Форум » Все о ракетах, ЖРД и иных двигателях » Сравнительная оценка удельной мощности ракетоносителя и биологических объектов. » Ответить
Сравнительная оценка удельной мощности ракетоносителя и биологических объектов.
SB: Вопрос несколько неожиданный для Форума, но интересный. Удельная мощность – это мощность, развиваемая объектом в расчёте на единицу веса или массы (предположим, в кВт/т). Вопрос: во сколько раз удельная мощность ракетоносителя на взлёте МЕНЬШЕ удельной мощности комнатной мухи на взлёте? Точного ответа мы сейчас дать не сможем, но каков порядок: в полтора, в десять, с сто раз меньше?
Ответов - 14
SB: Заявленная тема вопроса – сравнение удельных мощностей технических и биологических объектов. Но в рамках этой темы интересно сравнить удельную мощность ракеты-носителя, например, "Энергии", с удельной мощностью и других технических объектов. Сравнение по выбранному показателю с объектами, передвигающимися по воде или по поверхности земли, некорректно, надо сравнивать летающий объект с другим летающим объектом. При сравнении удельной мощности "Энергии" с удельной мощностью, например, вертолёта, получается вот что. Стартовая масса ракеты-носителя "Энергия" – 2419 тонн. Суммарная мощность – 170.000.000 л.с.= 125.000.000 кВт. То есть удельная мощность "Энергии" получается равной: 125.000.000 кВт : 2.419 т = 51.674 кВт/т. Нормальная взлётная масса вертолёта Ми-8 в модификации Ми-8МТВ-1 равна 11.100 кг. Мощность двигателей на взлётном режиме: 2 х 2.000 л.с.= 4.000 л.с.= 2.942 кВт. То есть удельная мощность Ми-8МТВ-1 равна: 2.942 кВт : 11,1 т = 265 кВт/т. Получается, что удельная мощность "Энергии" на взлётном режиме превосходит удельную мощность вертолёта Ми-8МТВ-1 на взлётном режиме в 51.674 кВт/т : 265 кВт/т = 195 раз. Что-то сомнительно, может быть, ошибка в расчёте?
Серж: Смотря какую мощность считать у носителя, мощность носителя должна быть значительно больше мощности вертолета, ибо носитель поднимается с существенно большим ускорением, чем вертолет. Муха тоже вряд ли быстрее стартует, но носитель по мере разгона развивает все большую полезную мощность, так как КПД растет, а на старте мощность совсем не большая, сравнительно с мощностью двигателей. Впрочем эти цифры они не имеют существенного значения, важна суммарная тяга, ускорение, и скорость истечения струи.
SB: Спасибо за интересную информацию. Согласен, что удельная мощность носителя должна быть больше удельной мощности вертолёта. Но не в двести же раз! По старту мухи: обратите внимание, что за доли секунды она преодолевает расстояние, равное десяткам длин её "корпуса". По техническим параметрам "Энергии": ну не может удельная мощность ракеты-носителя быть равной 51 ТЫСЯЧЕ киловатт на ТОННУ массы. Не может! Здравый смысл не позволяет в это поверить. Такая мощность разнесла бы на взлёте и саму "Энергию", и весь стартовый комплекс. Факт: и в Интернете, и в печатных изданиях – проблема с "ноликами". (Вот один из бесчисленных примеров, да простят мне модераторы небольшое отступление от темы. В восьмом номере "Вокруг Света" за 2015 год, в статье об "Allure of the Seas", самом большом пассажирском лайнере планеты, дана величина расхода дизельного топлива его силовой установкой – 12.000 т/час. Это при том, что водоизмещение "Allure of the Seas" – 225.000 тонн! Для тех, кто подзабыл, напомню: по закону Архимеда, водоизмещение корабля равно его весу вместе с грузом. На самом деле, расход топлива на "Очаровании морей" оказался в 1.000 раз меньше – 12 т/час.) Предположение: в данных по мощности "Энергии" – ошибка минимум на 1 порядок, и суммарная мощность её двигателей (это предположение!) – не 125.000.000 кВт, а 12.500.000 кВт. Тогда удельная мощность ракетных двигателей "Энергии" получается равной не 51.000 кВт/т, а 5.100 кВт/т. Это уже больше похоже на реальную характеристику!
