В ЖРД в камеру сгорания и в ТНА подаются топливо и окислитель в определенных пропорциях.
В разных двигателях пропорции могут отличаться, конечно это делается во имя достижения каких то целей,
повышение УИ, чтоб не образовывалась сажа, чтоб не выгорали стенки. Вообще я понял параметров, причин и приаритетов много.
Не кто не подскажет ссылку, или прокоментирует.
ЦитироватьГусев_А пишет:
Не кто не подскажет ссылку, или прокоментирует.
Курпатенков В.Д. (ред.) - Методические указания для дипломного проектирования по выбору и расчету схемы двигателя - 1979
В ЖРД с открытой схемой используют восстановительный генераторный газ, т. к.:
1. Восстановительный генераторный газ имеет меньшую, по сравнению с окислительным, молярную массу, а значит, бОльшую газовую постоянную.
2. Допустимая температура восстановительного газа (1000...1200 С) выше, чем окислительного (700...900 С), т. к. в окислительном газе высокой температуры могут вспыхнуть лопатки турбины.
Обе причины приводят к тому, что удельная адиабатическая газа на лопатках турбины выше у восстановительного газа. Следовательно, при равной потребляемой насосами мощности потребуется больший расход окислительного газа, чем восстановительного, для получения одинаковой мощности турбины. Из-за большего расхода окислительного газа упадёт удельный импульс ЖРД.
Значит, для двигателя открытой схемы выгоден именно восстановительный газ.
В ЖРД замкнутой схемы наоборот, как правило, применяют окислительный газ. В этих ЖРД есть возможность пропустить через турбину весь расход одного из компонентов. При применении окислителя можно снизить температуру генераторного газа за счёт его большого расхода. Так упрощается ТНА.
Исключение из этого правила - водородные ЖРД. Малая молярная масса водорода (в 16 раз меньше, чем у кислорода) делает выгодным использование именно восстановительного газа.
Особняком стоит ЖРД 15Д12, работавший на компонентах АТ_НДМГ, выполненный по схеме с дожиганием восстановительного генераторного газа. Но такое решение было обусловлено необходимостью реализовать вдув части генераторного газа в сверхзвуковое сопло.
ЦитироватьАлександр Хороших пишет:
Особняком стоит ЖРД 15Д12, работавший на компонентах АТ_НДМГ, выполненный по схеме с дожиганием восстановительного генераторного газа. Но такое решение было обусловлено необходимостью реализовать вдув части генераторного газа в сверхзвуковое сопло.
В КБ "Южное" с этим газогенератором было много проблем при отработке двигателя 15Д12, а потом и его модификации 15Д169.
ЦитироватьГусев_А пишет:
В разных двигателях пропорции могут отличаться, конечно это делается во имя достижения каких то целей,
Так, далее.
1. Выбор соотношения компонентов в ГГ прост и понятен - вбираем топливную пару, задаёмся температурой и по таблице или в программе рассчитываем массовое соотношение компонентов.
В ЖРД открытой схемы температура выбирается из соображений температурной прочности лопаток, в ЖРД замкнутой - такой, чтобы сам ротор турбины (и её сопловой аппарат) не воспламенились.
2. Выбор соотношения компонентов в ядре КС несколько сложнее.
В целом, максимальное количество теплоты на единицу массы прореагировавших компонентов выделяется при их стехиометрическом соотношении, т. е. таком соотношении, при котором продукты полностью, без остатка, реагируют друг с другом. Очевидно, добавление того или иного компонента просто разбавит смесь и несколько охладит её.
Однако в ЖРД необходимо получить не максимально высокую температуру в КС, а максимально возможную скорость истечения из сопла. Скорость же истечения из сопла зависит как от температуры продуктов сгорания. так и от их молярной массы (и от степени расширения сопла, конечно же). Практика показывает, что молярные массы продуктов сгорания, образующихся при неполном окислении, меньше, чем молярные массы полностью окисленных газов и тем более - с избытком окислителя. Достаточно сравнить молярные массы СО и СО2.
В целом, существует оптимум соотношения компонентов, при котором скорость истечения из сопла максимальна. Для большинства компонентов он составляет порядка альфа=0,9...0,95 (альфа - коэффициент избытка окислителя, равный отношению действительного соотношения компонентов к их стехиометрическому соотношению), для водорода опускается примерно до 0,6.
