Переохлаждение компонентов.

[Salo]

Переохлаждене компонентов уже обсуждали  здесь

Вот действительно о чём надо сожалеть, так это о том, что для модернизации космических ракет семейства Р-7 была использована только вторая ступень Р-9. На её основе был создан блок "И" РН "Восход", "Молния" и "Союз".
Но не были использованы следующие перспективные разработки:
- глубокое захолаживание кислорода (это не только снижает потери на испарение, но и существенно повышает энергетику движков, а также позволяет увеличить массу заправляемого топлива);
- двигатели на кардановом подвесе, которые так и просятся для установки на "пакете".
В 1980-х годах в отчёте одного из ведущих ракетно-космических НИИ прочитал, что эти мероприятия позволили бы увеличить массу полезного груза, выводимого на низкую орбиту:
- в 1,5 раза - при сохранении габаритно-массовых характеристик РН,
- в 2 раза - при сохранении габаритов, но некотором увеличении стартовой массы!

Переохлажденный кислород энергетику двигателя не повысит, скорее наоборот, зато может добавить проблем с ВЧ и усложняет наземное оборудование.
 А какие двигатели предлагалось ставить на РН, в отчете не говорится? Рост массы ПН в 1,5 раза при той же стартовой массе выглядит сомнительным.

Но ведь возрастает плотность и значит масса кислорода в ступенях, уменьшаются потери кислорода, ускоряется заправка, отпадает процедура захолаживания. Кстати НК-33 ведь были расчитаны на переохлаждённый кислород. :wink:
Да нужно будет заправлять из емкости с холодильником а не из кислородной ж/д цистерны. Но ведь и потери уменьшаются в разы!

А действительно почему переохлаждённый кислород не применялся нигде кроме Р-9 и Н-1? Кстати а на Энергии использовали?

Усложнение наземного оборудования при незначительном выигрыше, к тому же перевод на переохлажденный кислород уже существующих двигателей может быть затруднен. На Р-9 он в применялся в основном для повышения боеготовности, ну а из Н-1 надо было выжать последние крохи ПН. На Энергии использовался обычный кислород. Еще с 11К63 не совсем понятно - НДМГ на 2-й ступени там переохлаждался, а про кислород точно не известно.

Кислород довольно дешев, для небоевой ракеты его можно получать на КАЗе незадолго до заправки и везти далеко не нужно, поэтому экономить на потерях особого смысла нет. Опять же и существенно ускорять заправку для РН ни к чему. Переохлаждение осуществляется испарением части кислорода с последующим улавливанием и конденсацией газообразной части, в общем муторный процесс.
Двигатель конечно можно переделать, проблема это не принципиальная, хотя с РД-111 Глушко изрядно промучился, в замкнутой же схеме проблема ВЧ менее существенна.

Кислород на 11К25Ц применяли переохлажденный. Да и водород тоже.

Дмитрий, а почему тогда на Зените был кипящий? Если это даёт выигрыш в РЗТ, то почему не использовали? Двигатели ведь те же ,что и на Энергии.

А точно - кипящий?

Это только при хранении и заправке, а пускали с обычным. Хотя при давлении наддува конечно можно считать его и переохлажденным. Но на Энергии тоже выжимали ПН, а на обычных ракетах это ни к чему.

Вы хотели сказать - доохлажденный? :lol:

Ну а по сути. На Зените тоже доохлаждённый? И даёт ли это выигрыш в РЗТ за счёт большей плотности? Или только ускоряет и упрощает заправку?

Ни то и ни другое. В хранилище перед заправкой  на 1-2 градуса доохлаждается за счет испарения с зеркала. И все ради уменьшения потерь при захолаживании магистралей и баков. В баки большим расходом поступает кипящий :cry:

[Salo]

В.Е.Гудилин:

