Die Frage gibt es ein Maximum ? erinnert mich daran, dass ich mal irgendwo gelesen habe, dass das maximal möglich ist für ein Raketentriebwerk, das auf Expansion basiert, die durch exotherme, chemisch reagierende Treibmittel angetrieben wird, beträgt etwa 450 Sekunden.
(Eigentlich lese ich 4500 m / s und lasse nur eine Null fallen, anstatt durch 9,8 zu dividieren.)
Ist das ungefähr richtig? wenn ja, wie wurde das eigentlich festgestellt? Gab es nur Grenzwerte für kCal/Mol und kg/Mol und einige thermodynamische Weisheiten oder etwas mehr?
Hinweis: Wenn es einen akzeptierteren, prägnanteren Begriff gibt als "Raketen mit exothermer chemischer Reaktion" oder "Raketentriebwerk, das auf Expansion basiert, die durch exotherme, chemisch reagierende Treibmittel angetrieben wird" , sagen Sie es mir bitte ! Ich möchte sagen "weißt du - normale Raketen".
Bearbeiten: Die Suche site:space.stackexchange.com 4500 m/s
ergibt hier eine Reihe von Orten. Diese Frage lautet zum Beispiel :
von der Oberfläche zum LEO beträgt 9000 m/s,
typische Abgasgeschwindigkeit = 4500 m/s
Aber ist das eine praktische Grenze? Ich meine nicht, was das Höchste ist chemischen Motor demonstriert, würde ich wirklich gerne etwas über eine thermodynamische Grenze lernen, die auf Chemie und Thermodynamik basiert.
450–455 s I sp ist typisch für H 2 /O 2 ; Laut den Daten von Huzel und Huang kann eine Wasserstoff-Beryllium-Mischung, die mit Sauerstoff verbrannt wird, ~540 Sekunden erreichen. Die Zahlen in dieser Tabelle gelten für moderaten Kammerdruck und Expansionsverhältnis; höhere Werte sind möglich.
Laut Wikipedia:
Der höchste spezifische Impuls für ein chemisches Treibmittel, das jemals in einem Raketentriebwerk getestet wurde, betrug 542 Sekunden (5.320 m / s) mit einem Tritreibmittel aus Lithium, Fluor und Wasserstoff.
Ich kenne die theoretischen Grenzen nicht. Ich weiß, dass bei komplexen Molekülen im Abgas eine beträchtliche kinetische Energie in Form von Schwingungen in den Molekülbindungen gehalten wird und nicht zum Schub beiträgt – dies ist einer der Gründe, warum H 2 /O 2 -Motoren wasserstoffreich betrieben werden; H 2 biegt sich nicht so wie H 2 O – die Suche nach hochenergetischen Reaktionen in komplexen Verbindungen führt also zu immer geringeren Ergebnissen.
Ein Beitrag von Bruce Dunn zu yarchive behauptet ohne Zitierung:
ISPs in der Mitte der 700er sind nicht einmal theoretisch möglich, geschweige denn ein praktischer Vorschlag.
Die theoretische Grenze wird durch die spezifische Energie der Verbrennungsreaktion des Treibmittels gesetzt.
Spezifische Energie kennen einer gegebenen Substanz können wir den erreichbaren spezifischen Impuls begrenzen indem angenommen wird, dass chemische Energie zu 100 % in kinetische Energie umgewandelt wird.
Wie nah wir uns dieser theoretischen Grenze nähern können, ist eine Frage der Konstruktion und Konstruktion des Motors. Beispielsweise beträgt die spezifische Energie für den üblichen Kryokraftstoff LH2+LO2 13,43 MJ/kg .
Die praktisch erreichbaren 455 Sekunden des spezifischen Impulses für das Space Shuttle bedeuten, dass der SSME 86 % dieses theoretischen Maximums erreichte (der Rest wurde offensichtlich als Wärme in den Abgasen abgegeben).
Die energischste Reaktion scheint die Oxidation von Beryllium zu sein (obwohl die Behauptung nicht aus Quellen stammt). Bei 23,9 MJ / kg würde dies rein theoretisch 705 Sekunden spezifischen Impulses ermöglichen. Rein theoretisch, weil Berylliumoxid ein Pulver ist, also keine adiabatische Ausdehnung des Gases, die Vortrieb erzeugt.
Für die meisten Raketentreibstoffe erhalten Sie eine gute Schätzung des spezifischen Impulses, wenn Sie die spezifische Energie (die pro Masseneinheit freigesetzte Energie) berechnen, eine 100% ige Umwandlung in kinetische Energie annehmen (da dies eine theoretische Grenze ist) und daraus die Geschwindigkeit berechnen.
Wenn Sie eine bessere Schätzung wünschen, können Sie den Energieverlust durch die Enthalpieänderung der Verdampfung und die anfängliche thermische Energie des Kraftstoffs ausgleichen. Beide sind jedoch ziemlich vernachlässigbar und ändern Ihre Zahl nur um wenige Sekunden.
Was die Möglichkeiten betrifft, Motoren effizienter zu machen, würde ich vorschlagen, sich rollende Detonationsmotoren anzusehen
(Link zu Scott Manleys ausgezeichnetem Video zu diesem Thema) Dies ist eine Art von Motor, der eher eine Detonation als eine Verpuffung (Verbrennung) verwendet. Dies bedeutet, dass die Expansion des Kraftstoffs bei konstantem Volumen und nicht bei konstantem Druck stattfinden würde. Dieser Prozess ist massiv – etwa 25 % – effizienter – beachten Sie, dass dies eine Steigerung der Effizienz um 25 % ist, kein spezifischer Impuls (25 % mehr Effizienz bedeutet 25 % mehr kinetische Energie und daher 11 % höhere Geschwindigkeit), obwohl dies immer noch gigantisch wäre Sprung nach vorne und geben uns Hydrolox-Motoren mit rund 500 Isp.Gegenwärtige Motoren neigen auch dazu, Mischungsverhältnisse zu fahren, die kraftstoffreich sind. Dadurch bleibt etwas Kraftstoff unverbrannt/teilweise verbrannt, wodurch die spezifische Energie (Energiedichte) des O/F-Gemischs (Oxidationsmittel/Kraftstoff) verringert wird. Es lohnt sich jedoch, da es dazu führt, dass die Abgasspezies eine geringere Molekülmasse aufweisen.
Thermische Energie wird in drei Formen (Rotation, Vibration und Translation) gespeichert, von denen nur die Translation (Bewegung) in kinetische Energie der Rakete umgewandelt werden kann. Daher lohnt es sich (bis zu einem gewissen Grad), die Energiedichte (und damit die Temperatur) für eine geringere Molekülmasse und die daraus resultierende erhöhte Effizienz bei der Umwandlung von chemischer in kinetische Energie zu opfern. Dies wird durch die Gleichung für die thermische Geschwindigkeit (unten) gezeigt.
v = sqrt(3kT/m)
Cosgrove und Snyder (1952) fanden die Bildungswärme von BeO aus der Verbrennung von Berylliumfolie in Sauerstoffgas mit 143,1 kcal/mol, was gut mit der im Abschnitt „Thermochemie“ angegebenen „Std-Bildungsenthalpie“ von –599 kJ/mol übereinstimmt für Berylliumoxid bei Wiki . Jeder entspricht 23,9 MJ/kg mit drei Sig-Feigen.
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sodass es nicht lange dauert, bis 50 erreicht sind.
SF.
äh
Erin Anne
Josua