Другим фактором, влияющим на коэффициент избытка окислителя в КС (или массовое соотношение компонентов), является наличие завес и форсунок пристеночного слоя. Т. к. в них используется горчюее. то максимум также сдвигается в сторону меньших альфа. Как правило, в пристеночный слой идёт порядка 2...5% расхода горючего, поэтому массовое соотношение компонентов в среднем по КС=(0,92...0,95)Км(ядра).
Цитироватьsalto пишет:
В КБ "Южное" с этим газогенератором было много проблем при отработкедвигателя 15Д12, а потом и его модификации 15Д169.
Из-за проблем с устойчивостью горения? Вроде именно из-за этого ГГ в РД-109/119 чисто на термическом разложении НДМГ.
ЦитироватьАлександр Хороших пишет:
В ЖРД замкнутой схемы наоборот, как правило, применяют окислительный газ. В этих ЖРД есть возможность пропустить через турбину весь расход одного из компонентов. При применении окислителя можно снизить температуру генераторного газа за счёт его большого расхода. Так упрощается ТНА.
Зато появляются проблемы с окисляемостью всего вокруг ;)
Цитироватьfreinir пишет:
ЦитироватьАлександр Хороших пишет:
В ЖРД замкнутой схемы наоборот, как правило, применяют окислительный газ. В этих ЖРД есть возможность пропустить через турбину весь расход одного из компонентов. При применении окислителя можно снизить температуру генераторного газа за счёт его большого расхода. Так упрощается ТНА.
Зато появляются проблемы с окисляемостью всего вокруг ;)
Зато растёт эффективность ТНА из-за роста расхода через турбину. Зато падает массовое совершенство из-за необходимости трубопроводов на больший расход. Зато... и так далее. Мало что бывает "лучше" без того, чтобы что-то другое стало "хуже", вопрос в том, насколько - и в предпочтениях автора (или авторов) в том, с какими проблемами им лучше бороться. Поэтому - не только в ракетной технике - и есть разные школы, и редко бывают "гарантированно правильные" ответы на вопросы типа "как в целом подходить к многопараметрической проблеме".
Александр назвал один из плюсов - который считается важным. Конечно, при этом появляются и минусы - поэтому всегда странно слушать доклады начальников с логикой "мы решили лететь на Луну, чтобы утереть нос американцам - мы решили не лететь на Луну, чтобы сэкономить деньги" - или что-то в этом роде :) как будто сначала всем нужна была первая причина, а потом, спохватившись, вторая. Каждый раз хочется спросить - а раньше чем думали :) . Конечно, решения надо принимать по совокупности условий... которые бывают разные - поэтому бывают и кислые, и сладкие, и открытые, и газ-газ и всё остальное.
Цитироватьfreinir пишет:
Зато появляются проблемы с окисляемостью всего вокруг ;)
Однако ж всегда (за приведёнными мной исключениями) используют окислительный газ.
ЦитироватьАлександр Хороших пишет:
Цитироватьfreinir пишет:
Зато появляются проблемы с окисляемостью всего вокруг
Однако ж всегда (за приведёнными мной исключениями) используют окислительный газ.
Ну на АТ эта проблема не настолько серьёзна, а с кислородом и керосином вроде как сажи боятся.
Цитироватьfreinir пишет:
с кислородом и керосином вроде как сажи боятся.
Да, она абразивна. :( Соответственно может повредить на большой скорости сопловой аппарат турбины и её лопатки.
Ну и при прочих равных - придётся повышать температуру в ГГ. Я не берусь оценить, во сколько, но достаточно существенно, т. к. мощность турбины прямо пропорциональна массовому расходу газа через неё и лишь корню квадратному - из температуры. Массовое соотношение между керосином и кислородом - 2,5 на вскидку. Конечно, тут надо учитывать бОльшую газовую постоянную сладкого газа. Т. е. вполне может статься, что температуру в ГГ придётся поднимать раза этак в три.
ЦитироватьАлександр Хороших пишет:
Цитироватьfreinir пишет:
с кислородом и керосином вроде как сажи боятся.
Да, она абразивна. Соответственно может повредить на большой скорости сопловой аппарат турбины и её лопатки.
