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.

[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.

[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

[levtsn.livejournal.com]

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

[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.

[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]

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.

[khathi.livejournal.com]

Так то уже не КПД энергоустановки, а пропульсивная эффективность.

[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?

[sanitareugen.livejournal.com]

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

[sanitareugen.livejournal.com]

Тогда прибавляется ничтожный К.П.Д. такого движителя. Это хорошая игрушка. Не более.

[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 :)

[khathi.livejournal.com]

Ну, «Анчар» был в сущности проект экспериментальный…

[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"?

[prairie-owl.livejournal.com]

Да я ж не всерьез :)
Следующим предложением было бы выкрасить лодку в красный.
Больше шума скорости богу скорости!

[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.

[step-e.livejournal.com]

А с чего вы взяли, что эффективность реактивного движителя будет выше, чем у турбины?
Вы берёте и дохрена затраченной на разогрев энергии тупо выбрасываете.

[sanitareugen.livejournal.com]

Берёте закон сохранения энергии и закон сохранения импульса и считаете.
Подсказка - есть такое слово - турбозубчатый агрегат.

[natomist.livejournal.com]

В турбине мы теплоту тоже не в коморку складываем, а так же тупо выбрасываем через охлаждающий контур :-) Он, khathi пишет, что насосы, охлаждающие реактор, - основная причина шума атомных лодок.

Вот мне удивительно, почему процесс преобразования энергии пара в кинетическую энергию вала турбины эффективнее, чем преобразовывать сразу в кинетическую энергию лодки.

В самолетах же отказались от связки "энергия горения" - "вращать вал" - "вращать пропеллер" перейдя к "энергия горения" - "реактивное движение"

[natomist.livejournal.com]

Спасибо!

[sanitareugen.livejournal.com]

Чуть подробнее. Отбрасываем массу m со скоростью v, получаем импульс mv. Сила, толкающая лодку, получается равной массовому расходу, умноженному на скорость отброшенной массы. То есть можно при увеличении скорости в К раз уменьшить массовый расход в К раз, и сила будет той же. Но энергия, которую мы передали отброшенной массе, пропорциональная квадрату скорости, E=mv²/2, и она в результате будет в К раз выше. То есть слишком высокая скорость - энергия у нас уходит не на приведение лодки в движение, а на отбрасывание. Поэтому выгоднее паром крутить высокоборотную турбину, скорость движения лопаток близка к скорости струи пара, затем зубчатым редуктором или посредством электрический передачи снижать обороты и вращать большой, захватывающий много воды винт сравнительно медленно. Потери от преобразования в турбине и редукторе есть, но они малы по сравнению с потерей на бестолковый разгон струи пара.
Не столь важный, но тоже имеющий место эффект - если мы кипятим чистую воду и выбрасываем её, она быстро кончится, если морскую - у нас оседает накипь и котёл быстро выйдет из строя.
Да, и касательно реактивных самолётов. Она стали актуальны, когда скорость самолётов стала близка к скорости струи из двигателя. Реактивный самолёт Анри Коанда 1910 года так и остался памятником румынской технической мысли.