Ayuda a enfriar el motor de chorro de pulso alimentado con H22_2 vivo

Un organismo parecido a un calamar utiliza el vuelo impulsado por la gravedad, pero se basa en la propulsión a chorro para el lanzamiento, el ataque y las tácticas evasivas.

Se basa aerodinámicamente en la forma en que vuela un verdadero calamar, sin embargo, ha evolucionado la propulsión a chorro atmosférico para reemplazar los chorros hidráulicos restrictivos.

calamar volador

Sus tentáculos y aletas se han vuelto mucho más grandes para un vuelo sostenido, pero sus brazos siguen articulados para el agarre y la locomoción marina.

La cámara de deflagración del chorro es el exoesqueleto cilíndrico de otro molusco, casi perfectamente abocinado, con un diámetro ajustado acústicamente a un ciclo de deflagración OH. Este calamar lo une a su cuerpo, teniendo una entrada por la nariz y una salida por la parte posterior del animal. El material es poco probable queratina o carbonato de calcio, debe tener buenas propiedades de aislamiento térmico e integridad estructural.

El combustible para aviones es doble: el gas H es un subproducto de la fermentación natural almacenado en vejigas; un alga simbiótica vive en una capa debajo de su piel translúcida, consumiendo su escape respiratorio y produciendo O 2 que se acumula en otra vejiga. Los dos gases se inyectan en la cámara de deflagración sin válvula para la propulsión.

El chorro solo necesita funcionar durante ráfagas de 2 segundos de posiblemente 8 a 12 pulsos. Su propósito es simplemente ganar suficiente impulso para volar o evadir a un depredador mientras vuela.

Suponga que el peso bruto total del animal es de 5 kg y que puede acelerar a los 8 ms − 2 durante dos segundos.

Dado el calor generado por esta reacción,

¿Qué método de enfriamiento liviano se puede usar para evitar daños por calor en la cámara de combustión y el O? 2 & chorros de combustible H?

Por supuesto, el método de enfriamiento debe incluir materiales adecuados para la transferencia de calor y, posiblemente, para la eliminación de calor.

No sé cuánto combustible consumiría esta actividad, sin embargo, supongamos que ha desarrollado una eficiencia del 40 % en la producción de empuje, por lo que el 60 % se convierte en calor, pero el 80 % de ese calor se agota.

Si H 2 no tiene suficiente densidad de energía para generar el empuje requerido, estoy abierto a otras opciones de combustible de origen orgánico.

¿Cómo funciona el vuelo propulsado por gravedad?
@ L. Deslizamiento holandés, se supone.
Sí. Se llama deslizamiento. El chorro de pulso lo lleva a la altura y le da impulso, luego se desliza.

Respuestas (2)

Entonces, ignorando la resistencia (demasiado como un trabajo duro), una masa de 5 kg acelerada desde estacionaria a 8 m/s 2 durante 2 s tiene una energía cinética de 640 J. Con su eficiencia del 40 %, eso significa que necesita una combustión de 1,6 kJ que produzca 960 J de calor, de los cuales 192 J deben eliminarse mediante refrigeración activa.

La capacidad calorífica específica del agua es de aproximadamente 4,2 kJ/l. 10 ml de agua se calentarían un poco menos de 23 K si absorbiera completamente esa energía térmica. Por lo tanto, la solución simple es usar una pequeña vejiga de agua para forzar el agua de mar a través de los conductos de enfriamiento alrededor de la cámara del cohete.

La cuestión de qué tipo de cohete deberías usar es lo suficientemente complicada como para preguntar al respecto en una pregunta separada. El oxígeno es un oxidante perfectamente razonable, pero el almacenamiento de hidrógeno es lo suficientemente complicado como para usar algún hidrocarburo volátil ligero en su lugar. Pierde I sp , pero la densidad de su combustible se dispara (comparativamente) y es probable que la temperatura de su cámara baje, lo que ayudará con la ingeniería de materiales (también obtendrá una ingeniosa llama de cohete naranja, en lugar de un invisible uno).

No ha abordado el problema de cómo se enciende realmente su cohete. La combinación de combustible/oxidante que ha sugerido obviamente no es hipergólica, por lo que necesitará algo más (quizás tomando una hoja del libro de química del escarabajo bombardero).

