Wie funktioniert eine 'Freeze'-Waffe?

In einem meiner Projekte habe ich über eine außerirdische Spezies nachgedacht, die eine Waffe verwendet, die flüssigen Stickstoff (oder etwas Ähnliches) verschießt, der feindliche Rüstungen durch Einfrieren spröde macht. Gibt es einen Weg, wie sie vermeiden könnten, ihre eigene Waffe mit der Gefrierflüssigkeit zu beschädigen?

Sprechen Sie über persönliche Schutzwesten oder gepanzerte Fahrzeuge?
Persönliche Rüstung, ich könnte mir vorstellen, dass sie etwas anderes auf Fahrzeuge werfen.
Bemerkenswert: Sie können Ihre Hand tatsächlich in flüssigen Stickstoff stecken, ohne dass es gefriert. Es ist ziemlich cool, es auf YouTube zu sehen (versuchen Sie es nicht, es sei denn, Sie wissen, wie es richtig gemacht wird ... es macht keinen Sinn, unnötig Erfrierungen zu bekommen)
Bei einer Waffe, die flüssigen Stickstoff abfeuert, würde ich davon ausgehen, dass sie einer Spritzpistole sehr ähnlich sieht. Welcher Teil der Waffe könnte durch flüssigen Stickstoff eingefroren werden, was zu einer Fehlfunktion führen würde?
@Aify, ich meinte, wenn die Flüssigkeit feindliche Rüstungen beschädigen kann, was würde die Flüssigkeit davon abhalten, das Gerät, das sie enthält, auf die gleiche Weise zu beschädigen?
Weil das enthaltende Gerät nicht aus dem gleichen Material sein muss wie die gegnerische Panzerung?
@cortammon Ich habe die Hand in LN2-Sache gemacht (ich wiederhole Ihren Standpunkt, es nicht zu tun, es sei denn, Sie wissen, was Sie tun). Der Grund, warum es funktioniert, ist, dass die spezifische Wärmekapazität von Stickstoff ziemlich gering ist, sodass eine Schicht davon um Ihre leicht gekühlte Hand herum zu Gas aufblitzt. Gasförmiger Stickstoff ist ein guter Isolator und die Schicht hält einige Sekunden, daher ist Ihre Hand in Ordnung, solange Sie sie nicht lange dort lassen.

Antworten (4)

Dies ist zwar nicht genau eine Antwort auf die Frage, die Sie gestellt haben, aber es ist zu lang für einen Kommentar, also werde ich es so machen.

Rüstungen zu schwächen, indem sehr kalte Flüssigkeiten darauf gesprüht werden, ist nicht besonders praktisch. Das Problem ist, dass selbst flüssiger Stickstoff die Dinge nicht sehr schnell abkühlt, insbesondere wenn das LN2 aufgesprüht wird (im Gegensatz zu einem Tauchbad). Bedenken Sie, dass ein vernünftiges Ziel , um Stahl spröde zu machen, bei -46 ° C oder nur etwa 70 ° C unter der Umgebungstemperatur liegt.

Aus diesem Link scheint es vernünftig anzunehmen, dass die Plattenpanzerung eine Nenndicke von etwa 2 mm hat. Nehmen wir als Ziel eine Fläche von 0,1 Quadratmetern. Wie viel flüssiger Stickstoff wird benötigt? Das Volumen der betroffenen Rüstung ist

v = EIN × T = .01 m 2 × 0,0002 m = .0002 m 3
die eine Masse von hat
m = v × ρ = .0002 m 3 × 8000 k g / m 3 = 1.6 k g

Stahl hat eine spezifische Wärme von ca. 0,5 kJ/kg Grad, also beträgt die Gesamtenergie, die erforderlich ist, um die Temperatur der Panzerung um 70 Grad zu senken

E = 0,5 × 1.6 × 70 = 56 k J
.