Ну и при прочих равных - придётся повышать температуру в ГГ. Я не берусь оценить, во сколько, но достаточно существенно, т. к. мощность турбины прямо пропорциональна массовому расходу газа через неё и лишь корню квадратному - из температуры. Массовое соотношение между керосином и кислородом - 2,5 на вскидку. Конечно, тут надо учитывать бОльшую газовую постоянную сладкого газа. Т. е. вполне может статься, что температуру в ГГ придётся поднимать раза этак в три.
А в пневмогидросистемах Вы тоже разбираетесь?
Цитироватьfreinir пишет:
А в пневмогидросистемах Вы тоже разбираетесь?
Ну... Учили нас этому. А что?..
ЦитироватьАлександр Хороших пишет:
Цитироватьfreinir пишет:
А в пневмогидросистемах Вы тоже разбираетесь?
Ну... Учили нас этому. А что?..
Да есть тут работа для специалистов по ПГСП ДУ
Цитироватьfreinir пишет:
Да есть тут работа для специалистов по ПГСП ДУ
Пишите в личку :) Или почта: horoshih-aleksander@yandex.ru
ЦитироватьАлександр Хороших пишет:
мощность турбины прямо пропорциональна массовому расходу газа через неё и лишь корню квадратному - из температуры.
Насчет зависимости от температуры, можете на источник сослаться? Хочу для себя разобраться.
(https://forum.novosti-kosmonavtiki.ru/forum/file/51944)
ЦитироватьПлейшнер пишет:
Насчет зависимости от температуры, можете на источник сослаться? Хочу для себя разобраться.
Тут я дурак - извиняюсь за ошибку. :( Конечно, удельная адиабатическая работа прямо пропорциональна температуре.
Прямо пропорциональна корню квадратному из неё скорость истечения продуктов реакции.
ЦитироватьАлександр Хороших пишет:
2. Выбор соотношения компонентов в ядре КС несколько сложнее.
В целом, максимальное количество теплоты на единицу массы прореагировавших компонентов выделяется при их стехиометрическом соотношении, т. е. таком соотношении, при котором продукты полностью, без остатка, реагируют друг с другом. Очевидно, добавление того или иного компонента просто разбавит смесь и несколько охладит её.
Однако в ЖРД необходимо получить не максимально высокую температуру в КС, а максимально возможную скорость истечения из сопла. Скорость же истечения из сопла зависит как от температуры продуктов сгорания. так и от их молярной массы (и от степени расширения сопла, конечно же). Практика показывает, что молярные массы продуктов сгорания, образующихся при неполном окислении, меньше, чем молярные массы полностью окисленных газов и тем более - с избытком окислителя. Достаточно сравнить молярные массы СО и СО2.
В целом, существует оптимум соотношения компонентов, при котором скорость истечения из сопла максимальна. Для большинства компонентов он составляет порядка альфа=0,9...0,95 (альфа - коэффициент избытка окислителя, равный отношению действительного соотношения компонентов к их стехиометрическому соотношению), для водорода опускается примерно до 0,6.
Неправильное объяснение. Потенциальная эффективность топлива целиком определяется энтальпией (удельной энергией), и не зависит от молекулярной массы продуктов сгорания. Энтальпия максимальна, как правило, при стехиометрическом соотношении компонентов. Причина отхода от стехиометрии заключается в явлении диссоциации продуктов сгорания при высоких температурах. При диссоциации средняя молекулярная масса уменьшается, но этот процесс отбирает много энергии. Она потом выделяется в процессе рекомбинации, но уже не в камере сгорания, а в сопле. В результате сопло работает с меньшей эффективностью, а на выходе продукты сгорания имеют более высокую температуру. Поэтому у водородника с давлением 150 атм и соплом умеренного расширения соотношение компонентов 5,55, а стехиометрическое - 8. Оптимум приближается к стехиометрии с ростом давления в КС (подавляется диссоциация), с увеличением степени расширения сопла, а также с пересчётом на общий оптимум, включающий массу топливных баков.
]
Цитироватьmihalchuk пишет:
Потенциальная эффективность топлива целиком определяется энтальпией (удельной энергией), и не зависит от молекулярной массы продуктов сгорания.
А вот скорость от молекулярной массы зависит.
Цитироватьmihalchuk пишет:
Причина отхода от стехиометрии заключается в явлении диссоциации продуктов сгорания при высоких температурах.