Другой особенностью комплекса ракеты Р-9 явилось системное решение проблем, связанных с длительным хранением жидкого кислорода. Этому предшествовал комплекс научно-исследовательских, проектно-конструкторских и опытных работ, направленных на существенное сокращение потерь кислорода от испарения при хранении в наземных емкостях, при транспортировке и после заправки в баки ракеты.
     За счёт применения принципиально новых видов изоляции емкостей с жидким кислородом (порошковая, экранно-вакуумная теплоизоляция ЭВТИ) в сочетании с вакуумом в теплоизолирующем пространстве емкости и выбора оптимальной формы наземных и транспортных емкостей хранения кислорода и баков ракеты, разработки специальных конструкций подвесок и опор емкостей хранения кислорода, новых конструкционных материалов, выбора оптимального способа термостатирования криогенных жидкостей, внедрения переохлаждения удалось сократить потери кислорода от испарения с 15% на начальном этапе до 0,05-0,2% в конце, перед выходом ракеты Р-9 на лётные испытания.
     Замена существовавших видов изоляции (мипоры, шлаковаты) на порошки (аэрозоль, перлит и др.), которыми заполнялось пространство между емкостью и наружным кожухом, и вакуумирование этого пространства превращало емкость для хранения кислорода в большой термос и резко сокращало теплоприток к емкости кислорода, а следовательно, и его потери от нагревания и испарения. Это сходство ещё более усиливалось при использовании ЭВТИ, которая представляла собой маты из листов блестящей тонкой фольги (около 100 штук), разделенных друг от друга редкой стеклотканью. Блестящая поверхность фольги резко уменьшала передачу тепла к емкости с кислородом, а вакуум в теплоизолирующем пространстве емкости довершал дело.
     Для создания системы вакуумирования на многочисленных объектах хранения кислорода был спроектирован и создан специальный форвакуумный насос в сочетании с двумя адсорбционными насосами с применением нового синтетического материала - цеолита, предварительно охлаждаемого жидким кислородом или азотом. Такая конструкция позволила довести вакуум с уровня 5x10-2 мм рт.ст. до 1x10-3-1x10-4. Это также потребовало освоения новой технологии сварки для получения полной герметичности многометровых сварных швов емкостей хранения, создания методики и аппаратуры контроля их качества. Все описанные выше мероприятия сводили к минимуму испарения криожидкости.
    Для полного решения проблемы была создана специальная газовая холодильная машина на кислородном уровне температур, которая, будучи установлена на емкости с жидким кислородом, конденсировала испарившийся из емкости газообразный кислород и возвращала его обратно в емкость уже в жидком состоянии. Так впервые в отечественной практике была решена проблема хранения жидкого кислорода практически без потерь.
     Однако, исследования показали, что есть ещё возможность повысить эффективность применения жидкого кислорода: если его температуру понизить ниже точки кипения при нормальных условиях (переохладить до температуры минус 203-210 оС), то он приобретает новые качества, среди которых главное для заправки - высокая текучесть. Это позволяло резко сократить время заправки (с 25...30 до 3...8 мин), при этом вместо насосов можно было использовать сжатый воздух, который выдавливал жидкий переохлажденный кислород из емкости хранения (стационарной или транспортируемой) в баки ракеты.
     Для переохлаждения жидкого кислорода применялась передвижная установка, в которой использовался принцип эжекции и уноса паров с поверхности жидкого кислорода в емкости за счёт перепада давления в эжекторе. Позже переохлаждение криожидкостей (кислорода, водорода, азота, гелия) нашло широкое применение в ракетно-космических комплексах Н1 и "Энергия-Буран" на тысячах тонн криокомпонентов.
     Жидкий кислород может заправляться в баки ракеты с расходом до 700 т/ч, жидкий водород - 110 т/ч. Будучи переохлажденным, жидкий кислород обеспечивает готовность ракеты Р-9 к пуску в течение десяти часов при высоком уровне безопасности работ при заправке.
     Полученные результаты потребовали коренной перестройки процессов получения, хранения, транспортировки и заправки криожидкостей. Была принципиально перестроена промышленная база, вышло соответствующее Постановление Правительства СССР, в 1972 г. создана крупнейшая научно-промышленная организация по этой проблеме - НПО "Криогенмаш" (г. Балашиха, Московской области), объединившая научные и производственные коллективы.

[Salo]

Вот что писал Дмитрий В. в своём посте "Пределы модернизации РН «Союз»."

Кроме того, за счет высвобождения объемов в ХО блоков, а также переохлаждения компонентов топлива ( с целью повышения их плотности), возможно увеличение заправки ББ и ЦБ, предположительно на 10% при неизменной сухой массе и габаритах блоков (впрочем, переохлаждение компонентов может прилично повысить эксплуатационные затраты).

[Salo]

Переохлажденный кислород энергетику двигателя не повысит, скорее наоборот, зато может добавить проблем с ВЧ и усложняет наземное оборудование.
 

Проблемы с ВЧ могут возникнуть только на двигателе открытой схемы (РД-107-108 или РД-0110 скажем).В случае замкнутой схемы с кислым газом весь ЖК газифицируется в газогенераторе. А переохлаждение должно снизить угрозу кавитации из-за большей текучести и улучшить охлаждение КС и сопла за счёт более низкой температуры.

