Как думаете, возможно ли сделать однокамерный ракетный двигатель с тягой около 500 тонн на вытеснительной подаче?
Топливная пара - пропан/закись азота. Охлаждение - регенеративное, пропаном. Посчитал, получилось, что для полного сгорания пропана в закиси азота на 1 кубометр пропана нужно 4 кубометра закиси азота.
Давление в камере сгорания определяется наименьшим давлением любого из компонентов т.е. если у нас давление пропана 15 атм, а закиси 100 атм, то в КС всё равно будет 15 атм, верно?
Как вам такая схема: давление закиси в баках 15 атм, давление пропана - около 25 атм (бак пропана в 4 раза меньше бака с закисью, поэтому его выгоднее сделать для бОльшего давления, чем бак для закиси и пускать пропан для охлаждения двигателя). Около 10 атм будет "теряться" на охлаждение двигателя, на выходе получаем по 15 атм пропана и 15 атм закиси. Наддув гелием.
Недавно прочитал исследование DARPA, там пишут, что УИ у этой топливной пары 250 сек (1 атм.) - 312 сек (вакуум). Довольно перспективное топливо с учётом его некриогенности.
Сны о большом глупом носителе
https://geektimes.ru/post/246568/
Прикольно наверное будет посмотреть на баки рн для давления в 15 атмосфер и массой в них топлива в 300...400т
ЦитироватьLeonar пишет:
Прикольно наверное будет посмотреть на баки рн для давления в 15 атмосфер и массой в них топлива в 300...400т
Самые обычные баки. Для 15 атмосфер нужна толщина стенок 2-3 мм (для стали). А баки, расчитанные на примерно такое давление есть, в КК Аполлон была именно вытеснительная подача и двигатель на 4.5 тонн, AJ-10.
ЦитироватьЕвгений Нету пишет:
ЦитироватьLeonar пишет:
Прикольно наверное будет посмотреть на баки рн для давления в 15 атмосфер и массой в них топлива в 300...400т
Самые обычные баки. Для 15 атмосфер нужна толщина стенок 2-3 мм (для стали). А баки, расчитанные на примерно такое давление есть, в КК Аполлон была именно вытеснительная подача и двигатель на 4.5 тонн, AJ-
Странно...а почему у ракет с тна баки на давление всего то чуть больше атмосферы имееют толщины в 5...10мм усредненные...
Может быть размер таки имеет значение?
ЦитироватьLeonar пишет:
ЦитироватьЕвгений Нету пишет:
ЦитироватьLeonar пишет:
Прикольно наверное будет посмотреть на баки рн для давления в 15 атмосфер и массой в них топлива в 300...400т
Самые обычные баки. Для 15 атмосфер нужна толщина стенок 2-3 мм (для стали). А баки, расчитанные на примерно такое давление есть, в КК Аполлон была именно вытеснительная подача и двигатель на 4.5 тонн, AJ-
Странно...а почему у ракет с тна баки на давление всего то чуть больше атмосферы имееют толщины в 5...10мм усредненные...
Может быть размер таки имеет значение?
Даже не знаю... Обычный пропановый баллон рассчитан на 16 атмосфер, испытывают его при 25 атмосферах, а разрушается он при 50 атм.
Большие ракеты эффективнее маленьких потому, что площадь поверхности бака (и соответственно его вес) растёт как квадрат, а его объём растёт как куб. Но это если пренебречь аэродинамическими потерями.
Можно ссылку на 5...10 мм? Я почему-то в поисковике натыкаюсь на алюминиевые баки с толщиной 2 мм (У Протона).
А вообще были ли достаточно мощные двигатели с вытеснительной системой ? ЕМНИП, AJ10-138, 7,5т и то на известных самовоспламеняющихся компонентах, вроде при низких давлениях тоже проблемы со смесеобразованием-равномерностью на "невонючих" компонентах. Иначе что помешало делать если не Си Драгон, то что-то минимальное как Си Би "для души, в гараже".
Также для закиси азота, как и для перекиси водорода, просто-таки напрашивается все же открытая схема с ТНА.