Отнюдь. Причина отхода от стехиометрии в область меньших альфа - именно в поиске максимума скорости истечения.
Цитироватьmihalchuk пишет:
При диссоциации средняя молекулярная масса уменьшается, но этот процесс отбирает много энергии.
Ну так давайте сделаем альфу=1, температура вырастет и диссоциация ещё возрастёт.
Так ведь максимум скорости истечения при альфа меньше 1 и возникает за счет подавления диссоциации и роста термического КПД двигателя. Достаточно хорошо это описано у Феодосьева, например.
ЦитироватьАлександр Хороших пишет:
Цитироватьmihalchuk пишет:
Потенциальная эффективность топлива целиком определяется энтальпией (удельной энергией), и не зависит от молекулярной массы продуктов сгорания.
А вот скорость от молекулярной массы зависит.
Вы собираетесь их нагревать? В ЯРД или СТРД? Тогда - однозначно. В химическом двигателе энтальпия продуктов сгорания однозначно определяется тепловыделением реакции и энтальпией исходных веществ. Это как бы дано природой, и о роли молекулярной массы здесь можно только рассуждать, но изменить ничего нельзя.
ЦитироватьЦитироватьmihalchuk пишет:
Причина отхода от стехиометрии заключается в явлении диссоциации продуктов сгорания при высоких температурах.
Отнюдь. Причина отхода от стехиометрии в область меньших альфа - именно в поиске максимума скорости истечения.
Ну так это, как говорится, на здоровье. Но с физической точки зрения это не причина, а следствие. Собственно, вопрос местной терминологии, и только.
Цитироватьmihalchuk пишет:
Вы собираетесь их нагревать? В ЯРД или СТРД? Тогда - однозначно. В химическом двигателе энтальпия продуктов сгорания однозначно определяется тепловыделением реакции и энтальпией исходных веществ. Это как бы дано природой, и о роли молекулярной массы здесь можно только рассуждать, но изменить ничего нельзя.
Мы, собственно, о чём разговариваем? О соотношении компонентов топлива, при котором будет максимум скорости истечения. Изменить его (соотношение) очевидно, можно, что и делается в релаьных двигателях. Зачем - я рассказал выше.
Цитироватьmihalchuk пишет:
Ну так это, как говорится, на здоровье. Но с физической точки зрения это не причина, а следствие. Собственно, вопрос местной терминологии, и только.
Ну, может и терминологии.
Конечно, физически изменение соотношения расходов компонентов приводит к - вызывает - изменение температуры, средней молярной массы и как следствие - скорости истечения. Но инженер-двигателист - совершенно логично - рассуждает обратным образом: нам нужно увеличить скорость истечения - поэтому, то есть, вследствие этого нашего желания, нам нужно изменить соотношение компонентов топлива.
Я думаю, вы об одном и том же говорите.
Цитироватьmihalchuk пишет:
В химическом двигателе энтальпия продуктов сгорания однозначно определяется тепловыделением реакции и энтальпией исходных веществ. Это как бы дано природой, и о роли молекулярной массы здесь можно только рассуждать, но изменить ничего нельзя.
Согласен, но. Другими словами это можно сказать так - выделяемая в камере энергия зависит от запаса энергии исходных компонентов топлива и запаса энергии, остающегося в результатах реакции горения. Разница этих энергий - это то, чем, так сказать, располагает двигатель.
Однако в ракетах мы больше заинтересованы не в энергии - не в мощности, не в плотности энергии - а в импульсе. Обычное дело разменивать энергетическую эффективность на импульсную. А импульсная очень даже заинтересована в скорости истечения, в которой молекулярная масса играет вполне себе важную скрипку.
Тут главное, что уменьшение молекулярной массы продуктов сгорания при отклонении соотношения компонентов от стехиометрического обеспечивает увеличение скорости истечения не само по себе, а за счет увеличения термического КПД химического двигателя, опережающего до определенных пределов потерю из-за уменьшения полной энтальпии продуктов сгорания.
Цитироватьfagot пишет:
уменьшение молекулярной массы продуктов сгорания при отклонении соотношения компонентов от стехиометрического обеспечивает увеличение скорости истечения <...> за счет увеличения термического КПД химического двигателя, опережающего до определенных пределов потерю из-за уменьшения полной энтальпии продуктов сгорания.