Bei einer Panzerungstemperatur über 77 K besteht die Grenzfläche zwischen dem LN2 und der Panzerung aus siedendem LN2, sodass die übertragene Energie von der latenten Verdampfungswärme dominiert wird, die für LN2 (etwa) 26 kJ/kg beträgt. Um die Rüstung zu kühlen, werden daher -46 ° C benötigt

M = 56 26 = 2.15 k g
von LN2.

Natürlich wird der größte Teil des auf die Panzerung gesprühten LN2 niemals mit der Panzerung in Kontakt kommen - es wird durch den gasförmigen Stickstoff weggedrückt, der durch die Verdampfung entsteht, genauso wie der größte Teil der Oberfläche eines sehr heißen Objekts durch Wasserentwicklung geschützt wird Dampf. Schlimmer noch, eine Rüstung ist überwiegend vertikal, da Flüssigkeiten aufgrund der Schwerkraft davon abtropfen, so dass nur sehr wenig Spray tatsächlich thermischen Kontakt hat, nachdem es von verdampftem Stickstoff abgestoßen wurde. Selbst wenn ich annehme (und ich halte das für eine sehroptimistische Zahl) 10 % des Sprays seine Wirkung erzielen, erfordert dies die Zufuhr von etwa 20 kg kalter Flüssigkeit auf jede Panzerungsoberfläche, um sie kalt genug zu machen. Bei LN2 sind das bei einem spezifischen Gewicht von 0,8 etwa 25 Liter Flüssigkeit. Unter der Annahme, dass dies in 2 Sekunden geliefert werden muss, ist dies eine Durchflussrate von etwa 25 Kubikfuß pro Minute oder etwa 187 Gallonen pro Minute oder 11.000 Gallonen pro Stunde. Im Gegensatz dazu erzeugt ein Hydrant normalerweise einen Druck von ~50 psi und eine Standardanforderung für den Hydrantendurchfluss beträgt 1000 gpm. Mit anderen Worten, Ihre Sprühgeräte für kalte Flüssigkeiten müssen ungefähr mit einem Feuerwehrschlauch vergleichbar sein.

Ehrlich gesagt wäre ich geneigt, es als eine Idee aufzugeben, die nett klingt, aber nicht besonders praktisch erscheint.

Würde eine kältere Flüssigkeit helfen?
@Shalvenay - Nun, einige. Neon zum Beispiel hat eine latente Verdampfungswärme von ~86 kJ/kg-Grad und eine Dichte von ~1,2, also wäre es etwa 4- bis 5-mal so effektiv (bei sonst gleichen Bedingungen). Das Problem ist, Neon ist ziemlich selten, und es ist schwer vorstellbar, dass eine Gesellschaft mit dem Zeug umgehen kann, das keine einfacheren Waffen kann.
@WhatRoughBeast Ich mag deine Analyse, und es lohnt sich vielleicht hinzuzufügen, dass die Rüstung einen wärmeerzeugenden Körper (dh eine Person) umgibt, sodass sie gleichzeitig erwärmt wird. Außerdem hätte der Strom von LN2 wahrscheinlich eine begrenzte effektive Reichweite, da er dazu neigen würde, in Tröpfchen aufzubrechen, die diffus werden (und sich daher schneller erwärmen), wenn sie weiter wandern.
@KillingTime - danke für die guten Worte, aber Sie sollten sich bewusst sein, dass Rüstungen, insbesondere Platten, mit einer ziemlich dicken Polsterung darunter getragen wurden, die die Rüstung von der Körperwärme isolieren würde (es machte den Kampf auch zu einer wirklich heißen, miserablen Erfahrung im Sommer) .
Wie wäre es mit einem flüssigen Stickstoff in Gelform? Eine Art „einfrierendes Napalm“?
@MichaelRichardson - Wenn ein solches Gel möglich wäre (und ich bin mir nicht sicher, ob es das ist), würde jedes Gel auf Wasserbasis fest gefrieren. Ich bin mir nicht sicher, was die Grundlage für ein Material wäre, aus dem ein Gel entsteht 77 Kelvin bis 300 Kelvin) würde die Dampfschicht immer noch von der Panzerung abblasen.
187 gpm scheint etwas weniger als 1000 gpm zu sein?

