Сабж, граждане.
Давайте ка пообсудим плюсы и минусы гибридных ракетных двигателей.
То что мне видится с табуретки моего уровня познаний:
При объединении двух видов ракетных двигателей в один, получился результат, вобравший в себя почти все недостатки родителей, но получивший некоторые специфические преимущества.
+) бОльшая по сравнению с ЖРД средняя плотность топлива.
+) бОльшая по сравнению с ЖРД и РДТТ взрывобезопасность.
+) сравнительная простота технологии изготовления заряда твёрдого компонента (по сравнению с изготовлением заряда РДТТ)
+) сравнительная простота ТНА жидкого компонента (насосом меньше = меньше гимора с регулировкой расхода, меньше расход на турбину, меньше размеры и масса ТНА и ДУ)
-) мЕньшая средняя плотность топлива по сравнению с РДТТ.
-) бОльшие размер и масса КС.
-) сложности с регулированием тяги и организацией процесса горения (ввиду постоянно изменяющейся формы поверхности заряда твёрдого компонента). Дифференцирование тяги многокамерных ДУ представляется вообще сомнительным.
Вот очень мне стало интересно:
1) А почему это гибриды так слабо распространены?
2) И почему работы по их исследованию ведутся так вяло?
И, наконец, самое главное:
3) Какие основные проблемы сейчас стоят перед гибридодвигателестроением?
На чём работает ТНА гибридника?
Да хоть на чём.
Если окислитель - перекись, то можно на продуктах разложения.
Если обычный окислитель - поставить дополнительный бачок для горючего для ГГ.
Можно просто баллон со сжатым газом. Ити твёрдотопливный ГГ.
Можно попробовать с безгазогенераторной схемой извратиться: бак->насос->рубашка охлаждения сопла->турбина->КС.
Тут гибрид от жидких двигателей практически не отличается.
Выходит, реально это трёхкомпонентник. А трёхкомпонентники многие не любят. Старый, например.
Ну, тогда и Союз трёхкомпонентный, раз у него ТНА на перекиси работпет :lol:
Некоторые считают РД107/108 даже четырёхкомпонентниками, так как там есть насос для жидкого азота.
Ну, блин, это уже вопрос терминологии.
Имхо, под количеством компонентов понимается количество компонентов основного топлива. А прочие технические вспомогательные жидкости и газы - да пусть хоть вся таблица менделеева будет.
Компоненты - это горючие и окислители.
Вспомогательные вещества - не компоненты.
Не надо ТНА - пусть будет вытеснительная подача.
-) Поскольку камера твёрдого компонента является камерой сгорания - в ней большое давление и температура -> требуется толстая стенка -> она тяжёлая
-) При всей относительной простоте, изготовление шашки несравненно сложнее заправки жидких компонентов -> невозможна настоящяя многоразовость. Причём на практике придётся изготавливать шашку вместе со стенкой - зазор крайне нежелателен из-за нагрева стенки -> реально стенка тоже будет одноразовой.
-) Из-за того, что один из компонентов твёрдый, снижаются шансы на жидкостное охлаждение сопла (а плёночное в классическом гибриде вообще невозможно). На практике делают абляционное -> опять одноразовость. Правда, возможно радиационное охлаждение...
IMHO, это всё мода, которая пройдёт. Во многом вызвана отчаянием - нет по настоящему надёжных или хотя бы безопасных двигателей.
Но авиа ТРД тоже по природе своей опасны - и пожары, и разлёт лопаток. Тем не менее, никаких поползновений их по этому поводу чем-нибудь заменить нет...
Кстати, гибрид на SS1 работал явно неустойчиво. Я не уверен, что будет при серьёзном разрушении шашки с почти полной закупоркой сопла. Наверное, окислителя хватит, чтобы разнести всю конструкцию в мелкие кусочки...
ЦитироватьНе надо ТНА - пусть будет вытеснительная подача.
