Сверхмалая криогенная РН - технические вопросы.

[Штуцер]

Вот это то мне и непонятно. При отборе давления из КС, что будет создавать давление в пневмонасосе?

[Андрей Суворов]

Я ж приводил картинку на предыдущей странице. То, что в одной полости пневмонасоса (где газ) давление меньше, чем в другой (где жидкость), это всего лишь разница в диаметрах - если поршни соединены штоком, шток передаёт силу, которая есть произведение давления на площадь поршня.

Так что газ из КС, с давлением меньше, чем у топлива на входе в КС, вполне, тем не менее, может его туда качать.

[Nikola]

Чем сжатый, поршневым насосом? Очередной вечный двигатель.

Ничего смешного не вижу, так работают газотурбинные двигатели.

Так что газ из КС, с давлением меньше, чем у топлива на входе в КС, вполне, тем не менее, может его туда качать

Я это и имел в виду. Из КС можно отобрать достаточно мощности для привода насоса, пневматический насос можно сделать достаточно быстроходным и маленьким. И не надо городить ТНА, всю его обвязку и специальное топливо для него.
Недостатки - автоколебания в топливной системе и возмущения в КС при отборе газа. С автоколебаниями давления топлива прийдется бороться компьютеру (да-да пора таки применить компьютеры), в принципе все должно получиться. Возмущения при горении либо опять прийдется парировать компьютером на форсунках, либо забить на них (что-то мне подсказывает что это можно сделать на малых двигателях).

[Nikola]

Можно предложить еще одну систему питания, этакий "паровичек".
На КС есть рубашки охлаждания - это будет "кипятильником", далее горячий пар перегреваем (где-нибуть на КС) и подаем на конденсирующий инжектор (насос), далее на гидродемпфер, откуда производится отбор жидкости через маленький насосик на рубашки КС. Насколько это будет выгодно - надо сильно считать, но в принципе эжектор может дать большую часть давления на форсунках.

[Штуцер]

если поршни соединены штоком, шток передаёт силу, которая есть произведение давления на площадь поршня.Так что газ из КС, с давлением меньше, чем у топлива на входе в КС, вполне, тем не менее, может его туда качать.

Согласен, разновеликие поршни, соединенные штоком, теоретически могут подойти.
Это называется мультипликатор.
http://www.pktba.ru/catalog/5/sistoborot/istdavl/pgm/
http://www.pktba.ru/catalog/5/sistoborot/istdavl/ppm/
Вопрос, как его сделать работающим на продуктах сгорания.

[avmich]

если поршни соединены штоком, шток передаёт силу, которая есть произведение давления на площадь поршня.Так что газ из КС, с давлением меньше, чем у топлива на входе в КС, вполне, тем не менее, может его туда качать.

Согласен, разновеликие поршни, соединенные штоком, теоретически могут подойти.
Это называется мультипликатор.
http://www.pktba.ru/catalog/5/sistoborot/istdavl/pgm/
http://www.pktba.ru/catalog/5/sistoborot/istdavl/ppm/
Вопрос, как его сделать работающим на продуктах сгорания.

Например, добавить к продуктам сгорания один из компонентов, до снижения температуры до нужного значения. Как в двухзонных ГГ.

[Дмитрий В.]

А полет можно закончить на вытеснительной подаче - в конце АУТ 1-й ступени большая тяга не нужна.

Дмитрий, а можно вас попросить прикинуть ракету размерности примерно "Авангарда" с РД-0109 (РО-9) на второй ступени и двигателя на базе агрегатов от РД-119 и четырёх рулевых камер от РД-108. Или четырёх двигателей на базе агрегатов РД-0109 и тех же камер... В первом случае можно оставить бачок с НДМГ для того, чтобы не переделывать газогенератор и турбину. Расход НДМГ на привод ТНА у РД-119 примерно 0,53 кг/с

Наверно, можно в диаметре "Р-17", хотя, может, этого и мало...

Попросить-то можно, с исполнением проблемы - времени в обрез :cry:  Я не совсем понял насчет двигателей. Может, РО-9 все-таки - на 1-й ступени? :roll:  И сколько у нас в пустоте - тяги и УИ -выдает одна РК от РД-108?

[Штуцер]

эжектор может дать большую часть давления на форсунках.

Увы, не даст, перепад на форсунках никак не меньше 15 кг/см2, на реальных двигателях намного больше.

[avmich]

эжектор может дать большую часть давления на форсунках.

Увы, не даст, перепад на форсунках никак не меньше 15 кг/см2, на реальных двигателях намного больше.

Как слишком большие, так и слишком малые перепады давлений на форсунках неэффективны. Разговаривал с двигателистами - по их словам, типичная задача на разработку ФГ оценивает падение давления на форсунках в 6 кг/см2. Это реальные двигатели.