Серж: Мощность Энергии можно оценить на пальцах, Ее тяга 4000 т, расход топлива 4*10000000н/3500=10000 кг в сек Энергия развиваемая двигателями 10000*3500*3500/2=5*10000000000 вт= 50 гватт КПД ракеты существенно меньше, поэтому большая часть мощности двигателей теряется. Цифры примерные, Муха работает на мускульной тяге, у мускулов энергетические характеристики многократно уступают обычным двигателям, посему про удельную можность нет смысла и говорить, она ничтожная.
SB: В последнем моём Посте речь шла не об абсолютной, а об относительной мощности. Я сделал предположение, что данные в Интернете по абсолютной мощности "Энергии" – 125.000.000 кВт – завышены, потому, что они дают удельную мощность в 51.000 кВт/т. Средний КПД ракетного двигателя – около 1%, в первые секунды взлёта – значительно меньше. То есть, с учётом этого, полезная удельная мощность "Энергии" получается меньше 510 кВт/т, а это уже похоже на реальность. В Посте № 3.309 рассчитана абсолютная мощность двигателей "Энергии" – 50.000.000.000 ватт, или 50.000.000 киловатт. Эта величина боле, чем в два раза, меньше указанной в Интернете. С учётом стартовой массы изделия (2.419 т) и КПД (менее 1 %) удельная мощность в этом случае – меньше 206 кВт/т. Теперь можно с уверенностью сказать, что данные в Интернете по абсолютной мощности "Энергии" – 125.000.000 кВт – неверны. По "энергетическим характеристикам мускульной тяги": я бы так категорично говорить не стал. Наверное, в понятии "удельная мощность мускульной работы" смысл, всё-таки, есть. Для сравнения: при среднем КПД ракетного двигателя менее 1%, КПД мышечной работы – около 20 %. Так что есть, над чем подумать. Пояснение к Посту 3.308: в первые секунды взлёта величина КПД двигателя носителя мала из-за того, что незначительна полезная работа – по причине незначительного перемещения.
Серж: Моя оценка приблизительная, я не учел, что центральный блок Энергии выбрасывает газы со скоростью 4500 м в сек, если это учесть, то вполне мощность вся сотня и будет.
SB: Спасибо за информацию.
Серж: Не за что. Вы серьезно космонавтикой интересуетесь, или просто так? Если серьезно, то присоединяйтесь к нам, не серьезно, тоже можно и у нас чем угодно интересоваться. Мы пока в минимуме, но это думаю, не сильно долго будет. худшее вроде бы уже позади.
СБ: Несколько дней не мог отправить сообщение на Форум. Не иначе – происки Внеземного Разума (см. PS). Можно ли мой интерес к космонавтике назвать серьёзным? Скорее всего, да. Это при том, что у меня есть пока только одна книга, относящаяся к космонавтике – "Полная иллюстрированная история НАСА" Майкла Горна. Но главное направление интересов – техническое. Заканчиваю (надеюсь!) диссертацию, тема связана с биомеханикой. Но не с биомеханикой полёта насекомых (хотя здесь тоже есть интересные работы), а с биомеханикой спорта. Предложение "Сержа" с благодарностью принимаю. Готов присоединиться. Только каким образом? Чтобы закончить с мухами – дополнение по вопросу этой темы. Информацию по мощности, развиваемой насекомыми в полёте, в Интернете не нашёл. Не поленился, съездил на Васильевский, на кафедру Энтомологии Биофака СПб ГУ. Если данные, полученные со слов, верны, то получается вот что. Мощность, развиваемая в полёте комнатной мухой со средними параметрами, находится в диапазоне от 35 до 45 милливатт. Возьмём среднее значение: 40 мВт. Вес средней комнатной мухи 12,5 мг (сам не взвешивал, но в Нэте говорят, что в грамме "умещается" 80 штук). Тогда общая удельная мощность мухи получается равной: 40,0 мВт : 12,5 мг = 3,2 мВт/мг. Принимаем КПД полёта мухи за 18 %, тогда её полезная удельная мощность будет равна: N п.у. = 3,2 мВт/мг × 0,18 = 0,58 мВт/мг. Умножаем числитель и знаменатель дроби на 10^9: N п.у. = 0,58 × 10^3 × 10^6 мВт / 10^9 мг. Вместо 10^6 мВт подставляем 1 кВт, а вместо 10^9 мг – 1 тонну. Полезная удельная мощность мухи, выраженная в кВт/т, будет равна: N п.у. = 0,58 × 10^3 кВт / т = 580 кВт/т. Результат получился такой. Полезная удельная мощность мухи равна 580 кВт/т. Полезная удельная мощность ракеты-носителя "Энергия", по КПД = 0,01, равна 517 кВт/т (Пост № 5, но там эта величина дана как 510 кВт/т – ошибочно округлил в меньшую сторону). То есть полезная удельная мощность мухи получилась больше, чем полезная удельная мощность ракеты-носителя "Энергия", в 1,12 раза, или всего лишь на 12 %. А я думал она, как минимум, больше на порядок! PS: Несколько дней не мог отослать ответ на Форум: набранный напрямую в поле Ответа текст, или текст, вставленный сюда из Буфера обмена, в Предосмотре появлялся в обычном виде, а на Форум выскакивал в виде массива символов. Для Технической поддержки это тоже оказалось в новинку. Зарегистрировался на другое имя – СБ, и только после этого смог отправить сообщение. Так что я – SB, инженер из СПб НИИ ФК.
