По подводным лодкам. Атом/не атом

[pyka-npu3paka.livejournal.com]

Подлодки с ВНДУ (воздухонезависимой двигательной установкой) были давней мечтой подводников наверное еще со времен первой лодки. Исторически пытались создать несколько схем - и турбина Вальтера и простой дизель с кислородным баллоном. Ныне реализованы 2 схемы: двигатель Стирлинга на кислороде с топливом (шведский тип "Готланд") и водородные топливные элементы (немцы, пр.212). С атомными лодками понятно. Вопрос в следуюшем - атомная энергия - это не только Чернобыльатомный реактор с паровой(или жидкометаллической) турбиной, но и такой вид преобразования атомной энергии в электричество как РИТЭГи.
Были ли попытки создать ВНДУ для подлодок на РИТЭГах? И если нет - то почему?

Comments

[wolff1975.livejournal.com]

С таким вопросом лучше на ВИФ обратиться

[khathi.livejournal.com]

РИТЭГи на самом деле крайне малоэффективны. Термоэлектрическая эффективность, безразмерный показатель ZT, для лучших промышленных образцов до сих пор что-то около 1, а в лаборатории едва-едва вылезло за 2, что для температур нагревателя и холодильника в 700К и 300К соответственно, даёт предельный теоретический КПД в 13-19%. В реальности обычно получается 4-6%, то есть больше девяти десятых выделяемого тепла придётся сбрасывать наружу — там лодку по хвосту горячей воды будет видно за сотню километров.

[natomist.livejournal.com]

Автор топика пишет что на подводных лодках стоит атомный реактор с турбиной. От турбины потом вращается винт? Не проще ли создать реактивную тягу, выбрасывая пар в нужном направлении?

[levtsn.livejournal.com]

через винт кпд выше

[khathi.livejournal.com]

Тут даже не в КПД дело (там плюс-минус лапоть сравнимые цифры выходят), а в шумности.

[levtsn.livejournal.com]

ну попробуйте посчитайте кпд лодки на реактивной паровой тяге, допустим она гражданская. водой от воды отталкиваться экономнее.

[khathi.livejournal.com]

Аналогично — слишком заметно. Атомные лодки и так шумные — значительно громче дизельных в режиме хода на батарейках, потому что насосы охлаждения реактора выключать нельзя, а без насосов, на естественной циркуляции, могут работать только очень немногие реакторы и те на минимуме мощности. А уж если делать их в виде паровой ракеты — они будут греметь на пол-океана. Вообще идеи такие были, но от них отказались ещё на этапе предварительной оценки, именно из-за невероятной шумности.

[prairie-owl.livejournal.com]

> Вообще идеи такие были, но от них отказались ещё на этапе предварительной оценки, именно из-за невероятной шумности.
А от "Анчаров" отказались не сразу…
Вот надо было к ним еще эту идею адаптировать :)

[sanitareugen.livejournal.com]

Проще. Но плыть будет, при той же мощности, еле-еле.

[natomist.livejournal.com]

Почему? В обоих случаях реактор кипятит воду. Только в случае с турбиной мы имеем промежуточное звено - турбина у которого КПД < 100%
В турбине мы, правда гоняем чистую одну и ту же воду по контуру.

[sanitareugen.livejournal.com]

Достоинство РИТЭГ - длительная работоспособность при отсутствии обслуживания. Что для космоса, маяков в Арктике и т.п. принципиально важно, заставляя забыть о главных недостатках - ничтожном К.П.Д. и скромной мощности. Скажем, РИТЭГ ИЭУ-1М при массе 2100 кг отдаёт 120 Вт электрической мощности (тепловая мощность 2200 Вт, то есть К.П.Д. 5.5%). Для эквивалента стирлингам с "Готланда" (два по 75 кВт) нужно две с половиной тысячи тонн таких РИТЭГ. Даже если придумать, как их поместить в лодку, и чтобы она ещё и плавала, тепловые потери будут обеспечивать след подлодки, видимый даже простым глазом, тем более ИК-сенсорами. Конечно, можно использовать РИТЭГ в космическом исполнении, скажем, самый эффективный по соотношению энергия/масса GPHS-RTG даёт целых 300 ватт при массе всего 57 кг, из них 7.8 кг плутония (там используется не более дешёвый и более безопасный в плане радиозащиты Стронций-90, а Плутоний -238), так что потребуется всего лишь 500 таких генераторов общей массой менее 30 тонн, однако такое решение несколько накладно в денежном смысле, один такой генератор стоит от 65 до 90 миллионов долларов. Беря по минимуму, получаем, что в 30 миллиардов долларов не уложимся. Возможно, существует "золотая середина" между относительно дешёвыми, но тяжёлыми массовыми РИТЭГ (для Арктики и пр.) и компактными и лёгкими, но чрезвычайно дорогими космическими, но ясно, что любая комбинация, пригодная для использования на ПЛ, будет стоит во много раз дороже полноценного реактора, причём проблем с радиозащитой будет как бы не больше.