Топливо - Графит АднАзнАчна
Теоретический УИ- 4.3 км/с (с кислородным окислителем)
если 80% теоретического - 3.5 км/с
низкая теплопроводимость (топливо -само себе теплоизолятор)
Екологически чистый продукт сгорания - СО2
Правда может будут какието сложности с зажиганием
ЦитироватьНе надо ТНА - пусть будет вытеснительная подача.
Ну зачем же ещё снижать массовое совершенство, если можно этого не делать? :)
Мы же говорим о профессиональных двигателях, а не о любительских.
Цитировать-) Поскольку камера твёрдого компонента является камерой сгорания - в ней большое давление и температура -> требуется толстая стенка -> она тяжёлая
Ага, это я указал. Надо посмотреть поподробнее - ещё вопрос, в какую сторону изменится окончательная масса, приняв во внимание увеличение плотности горючего.
Но даже если и увеличится - разумная плата за безопасность.
Цитировать-) При всей относительной простоте, изготовление шашки несравненно сложнее заправки жидких компонентов -> невозможна настоящяя многоразовость. Причём на практике придётся изготавливать шашку вместе со стенкой - зазор крайне нежелателен из-за нагрева стенки -> реально стенка тоже будет одноразовой.
Во-первых, при создании РДТТ те же требования. Технология обкатана десятилетиями. Зато при создании шашки для гибрида на порядки снижается взрыво-пожароопасность - снижение стоимости производства.
Во-вторых, почему бы не делать гибриды со вкладным зарядом? Это, пожалуй, будет даже лечше, ввиду мЕньшего размера камеры.
Касаемо отноразовости камеры и сопла... С соплом могу согласиться. Не уверен, что жидкий окислитель можно для охлаждения использовать. А вот камера... в чём проблема полностью отделать её теплоизоляцией? Да, конечно, размеры и масса камеры несколько возрастут.
Да и зачем многоразовый двигатель при нынешней моде на одноразовые носители? ;)
ЦитироватьЯ не уверен, что будет при серьёзном разрушении шашки с почти полной закупоркой сопла. Наверное, окислителя хватит, чтобы разнести всю конструкцию в мелкие кусочки...
Хм... Если разрушение шашки и произойдёт (а с чего бы?), ничто не мешает отрубить подачу окислителя.
Кстати, а что там с двигателем SS1? Насколько я помню видео с камеры, закреплённой на киле - двигатель работал достаточно ровно.
Цитировать-) Поскольку камера твёрдого компонента является камерой сгорания - в ней большое давление и температура -> требуется толстая стенка -> она тяжёлая
-) При всей относительной простоте, изготовление шашки несравненно сложнее заправки жидких компонентов -> невозможна настоящяя многоразовость. Причём на практике придётся изготавливать шашку вместе со стенкой - зазор крайне нежелателен из-за нагрева стенки -> реально стенка тоже будет одноразовой.
-) Из-за того, что один из компонентов твёрдый, снижаются шансы на жидкостное охлаждение сопла (а плёночное в классическом гибриде вообще невозможно). На практике делают абляционное -> опять одноразовость. Правда, возможно радиационное охлаждение...
Там еще очень большая проблема по полноте сгорания, особенно для длинных шашек горючего
Цитировать-) IMHO, это всё мода, которая пройдёт. Во многом вызвана отчаянием - нет по настоящему надёжных или хотя бы безопасных двигателей.
Но авиа ТРД тоже по природе своей опасны - и пожары, и разлёт лопаток. Тем не менее, никаких поползновений их по этому поводу чем-нибудь заменить нет...
Да, интерес идет волнами... Последняя версия: ГРД, как и любые гибриды, по своей природе наследуют (кроме определенных достоинств) органические НЕДОСТАТКИ обоих типов двигателей. Кстати, одно из достоинств ГРД - при возникновении в заряде трещены невозможно катастрофическое разрастание последней, как в РДТТ
Цитировать-) Кстати, гибрид на SS1 работал явно неустойчиво. Я не уверен, что будет при серьёзном разрушении шашки с почти полной закупоркой сопла. Наверное, окислителя хватит, чтобы разнести всю конструкцию в мелкие кусочки...
