Перекачка топлива.

[Гусев_А]

Я немного подумал, наверно на самом деле не так уж страшно производить перелив не в бак, а прямо к ЖРД 2-й ступени. Так как на момент разделения вообще нет необходимости работы ЖРД 2-й ступени на полную мощность, наоборот к окончанию работы 1-й ступени ее дросселируют, и думаю переключение с небольшим толчком проблемой не будет.

 Вот, еще дурная идея:
Если на ТНА 1-ых ступеней предусмотреть избыточную мощность (по сравнению с соплом) и часть компонентов топлива, направлять не в свое сопло, а непосредственно в сопло 2-й ступени. А в это время ТНА 2-й ступени работает без нагрузки, на минимальных режимах.
Что это даст (на первый взгляд) :
- Трубопроводы для перекачки на много меньшего сечения.
- Не нужен дополнительный насос.
Ну про сложности пока промолчу, не совсем определился, но их хватит.

[tktyf]

Некоторое время назад думал над схемой перелива. Пришёл к выводу что проще всего не качать топливо из бака в бак, а запитать ЖРД центрального от боковушек. И горючее, и окислитель ведь всё равно подаются вниз к двигателям и там проще всего перераспределить подачу. Итак, делаем ответвления топливопроводов от боковушек к центральному блоку через клапаны, перед отделением боковушек сначала открывается подача топлива от собственных баков ЦБ (несколько секунд движёк питается и от боковушек), затем клапаны перекрывают подачу от ББ и они отделяются. Получаем суммарную тягу 1-ой и 2-ой ступеней на старте, плюс полнозаправленную вторую после отделения боковушек.

[hcube]

Все проще - на выходе баков ставим лепестковые клапаны, связанные с единой системой трубопроводов, и подаем в разные баки разное давление наддува. Тогда в первую очередь будет вытесняться компонент из бака с максимаьным давлением наддува, а те баки, в которых давление ниже, получат перекрытый лепестковый клапан. Ну, и на разделение трубопроводов поставить клапаны с механической фиксацией - т.е. пока трубопровод собран, все ок. Как начинает разделяться - сначала выходит из зацепления механический стопор, удерживавший клапан, перекрывается магистраль, и потом трубопровод окончательно расстыковывается.

[октоген]

Бродяга, а  на Шаттле перелив из бака (одного! без клапанов) в движок и без подключения других баков. Так что пневмогидравлическая схема и реализация в металле всей затеи с 6-9 баками и переливом будет редкостный геморрой.

[Бродяга]

Автор, а задавались ли вы мыслью что шаттл некоммерческий носитель? И перелив там намного проще чем у вас  с 6 или 9 блоками.

октоген, уже много раз я говорил, что Шаттл, какой бы он не был "некоммерческий" выводит на орбиту ПН в 100 тонн да ещё "с людишками" примерно за миллиард долларов.

 Тяжелая Дельта-4 выводит менее 26 тонн за 250 миллионов долларов, так что Шаттл ничем не хуже по удельной стоимости.

[Бродяга]

Бродяга, а  на Шаттле перелив из бака (одного! без клапанов) в движок и без подключения других баков. Так что пневмогидравлическая схема и реализация в металле всей затеи с 6-9 баками и переливом будет редкостный геморрой.

Шаттл является примером того, что разъёмные трубопроводы не представляют особой сложности.

 Что касается "очень сложной системы", так тормоза в автомобиле посложнее будут, чем эта "очень сложная система".

[Бродяга]

Я немного подумал, наверно на самом деле не так уж страшно производить перелив не в бак, а прямо к ЖРД 2-й ступени. Так как на момент разделения вообще нет необходимости работы ЖРД 2-й ступени на полную мощность, наоборот к окончанию работы 1-й ступени ее дросселируют, и думаю переключение с небольшим толчком проблемой не будет.

У меня "вопросик проще" стоял.