И надо прогнать в программе, вроде у перекиси с пропаном УИ получше, тем более что есть английский космический опыт правда 85% перекись и керосин.
А сколько кстати тяга у Си Дрэгона? 3600т? Вот вам и самый большой проектировавшийся двигатель с вытеснительной подачей...
Alex_II, можно ли это назвать "проектировавшийся", скорее предпроектное предложение. Как бы это работало - вряд ли можно судить из подобия существующих достаточно мелких. А-ля"отраг" много начальных попыток в железе, а к большому глупому двигателю вообще никто не приступал, вероятно на что-то сразу натыкаются.
нород, я правильно понимаю, что давление в баке с системой вытеснения должно быть выше, чем в камере сгорания?
ЦитироватьНИИзнайка пишет:
а к большому глупому двигателю вообще никто не приступал, вероятно на что-то сразу натыкаются.
Ага, на начальные затраты сравнимые с затратами на строительство средних размеров сухогруза - это без R&D...
Цитироватьsilentpom пишет:
нород, я правильно понимаю, что давление в баке с системой вытеснения должно быть выше, чем в камере сгорания?
вроде как да примерно впополам
ЦитироватьЕвгений Нету пишет:
на алюминиевые баки с толщиной 2 мм (У Протона).
я примерно усредненную поверхность привел...
т.е. с учетом массы внутрибаковых "ребер жесткости и других "конструкций"" ...
Вообще тема поднята весьма интересная. Если я правильно понимаю, то у такого носителя из-за наддува вполне могут быть гладкие баки. Одна проблема: единственный летавший аналог был на вонючке и весьма мизерных размеров. Мнится мне что носитель до 5 т на НОО вполне может быть сделан по такой схеме. Хотя бы самая дорогая первая ступень.
Тут еще следует учитывать что при стартовых массах ракеты в районе 600 и далее тонн заметную долю стоимости пуска будет составлять стартовое сооружение и вся обвязка.
шароракеты делать :)
ЦитироватьЕвгений Нету пишет:
давление закиси в баках 15 атм
А почему бы не догнать давление до 40 атм, чтобы закись стала жидкой? По идее увеличение прочности и веса бака вполне скомпенсируется уменьшением объема, а значит ракета будет меньше, нужно меньше металла на обшивку и т.п.
Представляю картину на старте, если бак закиси лопнет..
Я конечно понимаю, что сопромат сдать - жениться можно. Но прежде чем такие проекты гнать, не плохо было бы для начала хоть чуть с расчетами прочности баков ознакомиться...
Пропан и закись азота при атмосферном давлении кипят при -42 С и -88.5 С соответственно. Вот и пусть кипят делая автогенный наддув бака как у Фаирфлая.
ЦитироватьКубик пишет:
Представляю картину на старте, если бак закиси лопнет..
А как закись спонтанно взрывается в размере цистерночки... заглядение...
Цитироватьlokiby пишет:
ЦитироватьЕвгений Нету пишет:
давление закиси в баках 15 атм
А почему бы не догнать давление до 40 атм, чтобы закись стала жидкой? По идее увеличение прочности и веса бака вполне скомпенсируется уменьшением объема, а значит ракета будет меньше, нужно меньше металла на обшивку и т.п.
Не совсем понял, что вы хотели сказать. Закись в бак закачивается жидкая с давлением 15 атмосфер. При этом она кипит, но через клапан лишнее давление стравливается. После старта закись не может обеспечивать самонаддув, и поэтому она наддувается гелием. Клапан сброса лишнего давления в это время закрыт.
ЦитироватьKap пишет:
Пропан и закись азота при атмосферном давлении кипят при -42 С и -88.5 С соответственно. Вот и пусть кипят делая автогенный наддув бака как у Фаирфлая.
Пропан в баке кипеть не будет, он будет наддуваться гелием до давления 25 атмосфер (сам он себе может обеспечить не более 16 атмосфер при разумной температуре). Затем пропан пойдёт на охлаждение двигателя, на это думаю будет теряться около 10 атмосфер. Итого в камере сгорания имеем 15 атм пропана и 15 атм закиси. УИ у земли думаю будет в районе 250-265 сек, в вакууме 305-315.