На SS1 он работал неустойчиво только из-за того, что в заборник окислителя из бака в конце работы ГРД попадал то жидкий, то газообразный компонент.
Разработки Центра Келдыша 90-х гг.
http://lunamap.hut2.ru/hybrid_1.jpg
http://lunamap.hut2.ru/hybrid_2.jpg
http://lunamap.hut2.ru/hybrid_3.jpg
Окислитель - жидкий кислород, горючее - бутадиеновый каучук. Подача окислителя - вытеснительная. Рассматривались варианты для РБ и малых РН воздушного старта. Для последних именно вытеснительная подача обеспечивала преимущество перед ЖРД, правда только при относительно невысоком давлении в КС (17-20 атм.). Стадия разработки - лабораторные образцы.
Мое отношение к гибридам весьма скептическое. Для получения высоких параметров нужна длительная отработка, причем перед ЖРД не будет особых преимуществ по удельным параметрам. И водородные, и метановые двигатели получаются лучше. Аппараты типа SS1 пожалуй единственная область применения. Получаем многоразовый бак с ПГС и одноразовую КС, причем топливо дешевле смесевого твердого.
Гибридникам будет сопутствовать нестабильный вклад в прирост ХС. Возможное применение - ускорители небольшого времени действия, чтобы подтолкнуть ракету на старте. Если, конечно, они выдержат конкуренцию по стоимости и надёжности с ТТУ. Ну, и если у кого есть желание половить блох - гибридник на выхлопе ТНА РД-107/108. :D
Серьёзные люди (фирмы) делом занимаются, а не морочат людям головы. Дурь вроде Фалкона-9!
ЦитироватьНа чём работает ТНА гибридника?
:) На гибридном газогенераторе.
ЦитироватьСерьёзные люди (фирмы) делом занимаются, а не морочат людям головы. Дурь вроде Фалкона-9!
Люблю аргументированные ответы :|
Для всех интересующихся - книга по ГРД:
http://airbase.ru/users/serge77/temp/grd.djvu
Сравнивать гибридники надо с ЖРД
+) Более простой насос
+) Использование других (возможно более эффективных) топлив
+) безопасная некриогенка
-) Масса конструкции.
ЦитироватьЦитироватьСерьёзные люди (фирмы) делом занимаются, а не морочат людям головы. Дурь вроде Фалкона-9!
Люблю аргументированные ответы :|
Для меня "бумажные" плюсы и минусы - не аргументы.
50 лет серьёзные люди (фирмы) работали с ЖРД и ТТРД (зная о возможности построения гибридов), и тут появляется компания с заявлением "все вы дураки", собирают деньги на постройку самого дешевого и надёжного пепелаца :roll: ...
ЦитироватьСравнивать гибридники надо с ЖРД
+) Более простой насос
+) Использование других (возможно более эффективных) топлив
+) безопасная некриогенка
-) Масса конструкции.
Если с ЖРД сравнивать - одни минусы.
Если РДТТ сравнивать - тоже одни минусы
Поэтому никто не занимается.
Со скрипом можно представить ЖРД с шашкой в камере содержащей металлы, которые имеют большую температуру горения, что позволит повысить температуру основных компонентов, но там наверно тоже овчинка выделки не стоит. Или например РДТТ куда водород в качестве рабочего тела подается.
И никто не хочет полистать книжку Радиоактива, спасибо ему за нее.
ЦитироватьИ никто не хочет полистать книжку Радиоактива, спасибо ему за нее.
О, значит не зря я её сканировал, пригодилась ;^))
Основное преимущество ГРД, которое, в частности, было одним из решающих при выборе двигателя для SS1, - это гораздо более высокая безопасность, по сравнению с ЖРД и тем более РДТТ.