А можно это поподробнее объяснить, пожалуйста?
Я вот представляю себе картину так. У нас есть энергия химических связей Е, в камере сгорания она преобразуется в кинетическую энергию хаотического движения частиц - тепловую. В сопле она преобразуется в кинетическую энергию упорядоченного движения частиц - кинетическую потока. Её можно записать mv^2/2. Нам важна именно скорость истечения v. Тогда уменьшая m - массу частицы, можно поднять v.
Александр Хороших, важна скорость истечения...
Все таки, классическое представление несколько грешит. Скорость истечения это следствие, т.е. показатель процесса, а не целевая функция. Целевая функция это импульс силы, и цена этой тяги.
Как же так, не важна молярная масса? А как насчет веса топлива? По мне, так важна удельная (к массе) энергопроизводительность окислитель+восстановитель. Или я что-то не понимаю?
ЦитироватьKR пишет:
Александр Хороших , важна скорость истечения...
Я об этом и толкую :)
ЦитироватьKR пишет:
Скорость истечения это следствие, т.е. показатель процесса, а не целевая функция. Целевая функция это импульс силы, и цена этой тяги.
По сути да. Оптимизируют (для атмосферных двигателей) степень расширения (давление на срезе) и как результат - удельный импульс.
ЦитироватьАлександр Хороших пишет:
ЦитироватьKR пишет:
Скорость истечения это следствие, т.е. показатель процесса, а не целевая функция. Целевая функция это импульс силы, и цена этой тяги.
По сути да. Оптимизируют (для атмосферных двигателей) степень расширения (давление на срезе) и как результат - удельный импульс.
мне просто всегда не нравилось, как классически говорят, о "зависимости" импульса от скорости истечения.
В таком смысле, что мол импульс зависит от скорости. А собственно то все наоборот, скорость истечения это конечный результат "качества" движителя. И импульс соответственно совершенно не зависит от скорости истечения. Это скорость зависит от того, каким образом организован процесс взаимодействия газа и движителя.
ЦитироватьKR пишет:
мне просто всегда не нравилось, как классически говорят, о "зависимости" импульса от скорости истечения.
В таком смысле, что мол импульс зависит от скорости. А собственно то все наоборот, скорость истечения это конечный результат "качества" движителя. И импульс соответственно совершенно не зависит от скорости истечения. Это скорость зависит от того, каким образом организован процесс взаимодействия газа и движителя.
Хм... Вроде и всё верно написано, но.
Удельный импульс, очевидно, зависит от скорости истечения газа - чем скорость выше, тем выше удельный импульс:
F=J*m (1)
J - удельный импульс;
m - секундный массовый расход всех компонентов.
F=mw+Fa(Pa-Ps) (2)
w - скорость истечения;
Fa - площадь среза сопла;
Pa - давление газов на срезе сопла;
Ps - давление окружающей среды.
Приравнивая (1) и (2) можно легко получить зависимость удельного импульса от скорости. Как-то так :) Думаю, вы это и без меня знаете.
Вы частностm обсуждаете, малый кусочек. А общее - закон сохранения энергии и стартовая масса поважнее будут. Вы же не абстрактный двигатель на стенде обсуждаете, нет?
Цитироватьprofan пишет:
Вы частностm обсуждаете, малый кусочек.
Да, частности - таков уж вопрос темы.
Цитироватьprofan пишет:
А общее - закон сохранения энергии и стартовая масса поважнее будут.
А от частного можно к общему перейти :)
Автора темы интересовал сугубо частный вопрос - как выбирается соотношение компонентов в ГГ и КС. Вроде разобрались...
ЦитироватьАлександр Хороших пишет:
можно легко получить зависимость удельного импульса от скорости. Как-то так :) Думаю, вы это и без меня знаете.
да знаю. Но физическая картина, по порядку причин реально наоборот от того, что говорят.
Скорость истечения зависит от качества двигателя. Просто это самое "качество" сложно формализовать, а скорость истечения легко. Поэтому исторически сложилось, говорить о зависимости импульса реактивного двигателя от скорости с которой его покидает реактивная масса.