WhatRoughBeast leistet hervorragende Arbeit, um die Probleme einer Waffe mit flüssigem Stickstoff zu erläutern. Es ist ziemlich unpraktisch, da es viel Arbeit erfordert, die "Munition" vorzubereiten, und fortgesetzte Anstrengungen, um sie in diesem Zustand zu halten, und dann einen sofortigen Wirkungsverlust, wenn auf eine beliebige Entfernung geschossen wird.

Das Konzept einer Gefrierwaffe ist jedoch interessant. Der Bombardierkäfer verwendet ein schnelles Oxidationsmittel, um eine exotherme Reaktion auszulösen, die den Siedepunkt von Wasser übersteigt. Es hat ein kompliziertes System mit den Reagenzien, einem Inhibitor und einem Inhibitor-Entferner. Wenn Sie dieses Design an Ihre Idee anpassen, aber eine heftig endotherme Reaktion verwenden, um einen schnellen Temperaturabfall zu verursachen, denke ich, dass Sie es tun könnten. Nun, Google hat mir keine ausreichend gute endotherme Reaktion als Beispiel gegeben, aber Ihre Außerirdischen sollten in der Lage sein, eine zu finden. Auch wenn Ihre Außerirdischen ihre Rüstung mit einem Reaktionshemmer oder einer Methode zur Neutralisierung eines der Reagenzien beschichten, wären sie immun gegen ihre eigene Waffe. Dies wäre immer noch in der Lage, den Boden und andere Objekte um die Aliens herum einzufrieren, was Geländegefahren verursachen würde.

Wenn die "Einfrier"-Aktion näher am Ziel erfolgt, indem die beiden Sprays so ausgerichtet werden, dass sie sich vor oder unmittelbar auf dem Ziel mischen, würden die Effizienzprobleme reduziert, die mit dem Flüssigstickstoff-Design auftreten.

Jetzt sagen Sie, dass dies für den Einsatz gegen eine persönliche Rüstung gedacht ist, also müssen auch Gelenke und Biegepunkte berücksichtigt werden. Vielleicht saugt diese endotherme Verbindung die Wärme von dem ab, was sie berührt, wenn sie wächst und aushärtet. Wenn seine stabile Form eine kristalline Struktur ist, könnte es dazu führen, dass die Rüstung durch Kälte spröde wird, während es gleichzeitig Druck durch sein Wachstum ausübt.

Vielleicht macht es stattdessen bewegungsunfähig. Denken Sie an die Kenbishi AMPT Sticky Gun aus Ghost in the ShellGeben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ja, sie können den Schaden ihrer eigenen Waffen vermeiden, indem sie:

1- Verwendung verschiedener Rüstungstypen. Eine Metallpanzerung würde tatsächlich an Zugfestigkeit verlieren und bei extrem niedrigen Temperaturen leichter brechen. Aber eine Rüstung aus Nylon würde ihre Eigenschaften behalten und nicht spröde werden. Natürlich erwartet man für Weltraumschlachten keine Rüstung aus 100 % Nylon, aber man kann eine Rüstung haben, die außen Nylon und innen Metall hat. Wenn es mit dem flüssigen Stickstoff getroffen wird, trifft es auf die Nylonschicht. Nylon ist ein schlechter Wärmeleiter, sodass die Metallschicht nicht auf niedrigere Temperaturen abfällt und weiterhin effektiv funktioniert.

2- Durch die Verwendung von Schnellheizern. Wenn die Soldaten von einem Strahl ihres eigenen tödlichen flüssigen Stickstoffs getroffen wurden, schalteten sie schnell die interne Heizung für ihre Panzerplatten ein, die sie schnell auf normale Temperaturen zurückbrachte. Beachten Sie, dass diese Heizsysteme die Armee nicht direkt durch Flammen erhitzen, sondern durch einen sehr heißen Gasstoß, wie bei einem Fön.

Diese Waffe könnte aus einem Medium bestehen, das bei Kontakt mit Luft sehr kalt wird, sich selbst einfriert und das, was es trifft, superkühlt.

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