В ГРД невозможен взрыв всей массы топлива, как это может произойти в ЖРД или РДТТ. Горючее - кусок пластмассы - хоть как облей окислителем, не взорвётся.
По поводу отливки шашки для ГРД. Это примитивный процесс, с которым справится любая фабрика пластмассовых изделий. С изготовлением шашки для РДТТ просто нельзя сравнивать.
Во. Отдельное спасибо за эту книгу!
Можно вопрос? Родилась во мне крамольная мысль... Все знают гидрореагирующие двигатели. Типа Шквал всё такое...
А что если сделать не подводный, а лётный двигатель, использующий в качестве окислителя поду? Конечно, зажечь такое непросто, зато окислителя вокруг - залейся :) А это, как известно, вечный трабл любителей.
Ну, в горючее, конечно, люминя сыпануть щедро придётся. Такой вот бредовый идей. :oops:
ЦитироватьРодилась во мне крамольная мысль...
Да, такая мысль у многих рождалась ;^))
Очень трудно зажечь алюминий с водой. А удельный импульс действительно неплохой.
Может быть вот эта новость поможет зажиганию:
http://balancer.ru/forum/punbb/viewtopic.php?id=55707
Читал, что пробовали делать ГРД с шашкой из прессованной магниевой стружки и водным раствором нитрата аммония. Вроде работало, но точно не помню.
О, кстати - гибрид, по идее, допускает использование пористого материала твёрдого компонента. Сильно вглубь горение не пойдёт - от силы на несколько миллиметров. А это может даже улучшить газификафию твёрдого компонента.
И ещё - тут кто-то давно говорил, что неплохой УИ даёт пара "жидкий кислород + американские доллары".
Проверить никто не хочет? :)
Если кому интересно - на Ракетомодельном есть информация по ГРД, правда любительским:
http://balancer.ru/forum/punbb/viewtopic.php?id=36798
http://balancer.ru/forum/punbb/viewtopic.php?id=19617
Цитата: WkWk от 10.05.2007 19:35:02Если с ЖРД сравнивать - одни минусы.
Если РДТТ сравнивать - тоже одни минусы
Поэтому никто не занимается.
Спойлер
Со скрипом можно представить ЖРД с шашкой в камере содержащей металлы, которые имеют большую температуру горения, что позволит повысить температуру основных компонентов, но там наверно тоже овчинка выделки не стоит. Или например РДТТ куда водород в качестве рабочего тела подается.
Согласен!
Цитата: Serge77 от 26.05.2007 21:45:15Основное преимущество ГРД, которое, в частности, было одним из решающих при выборе двигателя для SS1, - это гораздо более высокая безопасность, по сравнению с ЖРД и тем более РДТТ.
В ГРД невозможен взрыв всей массы топлива, как это может произойти в ЖРД или РДТТ. Горючее - кусок пластмассы - хоть как облей окислителем, не взорвётся.
Что не летает, то и не взрывается.
ЦитироватьГибри́дный раке́тный дви́гатель (ГРД) — химический ракетный двигатель, использующий компоненты топлива в разных агрегатных состояниях — жидком и твёрдом.
В твёрдом состоянии может находиться как окислитель, так и горючее.
Наличие твёрдого компонента позволяет существенно упростить конструкцию. Применяемые окислители достаточно распространены — жидкий и газообразный кислород, закись азота. Топливом может быть любое твёрдое горючее вещество — ПВХ, бутилкаучук, резина, парафин и прочее (шутки ради в передаче «Разрушители легенд» запустили ракету на закиси азота и колбасе[1]).
В СССР первый полёт оснащённой гибридным двигателем экспериментальной крылатой ракеты, спроектированной под руководством С. П. Королёва в ГИРД, состоялся 23 мая 1934 года.
В Российской Федерации исследованием и постройкой ГРД занимается Исследовательский центр имени М. В. Келдыша[2].
