Получения электроэнергии за счет расхода рабочего тела.

Автор ДалекийГость, 07.06.2006 02:23:58

« назад - далее »

0 Пользователи и 1 гость просматривают эту тему.

ДалекийГость

В одной из тем я написал, что маховики  можно использовать для получения электрической энергии за счет расхода реактивного топлива, имеющегося на КА.

Решил начать новую тему об этом, потому что возник массовый интерес:

Harsky: "как это?"

foogoo: "Гость не джентльмен, сам на слово никому не верит, и ему на слово верить нельзя совсем, убеждались уже много раз."

http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=3552&start=210


На самом деле это очень просто. Пусть у нас есть КА с двигателями ориентации и маховиком, например таким:

http://space-power.grc.nasa.gov/ppo/projects/flywheel/fes.html


1) Накопление энергии.

Расходуя рабочее тело, с помощью двигателей создаем момент, который компенсируем за счет увеличения скорости вращения маховика.

Когда накопили нужное количество энергии - перестали расходовать рабочее тело, перестали создавать момент, перестали увеличивать скорость вращения маховика.

2) Выделение энергии.

Подключаем к маховику нагрузку и снимаем с него электрическую энергию. При этом нам снова приходится расходовать рабочее тело, чтобы компенсировать момент, возникающий при уменьшения скорости вращения маховика.

Вот и все.

Я думал, что это даже школьникам без объяснений будет понятно.

foogoo

Одни предлагают турбинами/лопатками рабочее тело механически разгонять, другие для получения электричества выбрасывать рабочее тело за борт.

Сон разума!

Гость, на КК рабочее тело единственный невосполнимый ресурс и единственный источник момента. А вы его вот так просто раз и за борт... :cry:

ДалекийГость

foogoo: "Сон разума! Гость, на КК рабочее тело единственный невосполнимый ресурс и единственный источник момента. А вы его вот так просто раз и за борт"


Вопросы были не о том, зачем это делать, а о том, как это делать.

Но я могу привести несколько примеров, когда это могло бы понадобиться.

1) При возникновении аварийной ситуацим, когда система ориентации КА теряет знание направления на Солнце. В этом случае солнечные батареи могут находится в произвольном положении относительно Солнца. Следовательно поступление энергии от солнечных батарей может оказаться недостаточным.

Такая ситауция может быть даже штатной непосредственно после выведения КА.

В этом случае, указаннный мной способ мог бы опеспечить необходимый приток электроэнергии в течении времени необходимого для возобновление или начала нормального режима поступления энергии от солнечных батарей.

2) На МКС хотят провести некоторый эксперимент, для которого требуется повышенный расход электроэнергии, не вписывающийся в обычный энергобаланс.

3) На МКС скопились излишки топлива, которые нужно быстро истратить.

Ну и так далее....


foogoo: "на КК рабочее тело единственный невосполнимый ресурс и единственный источник момента"

Не знаю, что Вы обозначаете словом "ресурс". Пленка спутников фоторазведки - это ресурс или нет? Ресурс приборов - это ресурс или нет?

Но рабочее тело - это точно не единственный источник момента. В качестве источников момента могут использоваться и используются, например, гравитационное и магнитное поля, солнечное давление.

Пришелец

Ой, а может сразу турбинку этим рабочим телом раскручивать и зарядить конденсаторы/ионисторы. Чтобы "поймать" Солнце энергии хватит, а дальше пусть СБ работает.

Как-то не хочется КА лишний раз изгибающим моментом нагружать - птичку жалко  :)

Feol

ЦитироватьНо я могу привести несколько примеров, когда это могло бы понадобиться.

1) При возникновении аварийной ситуацим, когда система ориентации КА теряет знание направления на Солнце. В этом случае солнечные батареи могут находится в произвольном положении относительно Солнца. Следовательно поступление энергии от солнечных батарей может оказаться недостаточным.

Такая ситауция может быть даже штатной непосредственно после выведения КА.

В этом случае, указаннный мной способ мог бы опеспечить необходимый приток электроэнергии в течении времени необходимого для возобновление или начала нормального режима поступления энергии от солнечных батарей.