 При переходе с одного бака на другой двигатель второй ступени ПРОСТО-НАПРОСТО НЕ ЗАГЛОХНЕТ? :lol:

Вот, еще дурная идея:
Если на ТНА 1-ых ступеней предусмотреть избыточную мощность (по сравнению с соплом) и часть компонентов топлива, направлять не в свое сопло, а непосредственно в сопло 2-й ступени. А в это время ТНА 2-й ступени работает без нагрузки, на минимальных режимах.
Что это даст (на первый взгляд) :
- Трубопроводы для перекачки на много меньшего сечения.
- Не нужен дополнительный насос.
Ну про сложности пока промолчу, не совсем определился, но их хватит.

Понимаете, если мы переливаем в бак, то у нас "разных сложностей" вообще не возникает, кроме необходимости или наддува, или дополнительных топливных насосов низкого давления.

 В этом случае мы вообще "двигатель не трогаем".

[Бродяга]

Все проще - на выходе баков ставим лепестковые клапаны, связанные с единой системой трубопроводов, и подаем в разные баки разное давление наддува. Тогда в первую очередь будет вытесняться компонент из бака с максимаьным давлением наддува, а те баки, в которых давление ниже, получат перекрытый лепестковый клапан. Ну, и на разделение трубопроводов поставить клапаны с механической фиксацией - т.е. пока трубопровод собран, все ок. Как начинает разделяться - сначала выходит из зацепления механический стопор, удерживавший клапан, перекрывается магистраль, и потом трубопровод окончательно расстыковывается.

Прежде схемы реализации интересна оценка утяжеления баков за счёт дополнительного наддува.

 Саму схему разделения реализовать не особо сложно, вопрос в том, какая именно схема предпочтительнее и почему.

[Бродяга]

Выше был задан вполне естественный вопрос, а именно, — какой нам нужен диаметр трубопровода, чтобы пользоваться наддувом при достаточно небольшом повышении давления в баке?

Ну, я так понимаю, что трение в трубе пропорционально ее площади и квадрату скорости, а скорость обратно пропорциональна сечению. Т.е. трение пропорционально R^1 * 1/(R^2)^2. Т.е. при росте диаметра трение падает как 3 степень диаметра. Лично мое мнение, что трубопровода в 5% от диаметра бака будет более чем достаточно. При этом клапаны там просто односторонние лепестковые достаточны, в точках разрыва трубопроводов. Плюс управляемые вентили на баки наддува.

Вообще, хотелось бы видеть зависимость диаметра трубопровода от избыточного давления, я понимаю, что "это элементарщина", но от жары что-то МОСК ЗАВИСАЕТ. :lol:

И не надо кислород вниз пихать, по крайней мере на первой ступени, это усложнит всё остальное.

Водород в 6 раз легче кислорода[/size]. Вертикальный размер ступени одинаков. Т.е. если кислород внизу - то давление наддува нужно в 6 раз ниже, и примерно одинаковое и для кислорода и для водорода. Если мы хотим 'пережать' 20-метровый столб водорода на 3  G - нам надо (30 * 0.07 * 20)/10 = 4.2 атмосферы. Ну, порядок тот, во всяком случае. Если же кислород наверху - то надо давление наддува уже не 4, а 25 атмосфер, что НЕСКОЛЬКО утяжеляет бак :-).

Причем более прочные и тяжелые будут баки 1 и 2 ступеней. Точнее, посколько бак ЦБ воспринимает нагрузку от всех двигателей, то его избыточная прочность как раз на это уйдет, так что можно все делать одинаковыми.

Водород не "легче в 6 раз", его в 6 раз меньше, а может быть и в 5 раз.

 Что касается "столба, который надо передавливать", вы, hcube, "несколько неточны".

