wesentlichen ein Motor mit einem daran festgeschnallten Sitz war.

Ich denke, es wäre ziemlich einfach für jemanden mit ein paar technischen Werkzeugen, einen kleinen Staustrahl zu bauen. Erwarten Sie, dass Sie einen doppelten Gehör- und Augenschutz verwenden und viel Zeit für die Feinabstimmung aufwenden müssen, da dies wahrscheinlich eine Herzensangelegenheit sein wird. Ihren Nachbarn wird es nicht gefallen.

Nun, physische Prototypen in Laborgröße, basierend auf einer Vielzahl von Faktoren, würden 40 mm, vielleicht 18,5 mm (12 Gauge) als praktischen Mindestbohrungsdurchmesser für den Prüfstand vorschlagen. Es gab auch einige 50/12,7-mm-Arbeiten, vielleicht kleiner, wenn man den Gyrojet in Betracht zieht. Theoretische Grenzen sind spekulativ, da die Designs variieren würden. Es gibt atomgestapelte Elektromotoren. Die externe Projektil-Scram-Leistung stellt sich als Variation eines Themas für Projektile mit kleinerer Bohrung dar, wobei das Projektil selbst als fester Brennstoff verwendet wird. Wie ein Selbstzerstörungsmechanismus löst es sich nach unten auf. Angetriebene Fahrzeuge geraten sehr schnell in das Problem der Größe/Nutzlast/Höhe/Reichweite, zusammen mit der Beschleunigung und dem thermischen Überleben der Nutzlast bei Ramm-/Scram-Geschwindigkeiten. 50 Jahre Zeitrahmen? Zentimeter und Gramm. 22. Jahrhundert? Molekular. Beste Annahme.