ЦитироватьЕвгений Нету пишет:
Пропан в баке кипеть не будет, он будет наддуваться гелием до давления 25 атмосфер
Вам уже говорили что баки будут неподъемными. И до кучи гелиевая система наддува усложняет и удорожает.
ЦитироватьЕвгений Нету пишет:
Затем пропан пойдёт на охлаждение двигателя, на это думаю будет теряться около 10 атмосфер.
Раз уж у вас большая тупая ракета - используйте аблативное.
ЦитироватьKap пишет:
ЦитироватьЕвгений Нету пишет:
Пропан в баке кипеть не будет, он будет наддуваться гелием до давления 25 атмосфер
Вам уже говорили что баки будут неподъемными. И до кучи гелиевая система наддува усложняет и удорожает.
ЦитироватьЕвгений Нету пишет:
Затем пропан пойдёт на охлаждение двигателя, на это думаю будет теряться около 10 атмосфер.
Раз уж у вас большая тупая ракета - используйте аблативное.
А какие тогда альтернативы гелию?
Абляционное охлаждение для двигателя на 500 тонн? Серьёзно? Когда у Маска спрашивали, почем у Falcon-1 был неуспешен, он ответил, что двигатель 2 ступени не стоило делать с абляционным охладжением.
Да, и сколько будет весить абляционное охлаждение для 500-т тонника?
ЦитироватьЕвгений Нету пишет:
А какие тогда альтернативы гелию?
Азот :-)
Жидкий
Им и охлаждаем двигатель...парами наддув :-)
ЦитироватьЕвгений Нету пишет:
А какие тогда альтернативы гелию?
Автогеный наддув и смириться с низким УИ раз уж вы хотите вытеснительную.
ЦитироватьЕвгений Нету пишет:
Абляционное охлаждение для двигателя на 500 тонн? Серьёзно?
Серьезно. У него меньше площади на единицу объема и тяги.
ЦитироватьЕвгений Нету пишет:
Когда у Маска спрашивали, почем у Falcon-1 был неуспешен, он ответил, что двигатель 2 ступени не стоило делать с абляционным охладжением.
А ссылку можно? А то я вот не помню ни одной аварии Фалькона-1 по вине двигателя второй ступени.
ЦитироватьKap пишет:
А то я вот не помню ни одной аварии Фалькона-1 по вине двигателя второй ступени.
Скажут что шар-баллон виноват и даже его кронштейн. Верьте люди!
ЦитироватьЕвгений Нету пишет:
Не совсем понял, что вы хотели сказать. Закись в бак закачивается жидкая с давлением 15 атмосфер
Wiki говорит
ЦитироватьПри 0 °C и давлении 30 атм, а также при комнатной температуре и давлении 40 атм сгущается в бесцветную жидкость
Т.е. его даже охлаждать не надо. По мере исчерпания все больше будет переходить в газообразное состояние и в баке будут постоянные 40 атмосфер
ЦитироватьKap пишет:
ЦитироватьЕвгений Нету пишет:
А какие тогда альтернативы гелию?
Автогеный наддув и смириться с низким УИ раз уж вы хотите вытеснительную.
ЦитироватьЕвгений Нету пишет:
Абляционное охлаждение для двигателя на 500 тонн? Серьёзно?
Серьезно. У него меньше площади на единицу объема и тяги.
ЦитироватьЕвгений Нету пишет:
Когда у Маска спрашивали, почем у Falcon-1 был неуспешен, он ответил, что двигатель 2 ступени не стоило делать с абляционным охладжением.
А ссылку можно? А то я вот не помню ни одной аварии Фалькона-1 по вине двигателя второй ступени.
1) А на сколько примерно сек упадёт УИ, если снизить давление примерно до 3 атмосфер, как у "настоящих" ракет?