 Плотность жидкого водорода около 0,071, он в 14 раз легче воды, так что для "передавливания 20 метров жидкого водорода" при 3g потребуется избыточное давление около 0,43 атмосферы.
 (Вы забыли, что атмосфера это давление 10 метров водяного столба.) :lol:

 Вообще, если диаметр водородного и кислородного баков одинаковый, то давление для "передавливания" относится примерно как отношение массы топливных компонентов.
 Водорода меньше раз в 6, значит и давление будет меньше раз в 6.

[hcube]

Избыточное давление пропорционально гидросопротивлению для данного потока жидкости. Поток - константа, гидросопротивление на единицу площади стенки AFAIK пропорционально квадрату скорости, скорость - падает обратно квадрату диаметра.

Водород... ну да... ой, то есть. В 14 раз легче... 3G... получается 1/5.. ну да, 0.43 атмосферы. А если бы вверху был кислород, было бы в _15_ раз больше - кислород-то тяжелее, а трубопровод кислородный никуда не девается, при последовательном размещении баков. Хотя клапан можно поставить и на выходе из бака, до трубопровода... тогда давление будет равное.

[Бродяга]

Избыточное давление пропорционально гидросопротивлению для данного потока жидкости. Поток - константа, гидросопротивление на единицу площади стенки AFAIK пропорционально квадрату скорости, скорость - падает обратно квадрату диаметра.

Что же, по-вашему, никакого вообще давления не нужно для создания потока с определённой скоростью, если пренебречь сопротивлением стенок?

 И вообще, как в Шаттле перекачивается топливо из ВТБ?

Водород... ну да... ой, то есть. В 14 раз легче... 3G... получается 1/5.. ну да, 0.43 атмосферы. А если бы вверху был кислород, было бы в _15_ раз больше - кислород-то тяжелее, а трубопровод кислородный никуда не девается, при последовательном размещении баков. Хотя клапан можно поставить и на выходе из бака, до трубопровода... тогда давление будет равное.

Кислород тяжелее, но его, соответственно, и меньше по массе, — уровень меньше пропорционально плотности.
 Разницу с этим показателем может создать только то обстоятельство, что кислородный бак может быть "относительно длиннее", чем водородный, как, например, у Шаттла.

 Если насосы будут внизу, да, будет трубопровод с относительно высоким давлением, потому мне вытеснение наддувом "кое-чем нравится".

 А нельзя запитать насос для кислорода, который сверху, кипящим газообразным водородом?

[Бродяга]

Вообще, "идеальный вариант с точки зрения перекачки" это когда первая ступень представляет из себя пакет из трёх модулей двойной длины, а у третьей ступени кислородный бак находится внизу.

 Тогда кислород будет течь вообще самотёком, а перекачка водорода не требует большого давления.

 Но эта схема противоречит "одинаковости модулей" и ещё кое-чему противоречит.

[Гусев_А]

Вообще, "идеальный вариант с точки зрения перекачки" это когда первая ступень представляет из себя пакет из трёх модулей двойной длины, а у третьей ступени кислородный бак находится внизу.

 Тогда кислород будет течь вообще самотёком, а перекачка водорода не требует большого давления.

 Но эта схема противоречит "одинаковости модулей" и ещё кое-чему противоречит.

А какого давления оно требует? :?:
И объем водорода наверно нужно перекачивать "маленький"? :?: (в сравнении с кислородом)
И трубы для водорода нужны "тонюсенькие"? :?:
И ЖРД наверно по объему его потребляет "меньше"? :?:

Так что тебе придется сильно тужиться чтоб маленьким перепадом давления успеть его перекачать.

[Бродяга]

А какого давления оно требует? :?:
И объем водорода наверно нужно перекачивать "маленький"? :?: (в сравнении с кислородом)
И трубы для водорода нужны "тонюсенькие"? :?:
И ЖРД наверно по объему его потребляет "меньше"? :?:

Так что тебе придется сильно тужиться чтоб маленьким перепадом давления успеть его перекачать.

Гусев_А не тупите в очередной раз, в данном случае речь о избыточном давлении столба водорода в полном баке.

 То, что "вообще" водород качать сложнее вполне очевидно.