А физическая причина, это взаимодействие двигателя и реактивной массы. Представьте что масса просто пролетает "мимо" двигателя, при произвольной скорости, импульс будет ноль :)
ЦитироватьKR пишет:
А физическая причина, это взаимодействие двигателя и реактивной массы.
А об этом говорят на первых уроках по теории реактивного движения :) Что по ракетным, что по авиационным двигателям.
А потом уже говорят об удельном импульсе, который хорошо характеризует совершенство двигателя.
ЦитироватьАлександр Хороших пишет:
ЦитироватьKR пишет:
А физическая причина, это взаимодействие двигателя и реактивной массы.
А об этом говорят на первых уроках по теории реактивного движения :) Что по ракетным, что по авиационным двигателям.
А потом уже говорят об удельном импульсе, который хорошо характеризует совершенство двигателя.
да, но фразу то строят совершенно не в таком ключе :)
то же самое когда говорят о том, что тепловая работа зависит от температуры нагревателя и холодильника.
Еще можно сконструировать подобных перлов, например... скорость автомобиля зависит от скорости вращения его колес, или вес тела человека зависит от размера талии и т.д.
ЦитироватьKR пишет:
то же самое когда говорят о том, что тепловая работа зависит от температуры нагревателя и холодильника.
Еще можно сконструировать подобных перлов, например... скорость автомобиля зависит от скорости вращения его колес
Не, а разве нет?!
ЦитироватьАлександр Хороших пишет:
ЦитироватьKR пишет:
то же самое когда говорят о том, что тепловая работа зависит от температуры нагревателя и холодильника.
Еще можно сконструировать подобных перлов, например... скорость автомобиля зависит от скорости вращения его колес
Не, а разве нет?!
конечно нет :) Работа зависит от количества энергии переданной нагревателю.
Т.е. все следствия из этого процесса уже потом, могут быть выражены через термодинамические циклы.
А иначе получается, как в той песне: самолет летит, колеса крутятся..
ЦитироватьKR пишет:
конечно нет :) Работа зависит от количества энергии переданной нагревателю.
Да, но если не будет разницы температур, то и энергия никуда не перейдёт. Т. е.: есть разница температур, машина начинает работать. Разницы нет - машина останавливается.
Если мы говорим: передали нагревателю некоторое количество энергии, то подразумевается, что мы эту разницу температур создали. Так же? :)
П. С. вот чем меня радует эта и подобные темы - никакой ругани, политики, спокойное обсуждение :)
ЦитироватьАлександр Хороших пишет:
ЦитироватьKR пишет:
конечно нет :) Работа зависит от количества энергии переданной нагревателю.
Да, но если не будет разницы температур, то и энергия никуда не перейдёт. Т. е.: есть разница температур, машина начинает работать. Разницы нет - машина останавливается.
Если мы говорим: передали нагревателю некоторое количество энергии, то подразумевается, что мы эту разницу температур создали. Так же? :)
энергия в общем смысле это асимметрия. Любая.
Поэтому, когда говорится о передаче энергии, это конечно означает создание этой асимметрии, например тепловой. Я поэтому и говорю, что суждение "определяется разницей температур" это масло-масляное. :)
так же, как суждение "импульс определяется скоростью истечения"
это прямая подмена причины и следствия.
вот например перл:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Сопло́_Лава́ля
Сопло́ Лава́ля — газовый канал особого профиля, разгоняющий проходящий по нему газовый поток до сверхзвуковых (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C_%D0%B7%D0%B2%D1%83%D0%BA%D0%B0) скоростей.
ну как сопло разгоняет газ? :)
то же самое, подмена причины и следствия.
Всем спасибо, но в любом процессе познания, количество вопросов всегда превосходит количество ответов.
Простите, профильного образования нет, по этому по колхозному.
Вот на примере водород-кислородного ЖРД.
Хотя это и наиболее калорийная пара, и при достатке энергии можно повышать соотношение водорода (использовать его просто в качестве рабочего тела), чтоб при поддержании максимально возможной температуры средняя скорость истечения молекул газа была наибольшая. Без опаски всякой сажи и окисления поверхностей.
Но это если энергии в достатке, а если нет, то нужно стремиться к полному сгоранию.
Если смотреть например на РД 0120, то есть процент водорода, который не участвует в горении, а просто используется как рабочее тело, это наверно по причине, чтоб не повышать выше температуру? Или это выгодно для удельного импульса, хотя нагреть водород, не так просто с его огромной теплоемкостью.