[Nikola]

Как слишком большие, так и слишком малые перепады давлений на форсунках неэффективны. Разговаривал с двигателистами - по их словам, типичная задача на разработку ФГ оценивает падение давления на форсунках в 6 кг/см2.

Дело не в абсолютных значения давлений на форсунках. Можно создать условия когда конденсирующий эжектор будет работать как термонасос и тогда на его выходе можно будет получить давление жидкости большее чем давление пара на входе. Вопрос в том будет ли удовлетворять такой насос ЖРДшным требованиям.  

Например, добавить к продуктам сгорания один из компонентов, до снижения температуры до нужного значения

Зачем? Нам нужна энергия из КС а не рабочее тело. Можно отбирать энергию из КС в виде волн сжатия-расширения (как пример), и по столбу газа передавать поршню. Спрофилировав канал можно увеличить давление на гребне такой волны и таким образом обойтись без мультипликатора. Опять же поршни можно свести до простых мембран.

[Андрей Суворов]

Я не совсем понял насчет двигателей. Может, РО-9 все-таки - на 1-й ступени? :roll:  И сколько у нас в пустоте - тяги и УИ -выдает одна РК от РД-108?

РО-9 ведёт родословную от РО-5, а тот - от рулевой камеры для РД-107, плюс ТНА, разработанный КБ Косберга.
Очевидно, что на вторую ступень надо ставить его, как есть, а на первую - четыре движка на базе него, но с "земной" камерой, как вариант - исходной рулевой.

Тяга РО-5 и РО-9 заметно больше тяги рулевой камеры и за счёт пустотного сопла, и за счёт сброса газа после ТНА через рулевые сопла. Номинальная тяга рулевой камеры РД-107 составляла у земли 3,25 Т. Пустотный УИ можно принять равным 295 единиц.

Может, конечно, великоват РО-9 для второй ступени такой ракеты, но меньше на ЖК-керосине я не знаю

[Дмитрий В.]

Я не совсем понял насчет двигателей. Может, РО-9 все-таки - на 1-й ступени? :roll:  И сколько у нас в пустоте - тяги и УИ -выдает одна РК от РД-108?

РО-9 ведёт родословную от РО-5, а тот - от рулевой камеры для РД-107, плюс ТНА, разработанный КБ Косберга.
Очевидно, что на вторую ступень надо ставить его, как есть, а на первую - четыре движка на базе него, но с "земной" камерой, как вариант - исходной рулевой.

Тяга РО-5 и РО-9 заметно больше тяги рулевой камеры и за счёт пустотного сопла, и за счёт сброса газа после ТНА через рулевые сопла. Номинальная тяга рулевой камеры РД-107 составляла у земли 3,25 Т. Пустотный УИ можно принять равным 295 единиц.

Может, конечно, великоват РО-9 для второй ступени такой ракеты, но меньше на ЖК-керосине я не знаю

РО-9 с его 30 тс, конечно, великоват. Для 12-тонной ракеты на второй ступени за глаза хватит движка тягой в 1,5-2 тс

[Андрей Суворов]

РО-9 с его 30 тс, конечно, великоват. Для 12-тонной ракеты на второй ступени за глаза хватит движка тягой в 1,5-2 тс

Виноват, каюсь!
Имел в виду двигатель от блока Е 8А92М. РД-0109 который. Какое у него КБХА-шное обозначение?

[hcube]

Сегодня утром стукнула мысль :-)

Можно объединить пневмонасосную и просто насосную схему. Назовем эту штуку ПароНасоснымАгрегатом - ПНА ;-)

Работает оно следующим образом - стартовый режим полностью аналогичен работе пневмонасосного агрегата. Как только двигатель выйдет на режим, рубашка прогреется примерно до 200-300С, температура в ней станет достаточна для работы в основном режиме - паронасоса. При этом исходные жидкие компоненты закачиваются в рубашку под давлением ~70 атмосфер, там кипят и переходят в газ с давлением все в те же 70 атмосфер. Но при этом объем газа больше раз в 5-10 - он идет в цилиндр парового насоса (соответственно бОльшего объема, т.е. раза в 3 по радиусу), теряет порядка 10 атмосфер на закачке в рубашку охлаждения исходной жидкости, остаток сбрасывается в бывший рабочий цилиндр пневмонасоса, который играет роль ресивера. И оттуда уже идет на форсунки двигателя.

Гелий для начального наддува закачан в герметизированный объем вокруг сопла, КС и нагнетающих цилиндров - это позволяет резко облегчить их конструкцию и получить удобный движок, у которого просто на входе есть два патрубка низкого давления - для исходных компонентов. Поскольку насос - это не турбина, его можно как угодно наклонять вместе со всей КС. Более того, по мере нагрева можно стравиливать гелий для наддува основных баков.