Серж: Возможно проблема связана с куки, у меня например форум постоянно исчезает, и постоянно приходится чистить куки, это проблема сервера, я им уже говорил, но они пока не реагируют, возможно именно поэтому весь народ отсюда пропадает. Что касается мухи и ракеты, у ракеты КПД низкий на старте, с ростом скорости он растет, и проходит через 100% далее падает. У мухи КПД надо оценивать по времени, которое она тратит для разгона от 0 до максимальной скорости. В перспективе, пока не близкой будем готовить народ к полетам в космос, там биомеханики и тренера понадобятся, как вариант, можете изучать что-либо иное, связанное с космосом, и полезное для более близкой перспективы. Наши перспективы напрямую зависят от международной обстановки, и прогресса с бизнесом, увы, есть вероятность, что все может сильно забуксовать. Я почти 10 лет занимаюсь этим вопросом, но тогда, хоть и не было серьезных международных проблем, зато наш и мой бизнес все время падали, и я сам не достаточно эффективно им занимался, много времени тратилось и тратится на интернет. Чтоб победить, приходится бороться практически ежедневно, но ранее темные силы очень сильно вредили, (горела электроника, просто жуть как, тьфу, тьфу, тьфу)
СБ: Несколько дней было не до Интернета. Сегодня первый раз после выходных смог спокойно вздохнуть. С мухами пока покончить не получилось. "Серж", я так понимаю, что N п.у. = 580 кВт/т (см. Пост № 1 от "СБ") соответствует равномерному полёту на крейсерской скорости. Предположим, ОНА разгоняется от "0" до максимальной скорости за 0,5 секунды. Какие ещё параметры ЕЁ полета нужны для расчёта КПД? А поработал бы я годик на Лунной Базе! Если не сидеть этот год безвылазно глубоко в породах, а работать на поверхности, то "схваченная" доза радиации была бы в несколько раз больше ПД – но зато было бы, что вспомнить!
Серж: Еще нужна скорость полета, или кинетическая энергия, поделить на время разгона, это даст мощность, при движении с постоянной скоростью вся энергия тратится на сопротивление воздуха, как вариант можно посчитать скорость вертикального подъема мухи, и это даст полезную мощность. Вон на МКС живут чуть ли не годами, и не заморачиваются радиацией, сильная радиация в основном во время солнечных вспышек в годы высокой солнечной активности. Не пробовали чистить куки? В старом виндоусе, и эксплойрере форум почти не работает,
СБ: Спасибо за информацию по расчёту мощности. По дозам радиации на МКС: посмотрел в Нэте – получилось, что доза на станции более, чем в 100 раз, превышает ПД. Безопасной считается зона до 0,30 микрозиверт в час (мкЗв/час). Доза на МКС: 1 миллизиверт/сут = 1000 мкЗв/сут = 41,7 мкЗв/час. То есть доза радиации на станции больше ПД в: 41,7 мкЗв/час / 0,30 мкЗв/час = 139 раз. И это под защитой магнитного поля Земли! Можно предположить, что доза радиации для человека в скафандре на поверхности Луны в несколько раз больше этой величины, даже в годы неактивного Солнца. Вопрос с чисткой пока снят: по Учётной записи "СБ" такой проблемы не возникло.
Серж: Безопасные нормы заниженны, на земле тоже есть места где радиофон весьма высокий, и там живут всю жизнь, но некоторые люди, у них в такой местности возникает рак и прочее, которые имеют склонность, поэтому дозы по такой категории людей строятся
полная версия страницы