[AR] Re: airbreathing engines (was Re: Re: to the stars, soon)

  • From: Ian Woollard <ian.woollard@xxxxxxxxx>
  • To: arocket@xxxxxxxxxxxxx
  • Date: Tue, 5 Apr 2016 19:49:47 +0100

On 5 April 2016 at 08:30, Peter Fairbrother <zenadsl6186@xxxxxxxxx> wrote:


Unfortunately for the relevance of that theory, the extra advantage of
airbreathing is lost long before then -- ramjet speeds are still far
below the exhaust velocity of a decent rocket engine.


Up to hypersonic speeds, jet engines beat the ass off rockets for
efficiency. Weight, no question, rockets are mcuh lighter, but they don't
hold a candle for efficiency.


A *rocket* engine is most energy efficient with an exhaust velocity
matched to its flight speed, yes.


Actually, all jet engines are.


(This is, however, of no practical
importance, since energy efficiency is not the dominant design issue for
most types of rocket.)  But jets are different.  Adding momentum to air
that is already flowing past you at high speed is very costly in energy.


No, no, no! That is *definitely* not correct. In fact, Concorde's engines
were more energy efficient than all but the most modern jet aircraft, and
far more efficient than any modern rocket, and that's pretty characteristic
of supersonic engines; the SR-71 was very similar.

Basically, any supersonic jet engine is an inlet (basically a De Laval
nozzle run in reverse), a burner, and another De Laval Nozzle. De Laval
Nozzles and inlets are pretty damn efficient, they're pretty much
adiabatic. You don't lose a lot.


Having *ambient* nitrogen to use as reaction mass is useful at low
speed, but becomes much less so as speed builds up.  A quick bit of
algebra suggests that airbreathing Isp should be roughly inversely
proportional to flight speed,


inversely proportional to the *square* of flight speed?


No, inverse speed.


jet must accelerate x lb of air by y ft/s to produce thrust z. assuming
flight speed >> y, energy required to do so depends ~ on square of relative
speed of air.


No, the faster you go, the more air is going into and out of the engine per
second, and you're only increasing its speed by a (relatively small)
amount. So, really, supersonic efficiency is related to why turbofans are
so good at subsonic speeds; they're taking in a whole lot of air, and not
accelerating it very much.


-- Peter Fairbrother


and indeed if you plot Isp vs. speed for a

wide range of real airbreathers, and draw a curve through the best-Isp
peaks, the curve is pretty much a simple 1/x shape.

Henry







-- 
-Ian Woollard

Sent from my Turing machine

Other related posts:

  1. Home
  2. arocket
  3. Archive
  4. 04-2016