В результате у нас получается относительно простой (8 цилиндров, 6 поршней) нагнетающий агрегат замкнутой схемы, который весь работает при весьма умеренных температурах, причем компоненты нигде не смешиваются, кроме как в КС. Ругайте :-)

[Дмитрий В.]

Хм, гелий в "гаражную ракету"? Или все-таки, хоть и в маленькую, но промышленного производства?

[hcube]

Компоненты-то криогенные. Чем их еще наддувать? А гелий ща вполне доступен в нужном количестве.

Что же до гаражности... с развитием всяческих ЧПУ грань между промышленным и гаражным производством в целом стирается :-). Т.е. можно сделать ничем не хуже - просто несколько дороже. Смысл-то в том, чтобы прикинуть набор технологических решений, который позволит сделать технологически простой - ну, в данном случае, двигатель.

[Дмитрий В.]

Тогда у меня мысль  - на 2-й ступени сделать ЖРД с гелиевым приводом ТНА. У гелия высокое значение RT и он не конденсируется на криогенных компонентах. Бак со сжатым гелием погрружен в криогенный компонент. Из него он подается в рубашку ЖРД, где нагревается, а заодно и охлаждает часть камеры (вряд ли газообразный гелий хороший теплоноситель, поэтоу камеру можно сделать с абляционной ТЗП, а гелием охлаждать небольшую часть камеры). После срабатывания на турбине гелий подается: в газовые сопла РСУ, в баки на наддув, на привод электрогенератора. Впрочем, последний можно установить на валу ТНА. А если его еще сделать стартер-генератором, то им еще и ТНА раскручивать при запуске можно!

[hcube]

Мне ТНА не нравится. Дело в том, что ТНА - это не для любительской технологии, сделать уплотнение цилиндра насоса (и сам цилиндр на 50+ атмосфер) МНОГО проще, чем сделать ТНА с той же утечкой и тем же рабочим давлением. И работает насос на статике, а ТНА - на динамике, т.е. сделать тестовый прогон на малом ходу просто не получится - или турбина тянет на полную, или вообще не тянет.

В общем, ТНА я полагаю неправильным объектом для любительского конструирования. Они СЛОЖНЫЕ. Если нету другого выхода, ими можно заниматься, но вообще - поршневые движки куда как проще в проектировании и наладке. А в этом конкретном даже кривошипов нету - одни управляемые клапаны. Причем работающие на весьма небольшом ОТНОСИТЕЛЬНОМ давлении - вся арматура находится внутри гелиевого бака наддува, т.е. разница давлений - атмосфер 10 от силы.

А вот идея сначала сделать движок на 2 ступень  - вполне здравая. В конечном итоге, можно просто поставить на 1 ступень 4 ровно таких же двигателя.

Хотя... я так подумал.... если закрытая схема, то оно ведь довольно простое получается - одна крыльчатка, одна турбина нагнетателя, на той же оси - БК электродвигатель-генератор. И то и то довольно простое - поскольку давление относительно низкое, то на турбине падает атмосфер 5, максимум 10, соответственно можно сделать одноступенчатую систему. Ее, правда, шлифовать придется не по детски :-). Ну, и одноступенчатый же центробежный насос.

Но все равно насосная система мне больше нравится. Бе проще.

[Гость 22]

...чем сделать ТНА с той же утечкой и тем же рабочим давлением.

Если в "гаражной" ракете допустим гелий (см. выше), то сложное уплотнение можно заменить простым с продувкой гелием и выбросом топливно-гелиевой и кислородно-гелиевой смесей за борт.

сделать тестовый прогон на малом ходу просто не получится

А зачем на малом-то? Включите насос в замкнутую систему "бак с водой->насос->гидросопротивление->бак" и гоняйте на полном ходу. Характеристики насоса на воде пересчитываются в характеристики на ЖК и метане.

В общем, ТНА я полагаю неправильным объектом для любительского конструирования. Они СЛОЖНЫЕ.

Авиационные ТРД сложнее любого ТНА на порядок. Лет 30-40 назад создание ТРД в гараже (без кавычек) было даже не фантастикой, а бредом. Однако сегодня микроТРД тягой до десятков килограмм делают именно в гаражах

[hcube]

Да уплотнение вообще не важно. Каждый компонент - свой ТНА, утечка имелась в виду только в смысле обратного тока рабочего тела мимо турбины. Балансировать же расход компонентов можно за счет электродвигателей - один в генераторный режим, другой в тяговый, и ими выравнивать расход. Или наоборот, оба в качестве дросселей использовать, а полученным теплом - греть компоненты перед КС, поднимая УИ :-)

Сделать можно, я не спорю. Вопрос только в том, будет ли такой малый ТНА эффективнее чем пневмонасосная схема.

Кстати говоря - без камеры ЖРД прогон не получится. Точнее будет недостоверным. Движок-то работает на нагреве компонентов от камеры ЖРД. Так что на воде можно только грубо удостовериться, что оно в принципе что-то качает.