Métodos de aeronaves propulsadas por fusión

Estoy tratando de diseñar un caza de un solo asiento capaz de alcanzar (o acercarse a) velocidades hipersónicas a gran altura. En este universo, asumo que la fusión compacta es una tecnología común. La aeronave usaría algún tipo de generador de fusión aneutrónico inercial compacto para generar calor y electricidad para la nave, un sistema de admisión dirigiría el aire comprimido alrededor de un intercambiador de calor como un arco eléctrico de alta intensidad (o las paredes del reactor mismo) sobrecalentándolo y expulsándolo. por la espalda Se usaría un sistema de conductos magnéticos para dirigir el escape de modo que ningún plasma entrara en contacto con la aeronave.

De ninguna manera soy físico o ingeniero aeroespacial, por lo que agradecería que alguien me dijera si esto realmente funcionaría y lograría algún tipo de ventaja sobre los aviones convencionales que funcionan con combustibles fósiles.

Debe hacer una pregunta específica, de lo contrario, provocaría la ira de los moderadores. De todos modos, si quieres volverte nuclear y hacerlo simple, te sugiero algo como: en.wikipedia.org/wiki/Project_Pluto
Como se indicó, proponga una tecnología específica que podamos "verificar en la realidad" por usted. De lo contrario, esto es bastante abierto, y este sitio desalienta la discusión. No estoy al tanto de ninguna propuesta para una reacción de avión de fusión, creo que sería mucho más inteligente optar por un reactor de fisión de avión .
Aquí hay otro enlace que puede ser útil.
Cuando este luchador pierda una batalla, ¿los escombros que caen serán lo suficientemente calientes como para iniciar incendios y fragmentos radiactivos?
Para responder a cierta confusión, no, la aeronave no contendría elementos radiactivos ya que la reacción es aneutrónica (no libera neutrones) fusionando He3 para producir energía. Sin embargo, los restos de un avión derribado podrían estar muy calientes si volaba a baja altura. Sin embargo, a grandes alturas, la caída libre supersónica hacia la superficie probablemente lo enfriaría lo suficiente.
Votar para cerrar como poco claro. En este momento, esta pregunta no está lista para ser respondida (razón por la cual la única respuesta que tiene no es realmente una respuesta). La dinámica de las aeronaves tiene que ver con el empuje frente al peso, por lo que si su planta de fusión es lo suficientemente liviana, por supuesto que su avión puede volar. ¿Necesita ayuda para inventar las reglas relativas a su planta de fusión? ¿Necesita ayuda para diseñar un motor que pueda impulsar una planta de fusión? ¿Cuál es realmente tu pregunta?
Bienvenido a Worldbuilding.SE Bradley. Consulte nuestro recorrido y el centro de ayuda . Su pregunta es sólida, pero aún no está lista para el horario de máxima audiencia. Poner una pregunta en espera solo le da tiempo para mejorarla, con la esperanza de volver a abrirla. Es posible que desee consultar Sandbox worldbuilding.meta.stackexchange.com/questions/7183/…
Edición de etiquetas: se agregó una verificación de la realidad, ya que parece ser el objetivo principal de la consulta.
China está construyendo drones de propulsión nuclear. nextbigfuture.com/2017/12/…

Respuestas (3)

No soy un físico aquí, pero en realidad sé algunas cosas sobre los chorros...

Así que supongamos que su caza está diseñado aerodinámicamente para poder manejar velocidades supersónicas, eso es bastante fácil en comparación con su fuente de alimentación alternativa, ya que hemos tenido aviones supersónicos durante más de 60 años.

Como se indica en la Pregunta, ese tipo de sistema de propulsión es teóricamente posible pero muy poco práctico. Por un lado, si se trata de un caza y le preocupa el calor del nivel de plasma en el escape, ningún nivel de paja le ayudará a evadir los misiles buscadores de calor. Lo que tiene que hacer para protegerse del plasma aumentará significativamente el peso, lo que lo ralentizará. Pero no es totalmente imposible propulsar un jet muy rápido con un pequeño motor de fusión en lugar de una gran cantidad de combustible peligrosamente volátil.

El gran problema con el que te estás encontrando es Thrust. ¿Puede introducir suficiente aire/combustible/lo que sea en el avión y expulsarlo por la parte trasera lo suficientemente rápido como para que Sir Isaac Newton le dé una patada en los pantalones a través de su tercera ley? Actualmente, esto lo hace lo que a los mecánicos de aeronaves les gusta llamar Suck, Squeeze, Bang y Blow. Jet Engine Succiona un gran volumen de aire con un gran ventilador (SUCK), usa la energía de rotación del ventilador para agitar el aire y comprimirlo (SQUEEZE), agrega una cantidad generosa de combustible y lo enciende para agregar aún más energía a la mezcla (BANG), y luego déjelo salir por la parte trasera para crear empuje (BLOW). Aquí hay un poco sobre eso: Chupar, apretar, golpear, soplarHay muchos aviones privados en todo el mundo que navegan regularmente a .8 Mach y el nuevo Bombardier Global 7500 que puede alcanzar hasta .92 Mach usando motores que dependen de esa tecnología.

Así es como funciona un jet moderno. Ahora su pequeño reactor nuclear probablemente funcionaría mejor para suministrar la Fase "Bang". Sería capaz de sobrecalentar el aire en esa fase en lugar de depender de una reacción química rápida. Es posible que pueda hacerlo sin la necesidad de un arco de plasma y todos los problemas concomitantes que conlleva jugar con cosas que pueden reducir las cosas a sus átomos componentes.