В настоящее время в известных мне системах ориентации при таком развитии событий включается аварийный контур, который используя реактивные двигатели (и расходуя рабочее тело) по простейшей логике довольно быстро восстанавливает ориентацию КА на Солнце.
Экономия рабочего тела это высший приоритет.

Учитывайте так же и следующее. Популярные на КА однокомпонентные реактивные двигатели требуют поддержания рабочей температуры около 400 - 500 град. на катализаторе. Что само приводит к расходу электроэнергии.

Ещё момент. Существуют области, где включение реактивного двигателя категорически недопустимо из-за неизбежной порчи орбиты (Глонасс). Более того, для исключения влияния каких-либо утечек, после ввода КА в штатный режим полностью перекрывают клапан на баке, вакуумируют магистрали, выключают нагрев и ДУ переходит в режим хранения.

Таким образом, думаю, если уж решили вырабатывать эл. энергию "расходным" путём, то надо ставить топливные элементы и не мучиться.
Всем пользователям нравится это сообщение.

Александр Ч.

Цитировать1) Накопление энергии.

Расходуя рабочее тело, с помощью двигателей создаем момент, который компенсируем за счет увеличения скорости вращения маховика.

Каким образом будет производиться увеличение скорости вращения маховика?
Ad calendas graecas

Feol

Турбинка нужна, однако.. И отдельный движок дующий на неё.. Главное, не додуматься до электродвигателя  :wink:
Всем пользователям нравится это сообщение.

hcube

А не проще ли сделать два противовращающихся маховика, и ТОРМОЗИТЬ один из них в бОльшей степени? Будет и энергия, и момент.
Звездной России - Быть!

ДалекийГость

Alexandrc: "Каким образом будет производиться увеличение скорости вращения маховика?"

За счет обратной связи в цепи управления ротором маховика. Когда включаются двигатели, КА поворачивается вокруг ротора маховика. Это приводит к появления электрического тока, который используется для увеличения скорости вращения маховика.

В идеале, без учета сил трения и прочих потерь, ситуация выглядит так:

На КА действует момент, создаваемый двигателями, и  противоположный по направлению момент, создаваемый электромагитными силами в маховике.


На ротор маховика действует момент, создаваемый электромагнитынми  силами,  который противоположен по направлению аналогичному моменту, действующему на КА.

ДалекийГость

Feol: "В настоящее время в известных мне системах ориентации при таком развитии событий включается аварийный контур, который используя реактивные двигатели (и расходуя рабочее тело) по простейшей логике довольно быстро восстанавливает ориентацию КА на Солнце."

Предположим, что и аварийный контур поломался...


Feol: "Таким образом, думаю, если уж решили вырабатывать эл. энергию "расходным" путём, то надо ставить топливные элементы и не мучиться."

Конечно, Вы правы. Я просто так этот способ предложил, не всерьез.

ДалекийГость

hcube: "А не проще ли сделать два противовращающихся маховика, и ТОРМОЗИТЬ один из них в бОльшей степени? Будет и энергия, и момент."

А можно более подробно описать эту схему?

hcube

Два маховика в магнитном подвесе, с постоянной закруткой. На оси маховиков - электродвигатели-генераторы. Маховики соосны, вращаются с одной скоростью в разные стороны. В момент Х начинаем снимать мощность с маховика 1 - аппарат крутится в одну сторону. Прекращаем и снимаем мощность с маховика2 - аппарат крутится в другую сторону. Снимаем ожинаковую мощность с обоих - аппарат не крутится, а мощность есть.

Аналогично для двух оставшихся координат.
Звездной России - Быть!

ДалекийГость

hcube: "Два маховика в магнитном подвесе, с постоянной закруткой. На оси маховиков - электродвигатели-генераторы. Маховики соосны, вращаются с одной скоростью в разные стороны. В момент Х начинаем снимать мощность с маховика 1 - аппарат крутится в одну сторону. Прекращаем и снимаем мощность с маховика2 - аппарат крутится в другую сторону. Снимаем ожинаковую мощность с обоих - аппарат не крутится, а мощность есть"

Понятно. Вот NASA-вский проект эксперимента, с использованием двух маховиков.

http://space-power.grc.nasa.gov/ppo/projects/flywheel/papers/ACESE_at_Glenn_Jansen.pdf

foogoo

ЦитироватьСнимаем ожинаковую мощность с обоих - аппарат не крутится, а мощность есть.