Oh, sí, es tomar prestada una bujía de una anguila eléctrica. Lo siento.
Las anguilas eléctricas de @VogonPoet no generan un voltaje lo suficientemente alto para formar un arco, ¿verdad? (Además, ¿no son especies de agua dulce? En su lugar, querrás rayos de torpedo ) Sin un arco decente, no estoy seguro de que puedan hacer el trabajo.
@VogonPoet también los músculos especialistas en generación de electricidad son bastante grandes y pesados ​​​​... cosas no deseables para cargar solo para encender un cohete. Un iniciador hipergólico pequeño parece una mejor alternativa si puede obtener uno.
Con un espacio de chispa lo suficientemente pequeño y una cámara de encendido diminuta, los 860 V de una anguila podrían generar chispas, sin embargo, esta carga se concentra en un área mucho más pequeña que el pez.
@VogonPoet alrededor de 0,1 mm en el aire; bastante pequeño Parece que la ignición será bastante desafiante, al igual que el manejo del desgaste de los electrodos (y, de hecho, el problema de la formación de electrodos en primer lugar).
De hecho, he tenido chispas estáticas en alfombras que saltan 2 mm usando mis dedos como electrodo. Solo necesita encender el primer evento de deflagración, no una chispa continua. Tal vez acumular una carga estática en vuelo y almacenarla es un mejor encendedor.
Las chispas de alfombra @VogonPoet tienen un voltaje mucho más alto (por eso los arcos son tan largos). Acumular suficiente carga estática entre saltos empapados de un medio conductor parece poco práctico. ¿Qué tiene de malo el arranque hipergólico químico? De todos modos, esto se está prolongando demasiado y no es relevante para mi respuesta. Por eso te sugerí que hicieras una pregunta aparte sobre tu cohete.
No estoy en contra del combustible hiperbólico, está más allá de lo que sé que se puede producir orgánicamente. H 2 y O están fácilmente disponibles y creo que se puede hacer una chispa. Para una especie acuática esto es un desafío, pero para una especie acuática aérea, la estática es una conclusión inevitable. Esta pregunta acaba de abordar el problema de enfriamiento, y todavía no estoy seguro de poder evitar que la boquilla del chorro se queme.
@VogonPoet viste mi comentario sobre la química del escarabajo bombardero, ¿verdad?
Sí, lo hice y simplemente no he llegado a hacer la investigación. Me estoy comiendo el elefante un bocado a la vez :) el encendido es una pregunta diferente, a menos que estés dispuesto a dejarlo caer en esta respuesta ... (¡Realmente me está empezando a gustar mi calamar propulsado por cierto!)

El calamar tiene acceso a toda el agua que puede usar. Lo usa de 2 maneras.

  1. Enfriado hidráulicamente.

El calamar tiene acceso a mucha agua. Además del H2 y el O2 mezclados en la cámara, el calamar añade agua. La reacción de H2 y O2 produce H2O gaseoso caliente, y una vez que se logra el cambio de fase, se desperdicia cada grado por encima de 100C. El calamar agrega H2O para absorber ese calor extra. El calamar agrega lo suficiente como para que gran parte del agua añadida se convierta en gas a 100 °C (¡vapor!) y, por lo tanto, contribuye a la propulsión.

La boquilla en sí descansa dentro del depósito interno utilizado para suministrar el agua, posiblemente el mismo que utiliza el calamar para la propulsión acuática. El calor que escapa por el exterior de la carcasa se captura para precalentar el agua que se inyectará en breve.

Esta idea de semipanadería presenta el esquema aplicado a un motor.

https://www.halfbakery.com/idea/internal_20combustion_20steam_20engine#964198800

El calor que pierden los motores de combustión interna es puro desperdicio. Si se programara un inyector tipo diesel para inyectar justo después del encendido la cantidad exacta de agua para mantener una temperatura de, digamos, 150 °C en la válvula de escape, el calor latente de evaporación mantendría el motor a la temperatura adecuada y la expansión Si las gotitas de agua se convirtieran en vapor, se triplicaría el trabajo obtenido del combustible. Los cilindros están aislados para conservar el calor, no enfriados como se hace actualmente.

  1. Agua para empuje.
    La propulsión conferida por el gas en expansión se mide a F = mv 2 . La m aquí es la masa del gas mismo, arrojado detrás del calamar. Pero el calamar tiene una masa de reacción barata adicional: agua. Mientras se prepara para el lanzamiento, toma una cantidad de agua y usa la expansión del gas para arrojar esta agua detrás de él. Es un cohete de agua - masa de reacción de agua impulsada por gas presurizado, que aquí es el H2O caliente de la reacción.

¿Conchas cultivadas en casa? Me gusta la idea de un caparazón rescatado de otro molusco, pero eso significa que la presión evolutiva sobre el calamar no puede funcionar en el caparazón, que en el calamar volador tiene un propósito muy diferente al que tenía su fabricante original. Los moluscos son muy capaces de hacer conchas; un ejemplo es el valiente nautilus con una excelente concha. El caparazón estaría especializado como tobera de cohete porque los calamares que vuelan viven mejor para reproducirse. No estoy seguro de que los cefalópodos compitan por parejas, pero me gusta la idea de que los calamares machos muestren su destreza voladora en un lek.

La idea detrás de la carcasa recuperada era lidiar fácilmente con el desgaste normal de las tensiones del chorro pulsante. Un calamar que tiene que hacer crecer su propia cámara de combustión queda lisiado si la cámara se fractura.
El calor del propulsor seguramente no se desperdicia. Cuanto más caliente está el gas, más vigorosamente se expande, por lo que obtienes más empuje de tu cámara de combustión. Si desea utilizar el escape caliente, hágalo a través de un ciclo de fondo separado .
Además, usar agua como masa de reacción es barato mientras se puede recolectar del mar. Maximizará la eficacia de su jet propulsando mientras está fuera del mar, y no querrá llevar una carga de masa muerta pesada en el aire si no es necesario.
Me gusta esta idea para el lanzamiento, ofrecerá un despegue mucho más poderoso. Pero, ¿cómo funcionará el sistema en el aire? ¿Todavía puede disparar el avión para evitar a un depredador, o bombardear en picado a su presa?
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