[Salo]

Кислород довольно дешев, для небоевой ракеты его можно получать на КАЗе незадолго до заправки и везти далеко не нужно, поэтому экономить на потерях особого смысла нет. Опять же и существенно ускорять заправку для РН ни к чему. Переохлаждение осуществляется испарением части кислорода с последующим улавливанием и конденсацией газообразной части, в общем муторный процесс.

Кстати на форуме была информация, что КАЗ на Байконуре работает два раза в год. В остальное время ЖК и ЖА хранится. Видимо с использованием схемы переохлаждения (доохлаждения).  :wink:

[Андрей Суворов]

не только на форуме.
На самом деле, Байконур ещё и продаёт ЖК на сторону, для медицинского применения.

[Salo]

Андрей, напомните, это в новостях было?

[Salo]

http://www.roscosmos.ru/NewsDoSele.asp?NEWSID=2796

24.01.2008 Сегодня на космодроме Байконур проводится запуск в работу кислородно-азотного завода (КАЗ) космодрома.
   Сегодня на космодроме Байконур проводится запуск в работу кислородно-азотного завода (КАЗ) космодрома.
КАЗ расположен на площадке 3 космодрома и создавался по программе "Энергия-Буран". Завод предназначен для производства кислорода и азота, необходимых для пусков ракет с космодрома Байконур. Сейчас мощность КАЗа является избыточной, поэтому завод запускают два раза в год - в начале и конце года, в холодный период, чтобы меньше тратить электроэнергии при производстве кислорода и азота.
   В эту компанию заводу предстоит выработать продукты, необходимые для пусков весны - осени 2008 года. В связи с тем, что на космодроме начинается эксплуатация ракеты "Зенит-3SLБ", компонентов будет выработано больше, чем в предыдущие годы.
Помимо ракетных пусков, кислород, вырабатываемый на КАЗе Байконура, используется в медицине - он имеет высокую чистоту и был сертифицирован для применения в системе здравоохранения.
 

[Bell]

И что? Наработанный жидкий кислород потом хранится целый год???  :roll:

[Salo]

Угу! :lol:
И эта схема была предложена ещё Мишиным для Р-9.

[fagot]

Проблемы с ВЧ могут возникнуть только на двигателе открытой схемы (РД-107-108 или РД-0110 скажем).В случае замкнутой схемы с кислым газом весь ЖК газифицируется в газогенераторе. А переохлаждение должно снизить угрозу кавитации из-за большей текучести и улучшить охлаждение КС и сопла за счёт более низкой температуры.

В ГГ тоже бывают ВЧ, однако я нигде не говорил, что это неразрешимая проблема. Что касается охлаждения, то кислород тут не очень стремятся использовать, разве что в РД-170 для ГГ и газоводов.

[Salo]

Так вроде бы керосин тоже переохлаждённый?  :wink:

[fagot]

Так вроде бы керосин тоже переохлаждённый?  :wink:

Ну в том значении, что применяется слово переохлаждение к кислороду, керосин переохлажден очень глубоко даже в жаркий летний день.

[Salo]

А почему в блоке ДМ не использовали переохлаждённые компоненты?
Бак ЖК да и керосина тоже в ЭВТИ. РЗТ в РБ маленький (16,6 т) и проблем с переохлаждением быть не должно. А массовое совершенство сразу возрастёт и ПН тоже. Думаю для Зенита -3SLБ с Байконура увеличение ПН на ГПО лишним бы не было. :wink:

[Salo]

Так вроде бы керосин тоже переохлаждённый?  :wink:

Ну в том значении, что применяется слово переохлаждение к кислороду, керосин переохлажден очень глубоко даже в жаркий летний день.

А что его термостатируют? И до какой температуры?

[fagot]

А что его термостатируют? И до какой температуры?

Термостатируют вроде, а температура очевидно от конкретной РН зависит. Вован наверняка знает, но он вроде в отпуске.

[Salo]

Shin сказал что Вован скоро будет на форуме. :lol:

[fagot]

Это хорошо

[mihalchuk]

А почему в блоке ДМ не использовали переохлаждённые компоненты?
Бак ЖК да и керосина тоже в ЭВТИ. РЗТ в РБ маленький (16,6 т) и проблем с переохлаждением быть не должно. А массовое совершенство сразу возрастёт и ПН тоже. Думаю для Зенита -3SLБ с Байконура увеличение ПН на ГПО процентов на 10 лишним бы не было. :wink:

Все блоки Зенита -33SLБ заправляются из одной бочки. Приспособление двигателя 1-й ступени к переохлаждённому кислороду вылетит в копеечку. ИМХО, конечно.

[Salo]

Агрегат-заправщик РБ жидким кислородом снят с колес и установлен на фундаменте