ЭТХ орудие - попытка моделирования

Как пишется в приличных статьях ;-) идея устройства, ускоряющего материю продуктами реакции окисления магния в воде, описана в [1][2].

Отлично описано, красиво, только данных маловато для формирования модели.

А мне интересно. Твердофазные ядерные двигатели, например, в своё время тоже считалась фантастически эффективными - но в реальности их импульс на том же водороде оказался всего лишь примерно двукратным относительно ЖРД на том же топливе, да ещё и с рядом минусов. Подробности указаны в [3].

При всей моей любви к сложному способу - то есть моделировании с самого начала, с базовых формул молекулярной физики - тут я этот способ вынужден был ограничить. Долго, ***. Даже с использованием научного софта.

Да, не только магний-вода, но и алюминий-вода, оно же ALICE[4].

Смоделировать горение и истечение газов я попробовал в Rocket Propellant Analysis [5] - там можно проверить горение очень много чего в очень много чем.

Правда, магний в воде я там зажечь не сумел.

А вот алюминий зажёг.

Что мы получаем в случае теоретического максимума?

95% массы оксид алюминия, зато 71% молекул - водород.

И удельный импульс при давлении продуктов сгорания в камере 1 МПа всего 210 секунд.

Маловато.

Но с двигателем это пока финиш

***

А моделировать крутую космическую пушку нужно в крутом космосимуляторе. Вы уже поняли, это CoaDE.

Сделать это было не слишком просто - руководство по моделированию новых материалов отсутствует, однако разобраться в лежащих в открытую файлах данных можно.

Описание магний-водяного вещества (магний-лед, magnice, магниса) содержится в файле Data/Materials/Combustables.txt

Material Alice
Elements                        Al    H    O
ElementCount                    2    6    3
Density_kg__m3                    1425
EnthalpyOfFormation_kJ__mol        0.0
SpecificHeat_J__kg_K            2600.0
ThermalConductivity_W__m_K        2.4
YoungsModulus_GPa                3.0
ShearModulus_GPa                1.8
MeltingPoint_K                    273.50
BoilingPoint_K                    373

Material Magnice
Elements                        Mg    H    O
ElementCount                    1    4    2
Density_kg__m3                    1295
EnthalpyOfFormation_kJ__mol        0.0
SpecificHeat_J__kg_K            2920.0
ThermalConductivity_W__m_K        0.6
YoungsModulus_GPa                3.0
ShearModulus_GPa                1.8
MeltingPoint_K                    273.50
BoilingPoint_K                    373

Теплоемкость посчитана втупую - как теплоемкость заряда m*C=c_mg * m_mg + c_h2o * m_h2o. Для теплопроводности магнисы взята теплопроводность, для алисы - смеси алюминиевого нанопорошка с водой. Энтальпия образования механической смеси взята 0.

Химическая реакция - в файле Data/ChemicalReactions.txt

ChemicalReaction Alice
Reactants                        Alice
ReactantCounts                    1
Products                        Hydrogen    Aluminum Oxide
ProductCounts                    6        1
ActivationEnergy_kJ__mol        70.0
AutoignitionTemperature_K        920

ChemicalReaction Magnice
Reactants                        Magnice
ReactantCounts                    1
Products                        Hydrogen    Magnesium Hydroxide
ProductCounts                    2        1
ActivationEnergy_kJ__mol        49.5
AutoignitionTemperature_K        860

Там есть момент - энергия активации посчитана как молярная теплота разогрева металлов и воды до температуры вспышки. Это затычка для электроподжига топлива ;-) Надеюсь, я её вставил правильно.

И пришлось отдельно описать гидроксид магния - продукт реакции - в Data/Materials/Ceramics.txt

Material Magnesium Hydroxide
Elements                        Mg    O    H
ElementCount                    1    2    2
Density_kg__m3                    2344
EnthalpyOfFormation_kJ__mol        -925.0
YieldStrength_MPa                200
UltimateTensileStrength_MPa        665
YoungsModulus_GPa                413
ShearModulus_GPa                165
SpecificHeat_J__kg_K            955
MeltingPoint_K                    625
BoilingPoint_K                    770
ThermalConductivity_W__m_K        0.065
ThermalExpansion__K                10.9e-6
Resistivity_Ohm_m                1e16
DielectricStrength_MV__m        43
RelativePermittivity            11.1
BandGap_eV                        9.9
RefractiveIndex                    Aluminum Oxide
RoughnessCoefficient            0.7

Я не химик, но есть там неоднозначность в конце реакции, оксид магния получается или гидроксид. В моделировании с топливом ALICE оставался только оксид алюминия, но он в отличие от магниевого вроде бы не реагирует с парами воды - а магниевый реагирует, образуя гидроксид.

Но и гидроксид распадается на оксид и воду.

Правда, у гидроксида энтальпия образования выше. Оставил его.

В общем, здесь возможная неточность. Жаль, что в RPA его сжечь не получилось.

Ещё неточность в механических и электрических характеристиках, они скопированы с оксида алюминия.

Тем не менее, этого хватило. Игра запустилась.

Вот так выглядит расчет параметров топлива движком CoaDE

И теперь смоделируем девайс с магнисой.

Однако, вот предел оптимизации маленькой пушечки.

Можно выжать два километра в секунду, но на очень лёгких и достаточно широких (калибры характерно больше, чем на азотных соединениях) снарядах. При росте массы скорость резко падает, а давление ещё резче растет. P=nkT, черт.

Добавлять просто массу топлива бессмысленно, резко падает кпд и скорость.

Размер гранул определяет площадь поверхности реакции, да - так что здесь только как ориентир.

Можно ли разогнать большой снаряд?

Можно! 

Отлично. Теперь примерная модель есть.

Предлагаю её на поругание поправки и использование.