ЦитироватьГусев_А пишет:
Вот на примере водород-кислородного ЖРД.
С кислород-водородным ЖРД ещё та сложность, что оптимизация ведётся не только по удельному импульсу, но и по массовому совершенству конструкции ракеты. Выбор выгодного с точки зрения у. и. соотношения приведёт к большой доле водорода, что в свою очередь приведёт к росту массы бака и падению массового совершенства ракеты, которое сожрёт все выгоды от удельного импульса.
Цитироватьavmich пишет:
Однако в ракетах мы больше заинтересованы не в энергии - не в мощности, не в плотности энергии - а в импульсе. Обычное дело разменивать энергетическую эффективность на импульсную. А импульсная очень даже заинтересована в скорости истечения, в которой молекулярная масса играет вполне себе важную скрипку.
Если бы не было земного притяжения, всё было бы так.
А раз оно есть, приходится наращивать мощность, отсюда и появляется проблема ухода от стехиометрии, и возникает сама собой, а не потому что хотят уменьшить молекулярную массу. :)
Видимо поэтому
KR и тыкает всех в причинно-следственные связи.
ЦитироватьАлександр Хороших пишет:
Я вот представляю себе картину так. У нас есть энергия химических связей Е, в камере сгорания она преобразуется в кинетическую энергию хаотического движения частиц - тепловую. В сопле она преобразуется в кинетическую энергию упорядоченного движения частиц - кинетическую потока. Её можно записать mv^2/2. Нам важна именно скорость истечения v. Тогда уменьшая m - массу частицы, можно поднять v.
Тут проблема в том, что в химическом двигателе энергия продуктов сгорания ограничена теплотворностью топлива и при отклонении от стехиометрии уменьшается. Легкие частицы, конечно, будут двигаться в камере быстрее, нежели тяжелые, но они не приносят дополнительной энергии и суммарная энергия уменьшится. Вы попробуйте добавить к тяжелой частице, имеющей определенную скорость, легкую частицу с нулевой скоростью, и посмотрите, как изменится суммарный импульс при условии полного преобразования энергии хаотического движения в энергию упорядоченного движения. Хотя в реальности, конечно, термодинамика не рассматривает системы из двух частиц и все частицы вылетают из сопла с одинаковой скоростью.
Однако это все в случае идеального газа при бесконечной степени расширения. При конечной степени расширения только часть энтальпии продуктов сгорания может быть преобразована в энергию упорядоченного движения и, в конечном итоге, в скорость истечения, отношение полученной кинетической энергии к максимально возможной и определяет термический КПД. И вот здесь уже начинает играть роль показатель адиабаты, т.к. чем он больше, тем выше и КПД при одной и той же степени расширения, и выше скорость истечения. В этом случае при разбавлении продуктов сгорания газом с большим, чем у них, показателем адиабаты, можно повысить термический КПД, потеряв в энтальпии пропорционально массовой доле разбавителя. При этом чем ниже молекулярная масса последнего, тем меньшая доля его требуется для того же приращения показателя адиабаты и КПД и при определенном соотношении получается максимум произведения энтальпии и КПД и, соответственно, максимум скорости истечения. В случае равенства показателей адиабаты продуктов полного сгорания и разбавителя смешение их не имеет смысла при любом соотношении молекулярных масс, т.к. КПД не изменится, а энтальпия упадет.
В реальном двигателе имеет место диссоциация продуктов сгорания, отнимающая энергию в камере и возвращающая уже в сопле в результате рекомбинации, что эквивалентно снижению показателя адиабаты для идеального газа. Кроме того, с ростом температуры падает и показатель адиабаты недиссоциированного газа. Тут добавка разбавителя с малой молекулярной массой позволяет за счет его высокой теплоемкости значительно снизить температуру в КС и, следовательно, диссоциацию, при этом незначительно потеряв в полной энтальпии, т.к. массовая доля разбавителя мала. В итоге опять-таки до определенных пределов увеличивается термический КПД и скорость истечения при конечной степени расширения сопла.
Занятно, что в классической формуле для скорости истечения при этом уменьшается множитель, содержащий молекулярную массу, и увеличивается множитель, в явном виде ее не содержащий.