Аналогично для двух оставшихся координат.
Ничего не выйдет.

foogoo

Повернуть будет очень трудно. В случае с двумя соосными маховиками, поворачивать можно будет только вокруг одной единственной оси - оси маховиков. Поворачивать по другим осям будет возможно только после полной остановки указанных маховиков.


Гироскоп — Википедия

ЦитироватьСвойства роторного гироскопа

При воздействии момента внешней силы, стремящейся изменить направленность в пространстве оси вращения гироскопа, ось гироскопа начинает отклоняться не в направлении силы, а в перпендикулярном направлении. В результате такого воздействия ось вращения гироскопа начнёт вращаться, описывая конус, вокруг оси, перпендикулярной направлению приложенной силы (явление прецессии).

Данное свойство напрямую связанно с эффектом возникновения Кориолисовой силы. Так, при воздействии момента внешний силы гироскоп поначалу будет вращаться именно в направленнии действия внешнего момента (нутационный бросок). Каждая частица гироскопа будет таким образом двигаться с переносной угловой скоростью вращения из-за момента. Но роторный гироскоп, помимо этого, и сам вращается, значит каждая частица будет иметь относительную скорость. Следовательно, возникнет кориолисова сила, которая будет заставлять гироскоп двигаться в перпендекулярном приложенному моменту направлению то есть прецессировать. Прецессия вызовет кориолисову силу, момент которой скомпенсирует момент внешней силы.

Гироскопический эффект вращающихся тел есть проявление коренного свойства материи — её инертности.

hcube

Два по физике (с) ;-)

Пара одинаковых маховиков, вращающихся с одинаковой скоростью в разные стороны ВООБЩЕ не имеет суммарного момента вращения. Все гироскопические моменты в ней замкнуты внутри общей рамы подвеса.

Но даже и просто три маховика (имеющих три ортогональные компоненты в ориентации осей) ВСЕГДА имеют такую комбинацию воздействий на них, чтобы повернуть раму подвеса в нужную сторону. Просто использование парных маховиков упрощает расчет этого поворота.
Звездной России - Быть!

foogoo


Feol

ЦитироватьА не проще ли сделать два противовращающихся маховика, и ТОРМОЗИТЬ один из них в бОльшей степени? Будет и энергия, и момент.

Вы предложили классический гиродин! Исполнительный орган системы ориентации. Перераспределение кинетического момента между роторами создаёт момент относительно оси, параллельной оси вращения роторов при номинальном положении. Это "маховичный" канал. Развод - сведение осей вращения создает гироскопический момент в перпендикулярной плоскости. 2 таких прибора (4 ротора) достаточно для управления по трём осям.
Всем пользователям нравится это сообщение.

Feol

ЦитироватьFeol: "В настоящее время в известных мне системах ориентации при таком развитии событий включается аварийный контур, который используя реактивные двигатели (и расходуя рабочее тело) по простейшей логике довольно быстро восстанавливает ориентацию КА на Солнце."

Предположим, что и аварийный контур поломался...

...

 :)

Командир экзаменует солдата:
Ты видишь, что в тебя целится враг. Что будешь делать?
Стреляю в него из автомата!
Произошла осечка, патрон перекосило, затвор заклинило...
Кидаю гранату!
Граната не взорвалась...
Выхватываю нож и бию противника!
Вы промахнулись, попали в камень, нож сломался...
Товарищ командир, а вы на чъей стороне воюете?
 :D
Всем пользователям нравится это сообщение.

Александр Ч.

ДалекийГость, просто нет слофф, адни букаффы.

Вот так Feol, как видите до электромоторчика и того, что его можно обратить, додумался.  :shock:
Ad calendas graecas