En resumen, use su fuente de alimentación especial para reemplazar una fase del motor a reacción normal y asegúrese de no hacer que sus pilotos brillen en la oscuridad o arrojar cosas peligrosas donde quiera que vaya. Esto es mucho más realista que un método que utiliza intercambios de calor o una salida directa de plasma.

La gran ventaja de los chorros de arco es que pueden alcanzar temperaturas extremadamente altas. Esto es útil para los cohetes, ya que las temperaturas más altas le dan un mayor impulso específico, también conocido como eficiencia de combustible (a costa de requerir más potencia para el mismo empuje). Sin embargo, esto no es muy útil en un motor a reacción, que ya tiene una temperatura limitada por la necesidad de no derretirlo. Por lo tanto, los métodos más convencionales son, de hecho, más adaptados.
Esta es una no respuesta. El OP preguntó: "avíseme si esto realmente funcionaría", lo cual no abordó (¿a menos que estuviera tratando de expresar un desafío de marco?).
@JBH No es realmente una respuesta para mí, pero soy parcial. Mi punto general es que el OP quiere usar un motor nuclear en un avión. Estoy mostrando cómo algo así podría "funcionar de manera realista" dentro de lo que ya tenemos como tecnología moderna. Disculpas si no fui muy claro. Trataré de pensar en cómo editar exactamente.
@Paul Tiki Creo que tu respuesta fue perfectamente adecuada. Todo lo que quería saber es si el reactor nuclear podría reemplazar al combustible y proporcionar un rendimiento comparable o superior al de los combustibles convencionales, dado que el reactor era lo suficientemente ligero. Debería haber escrito mi pregunta con más cuidado, algo que tendré en cuenta en el futuro ya que esta fue mi primera publicación.
@BradleyKnauer Siga haciendo preguntas y preste atención a los comentarios. Si hace una pregunta y se cierra, no lo tome como algo personal. Las preguntas de buena calidad generan respuestas realmente geniales y creativas. Bienvenido a la fiesta.
¿Realmente necesita preocuparse de que la paja no funcione si tiene una estela de plasma de más de mil grados?
@JoeBloggs, supongo que los misiles buscadores de calor evolucionarían un poco con el tiempo. El blindaje térmico y los disparadores de proximidad los mantendrían relevantes. Además, el seguimiento del suelo en ese tipo de firma de calor debería ser bastante fácil.

Usted quiere el viejo estatorreactor Bussard .

https://en.wikipedia.org/wiki/Bussard_ramjet

Bussard[1] propuso una variante estatorreactor de un cohete de fusión capaz de un viaje interestelar razonable, utilizando enormes campos electromagnéticos (que van desde kilómetros hasta muchos miles de kilómetros de diámetro) como una cuchara de ram para recolectar y comprimir hidrógeno del medio interestelar. Las altas velocidades obligan a la masa reactiva a entrar en un campo magnético progresivamente contraído, comprimiéndolo hasta que se produce la fusión termonuclear. Luego, el campo magnético dirige la energía como escape del cohete en dirección opuesta a la dirección de viaje prevista, acelerando así la embarcación.

Bussard lo propuso para su uso en el espacio interestelar, pero funcionaría aún mejor en la alta atmósfera debido a que hay más materia prima para recolectar y devolver. Calentar los materiales incorporados (¿incorporados?) a plasma le permitiría confinarlos magnéticamente como usted y Bussard proponen.

Tendría que ponerse al día con algún otro método, como ocurre con los estatorreactores normales. Una vez que alcance la velocidad, puede ajustar su suministro de energía de acuerdo con la densidad de la atmósfera que atravesó, manteniendo el plasma con una consistencia determinada.

Me preguntaría si puede alcanzar las velocidades requeridas para la fusión debido a la compresión para comenzar. Tenía la impresión de que los estatorreactores Bussard requerían velocidades del orden de decenas de kilómetros por segundo para funcionar o simplemente actuaban como grandes paracaídas magnéticos.
@JoeBloggs: creo que el estatorreactor Bussard no produce fusión por compresión porque eso sería una compresión seria y seria. Además, quién sabe cuán fusibles pueden ser las cosas que recolectas en tu tolva. Tienes un motor de fusión con una fuente de combustible, como un estatorreactor. La pala es solo para recolectar masa que luego calientas y arrojas detrás de ti. Sospecho que también Bussard necesita más velocidad debido a lo delgada que es la masa en el espacio. El estatorreactor Fusion es solo un estatorreactor normal menos el escape gaseoso de la quema de combustible para aviones,
De su cita: "Las altas velocidades obligan a la masa reactiva (hidrógeno interestelar) a entrar en un campo magnético progresivamente contraído, comprimiéndolo hasta que se produce la fusión termonuclear". Si toda la primicia es para recolectar masa de reacción, entonces en la atmósfera también puede usar un balde de metal, momento en el cual es solo un estatorreactor normal con un enfoque novedoso para sobrecalentar el aire y no se parece a un estatorreactor Bussard pero el palabra 'estatorreactor'...
¡Eso me enseñará a leer mis enlaces! Tienes razón.

Un método de fusión factible podría ser el llamado " Fusion Focus ", que es un proceso de fusión aneutrónica que utiliza la fusión de hidrógeno y boro. Crea una corriente de plasma muy estrecha (enfocada) que pasa por un "acelerador de partículas inverso", que genera electricidad al desacelerar los iones, dejando muy poco exceso de calor.

El proceso solo funciona en una cámara de vacío, por lo que no puede usar la corriente de plasma como escape, sino que la electricidad podría impulsar los motores a reacción al calentar el aire y accionar las turbinas.

Hasta ahora, el método es solo teórico, pero la teoría parece sólida, aunque los críticos dicen que será muy difícil lograr la precisión necesaria.

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