На первом частном космическом челноке «SpaceShipOne» компании «Scaled Composites», поднявшемся в 2004 году на высоту более 100 км, использовался именно ГРД.
https://en.wikipedia.org/wiki/Hybrid-propellant_rocket
A hybrid-propellant rocket is a rocket with a rocket motor that uses rocket propellants in two different phases:
one solid and the other either gas or liquid.
The hybrid rocket concept can be traced back to the early 1930s.
Hybrid rockets avoid some of the disadvantages of solid rockets like the dangers of propellant handling,
while also avoiding some disadvantages of liquid rockets like their mechanical complexity.
Because it is difficult for the fuel and oxidizer to be mixed intimately (being different states of matter), hybrid rockets tend to fail more benignly than liquids or solids. Like liquid rocket engines, hybrid rocket motors can be shut down easily and the thrust is throttleable.
The theoretical specific impulse (Isp) performance of hybrids is generally higher than solid motors
and lower than liquid engines.
Isp as high as 400 s has been measured in a hybrid rocket using metalized fuels.[2]
Hybrid systems are more complex than solid ones,
but they avoid significant hazards of manufacturing, shipping and handling solid rocket motors
by storing the oxidizer and the fuel separately.
ЦитироватьИспытания ГРД.
Цитировать
Сегодня мне посчастливилось присутствовать на тестовом прожиге любительского гибридного ракетного двигателя (ГРД), за что огромное спасибо Антону Фастенкову.
Прикоснулся к технологии, разобрался с последовательностью операций.
Не боги горшки обжигают (что, впрочем, не делает процесс "обжига" легким).
Думаю, небольшие ГРД скоро станут обычным делом на РакетФестах.
А сегодня мы испытывали очень большой двигатель.
Его тяга около 500 кг (!!) и возможное время работы более 10 секунд.
Испытания должны были проходить с полностью заправленным баком. Увы, влить 20 кг окислителя (закиси азота) не удалось.
Пяти баллонов по 10л хватило только на заправку 10кг, что должно было обеспечить около 7 секунд работы двигателя.
Не сразу получилось его запустить, штатный запал по какой-то причине не сработал, пришлось прямо в полевых условиях реализовывать другой вариант.
Зато когда двигатель заработал - это шок!
Я был от стенда примерно в 25 метрах и выронил телефон (которым зачем-то снимал видео), непроизвольно зажав уши руками.
Эмоций больше, чем от наблюдения за пусками на Байконуре (или мне так сейчас кажется).
К сожалению, двигатель отработал штатно только три-четыре секунды, затем начался прогар, и тяга упала.
Несмотря на то, что сегодняшние испытания с натяжкой можно признать лишь частично успешными, ещё один шаг к российской частной космонавтике сделан.
....................
http://users.livejournal.com/___lin___/217016.html
++++
06.07.2012 16:18:41 (https://forum.novosti-kosmonavtiki.ru/index.php?msg=963768)
ЦитироватьБольше года тренировались с парафиновым гибридом. Горючка удобная в части формирования шашки (ротационной заливкой). И чистый и с наполнителями.
Но есть существенный недостаток - прочность шашки. Для небольших диаметров (мы работали на ф93мм) она достаточна, но для большего размера, очевидно, требуется сотовый каркас. Благо он легко формируется на малых шашках.
Мне представляется, что технология изготовления больших зарядов (ф0,5 метра и более) будет слишком сложной.
Скорость уноса шашки была от 1,75 до 2мм/сек и от давления зависела не сильно (рабочие 2-3 МПа). Такая скорость позволяла делать обычный канальный заряд. Но из-за большой скорости разгара канала, нам не хватало толщины свода шашки на 15 секунд работы. Пришлось парафин отложить в сторону.
Кроме того, после останова двигателя, парафин продолжает активно "лететь" и портит измерения.
Если зажигание задерживается, то вылетевшие из сопла пары парафина (выгорает при работе стартовой шашки), весело хлопают. Нормальный такой объемный взрыв.