[levtsn.livejournal.com]

а если радиоисточником греть пар, типа как реактор, но работающий в существенно подкритическом режиме?

[khathi.livejournal.com]

Мощности всё равно не хватит — мы все так уцепились за эффективность, но мощность у них (как раз из-за сильной субкритичности) тоже сравнительно с реакторами ничтожна. Сотни ватт, много единицы киловатт, против десятков мегаватт у среднестатистических корабельных реакторов.

[pyka-npu3paka.livejournal.com]

У ДЭПЛ электродвигатели подкрадывания - в пределах одного мегаватта. По плотности энергии у РИТЭГов сведения противоречивы - все зависит от изотопа, отличия в сотню раз по моделям.

[sanitareugen.livejournal.com]

Технически возможно. К.П.Д. будет чуть ниже, чем у реактора (поскольку температура будет отличаться от оптимальной, и ещё меняться со временем), а изотопного вещества потребуется больше по массе (и, скоее всего, по стоимости), чем ядерного топлива. Преимущество "необслуживаемости" исчезает, поскольку обслуживать надо турбину и т.п.
То есть реализуемо, но в несколько раз дороже, чем обычный реактор.

[levtsn.livejournal.com]

а если прямоточно, выбрасывать воднопаровую смесь сразу наружу постоянно?

[pyka-npu3paka.livejournal.com]

Зачем? Постоянный ток и электродвигатель намного эффективнее по кпд плюс для лодки важна малая шумность, атомные лодки именно из-за привода намного шумнее дизель-электрических.

[pyka-npu3paka.livejournal.com]

Проблем с РБЗ там намного меньше чем с ядерной ППУ, это не активная зона реактора и даже не паровой контур. РИТЭГ вполне безопасен в плане нахождения рядом с ним. Остается цена. Да, навернре дело в ней и отсутствии наработки радиоизотопов. Емнип там максимальную отдачу  на маччу изотопа кюрий дает, а планы по его наработке - перспективные проекты, не более.

[sanitareugen.livejournal.com]

А Вы не на установку посчитайте "проблемы", а на киловатт отдаваемой мощности.

[pyka-npu3paka.livejournal.com]

РИТЭГ фактически низкоэнергетический ядерный реактор деления, но неуправляемый и с иным физ.принципом преобразования энергии деления. Конструктивно его можно и моноблоками с массой изотопов ниже критической сделать. И биозащита там будет намного меньше весить, а сравнивать с существуюшими для космоса, где жесткие ограничения по массе и невысокие энергии - некорректно. Надо брать отдачу массы изотопов, отдельно считать биозашиту и термоэлектронный преобразователь.

[ikaktys.livejournal.com]

безопасны только РИТЭГи на альфа-распаде, т.е. Pu238 / Po210, но первый жутко дорогой, а второй живет всего пол года, на Sr90/Cs137 и прочих - требуют мощной защиты.

[pyka-npu3paka.livejournal.com]

Масса биозащиты все равно ниже чем у классического реактора. Осколки деления имеют среднюю энергию ниже чем у урана-235, да и быстрых нейтронов там не образуется.

[prairie-owl.livejournal.com]

И, да.
> с паровой(или жидкометаллической) турбиной
Там разве расплавленный металл не исключительно в первом контуре используется, грея парогенератор?
Что значит "жидкометаллическая турбина"?

[pyka-npu3paka.livejournal.com]

Были и одноконтурные.

[http://users.livejournal.com/hayate_/]

РИТЭГ это очень неэффективно (в плане "сколько ватт можно снять с одного килограмма") и просто чудовищно дорого (если брать классический РИТЭГ на плутонии-238) по сравнению с ядерным реактором.

Ценность РИТЭГа в том, что его можно сделать очень маленьким (весом граммы или в килограммы) и уместить в космический аппарат. Ядерный реактор маленьким сделать нельзя - есть фундаментальные ограничения вроде критической массы.
Грубо говоря - если вы будете делать модель подводной лодки длиной метр или два - то имеет смысл рассмотреть РИТЭГ.
Если же полноценную лодку длиной в 100 метров - то смысла нет.