3) Второй запуск фалькона-1: На 474 секунде полёта двигатель второй ступени отключился. Вторая ступень достигла пиковой высоты 289 км и максимальной скорости 5,1 км/с. Цитата из википедии.
ЦитироватьKap пишет:
абляционным охладжением
а какое охлаждение у merlin-1d vac?
ЦитироватьLeonar пишет:
ЦитироватьЕвгений Нету пишет:
А какие тогда альтернативы гелию?
Азот :-)
Жидкий
Им и охлаждаем двигатель...парами наддув :-)
Допустим у нас 2-я ступень весит 150 тонн. 15 тонн- ПН, 10 тонн-ступень и 125 тонн-топливо (средняя плотность пары пропан-закись 1.008 тонн/м3, округлим до 1 тонны/м3). Плотность азота при 1 атм равна 1.25 кг/м3, при 15 атм- почти 20 кг/м3. А у нас 125 м3. Жертвовать 3 тоннами ПН ради азота не очень-то хочется.
Знаю, что с вытснительной подачей при 15 атм такого массового совершенства (125 тонн топлива на 10 тонн массы ступени) не добиться, просто для примера показал.
Цитироватьsilentpom пишет:
ЦитироватьKap пишет:
абляционным охладжением
а какое охлаждение у merlin-1d vac?
Из википедии: Двигатель является модификацией Merlin 1D и устанавливается на вторую ступень ракет Falcon 9 (https://ru.wikipedia.org/wiki/Falcon_9) v1.1 и планируется к установке на вторую ступень проектируемой ракеты-носителя Falcon Heavy (https://ru.wikipedia.org/wiki/Falcon_Heavy). В отличие от базовой модели, имеет степень расширения сопла 117 для оптимизации работы в вакууме. Сопло охлаждается переизлучением тепла. Тяга двигателя в вакууме составляет 80 тс (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B8%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC-%D1%81%D0%B8%D0%BB%D0%B0) (801 кН (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B8%D0%BB%D0%BE%D0%BD%D1%8C%D1%8E%D1%82%D0%BE%D0%BD)), удельный импульс (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B8%D0%BC%D0%BF%D1%83%D0%BB%D1%8C%D1%81) 340 с (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B5%D0%BA%D1%83%D0%BD%D0%B4%D0%B0)[22] (https://ru.wikipedia.org/wiki/Merlin_(%D1%80%D0%B0%D0%BA%D0%B5%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C)#cite_note-autogenerated1-22) (по другим данным - 347с[23] (https://ru.wikipedia.org/wiki/Merlin_(%D1%80%D0%B0%D0%BA%D0%B5%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C)#cite_note-:1-23)). Время работы двигателя во время полета - до 375 с[24] (https://ru.wikipedia.org/wiki/Merlin_(%D1%80%D0%B0%D0%BA%D0%B5%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C)#cite_note-24). Впервые был использован при запуске 29 сентября 2013 года.
ЦитироватьЕвгений Нету пишет:
Знаю, что с вытснительной подачей при 15 атм такого массового совершенства (125 тонн топлива на 10 тонн массы ступени) не добиться, простодля примера показал.
во-во...
а вы посчитайте сколько надо то, чтоб улететь с 500тс двигателем с УИ в 250
Я тут немного пофантазировал. Однозначно вытесниловка должна быть с вонючкой. 3 ступени вытеснительных, 4-я РДТТ. Т.к. такая схема позволит пуск прямо из моря, а сборку ракеты на верфях, то ограничения на массу и геометрию отсутствуют. Мнится мне что при мю пн в 1.8% и массе носителя в 2000 т будем иметь вполне годный носитель.
Цитироватьоктоген пишет:
Я тут немного пофантазировал. Однозначно вытесниловка должна быть с вонючкой. 3 ступени вытеснительных, 4-я РДТТ. Т.к. такая схема позволит пуск прямо из моря, а сборку ракеты на верфях, то ограничения на массу и геометрию отсутствуют. Мнится мне что при мю пн в 1.8% и массе носителя в 2000 т будем иметь вполне годный носитель.
Тогда мне в технике молодежи за 92г больше нравится паровая ракета :-)