Сверхмалая криогенная РН - технические вопросы.

[Андрей Суворов]

Не занимайтесь прожектерством.

Вам дают ссылку на реально работающий ЖРД с пневмонасосом - а вы говорите "прожектёрство". Ну, да, ЖРД промышленного изготовления и сравнительно небольшой тяги. Но, всё же, это выпускающийся ЖРД, а не проект.

Просто представьте расход по каждому компоненту ДВА ВЕДРА в секунду и потребную полезную мощность насоса 1800 л.с.

1800 л.с. - это для тяги тонн в 30, а мы обсуждаем раз в пять меньшую тягу. Два ведра каждого компонента в секунду - это для тяги тонн в 15.

Никакой ресивер на таких расходах ничего не отфильтрует,

Да почему же это?? даже на "Сатурне-5" стояли гидродемпферы, и отлично работали, фильтруя НЧ "POGO", без них амплитуда колебаний в первом полёте - когда демпферов не было -  едва не разрушила ракету.

Кроме того, все эти системы будут в 20 раз больше и тяжелее ТНА.  :wink:

А почему именно в 20? на 2-3-4 (в зависимости от тяги и давления в КС) я согласен, почему в 20? Кроме того, даже если в 20, надо считать, может, это всё равно выгоднее тяжёлых баков при вытеснительной подаче.
Тут надо всё считать крайне аккуратно. Я вот проводил анализ - насколько применим вариант с электро-насосным агрегатом, питаемым от современных аккумуляторов, например, литий-ионных или серебряно-цинковых. Ещё один человек занимался исследованием, при каких давлениях в КС получается оптимум ХС для однотонного движка - считалась масса баков и агрегатов, масса газа для вытеснения, масса КС для разных давлений и масса аккумулятора лдя привода.

В общем, получилось следующее. для вытеснительной подачи оптимальным давлением будет, понятно, весьма низкое, атмосфер шесть. Для ЭНА с "единой" батареей оптимальное давление в КС тоже довольно низкое, но в три раза выше, чем для вытеснилки - 18 атмосфер. А вот если делать ЭНА с трёхсекционной батареей, две секции которой последовательно сбрасываются, а во время работы третьей мощность ЭНА составляет 33%-50% от стартовой, и тяга, соответственно, 50-70% от стартовой, то оказывается оптимальным давление около 45 атмосфер и параметры ступени в целом слабо проигрывают (при тяге в 1 тонну) классическому ТНА открытой схемы на основных компонентах.
Получилось, что

[Штуцер]

шах и мат, штуцер
ненадо кислорода жидкого, это технология другого порядка сложности, не для гаражей

Не шах и мат, а разговоры о шахе и мате.  
Кислород не для гаражей - эту мысль я уже пытался донести. Если посчитать, сколько жизней унесли АТ+НДМГ, а сколько кислород и перекись, последние будут далеко впереди.

1800 л.с. - это для тяги тонн в 30, а мы обсуждаем раз в пять меньшую тягу. Два ведра каждого компонента в секунду - это для тяги тонн в 15.

Дайте самый простой рассчет.

даже на "Сатурне-5" стояли гидродемпферы

Сколько весили, размеры? На Сатурне можно много чего позволить.

А почему именно в 20?

Ну был неправ, в 19,5  

С разгону - да, но переубедить по крайней мере троих людей из Энергии и МАИ нам удалось.

Искренне желаю вам найти союзников в двигательной фирме!

При наличии станка с ЧПУ - да никаких проблем!

Повторяю, не обожествляйте ЧПУ.Про стоимость работ на 5-координатнике я уже писал, если и ошибся, то не на порядок. А про трехкоординатник, повторю, может и смогу помочь, смотря какие задачи.

Делают подходящие электропневмоклапаны в Коврове, цена разумная

Дайте ссылку, мне самому нужны! В жрд, кроме ЭПК, есть еще и стабилизаторы, пневмогидроклапаны, и т.д. Все делать с нуля? А система пневмоуправления на ЖРД нужна?

Слава КПСС, сильфоны из Х18Н10Т не являются стратегическим товаром

КПСС, конечно, слава, а работает ли сильфон при -200 град? Просто спрашиваю, сам с криогеникой дальше жидкого азота не сталкивался.
По рулевым машинкам. Сделать вот такую детальку

с допуском на диаметр 20 -0.001 обойдется не дешево. А без них гидравлические РМ не работают. А над еще обеспечить, чтобы внутрь мусор не попал.

Почему их нельзя сделать? Мы делали и испытывали прорывные мембраны.

Мембранами не удивите.Кто пил баночное пиво, знает - не самый сложный агрегат! Я тоже такие мембраны частенько испытывал!

Про СУ - компоненты, алгоритмы и построение - я уже рассказывал.

Возможно, я инженер-механик, тут я - пас.

Ну, если ориентироваться не на наземное стартовое оборудование Р-7, а на наземное стартовое оборудование МР-100, думаю, вполне можно справиться

С МР-100 не сталкивался, на УР-100, наверное, можно найти списаное, но не такое оно и простое. И обойдется недешево.

Основная проблема в постройке любительской ракеты в том, что приходится делать не ракету, как таковую, а действующую модель ракетной промышленности.

Потому что другого пути нет, слава КПСС, в ЦК не дураки сидели. По крайне мере руководили отраслью успешнее нынешних руководителей.

[Андрей Суворов]

1800 л.с. - это для тяги тонн в 30, а мы обсуждаем раз в пять меньшую тягу. Два ведра каждого компонента в секунду - это для тяги тонн в 15.

Дайте самый простой расчет.

Очень простой расчёт = у РД-107 с его тягой 100 тонн в вакууме мощность ТНА 5500 л.с. При том же давлении в камере (60 атм) мощность ТНА пропорциональна тяге. Значит, 1800 л.с. хватит для 33 тонны тяги. При уменьшении давления в полтора раза - для 50 тонн тяги.
Расход компонентов. Два ведра - считая плотность компонентов близкой к единице, что выполняется для ЖК, ну, и приблизительно, для керосина - это 20 кг/с , то есть, 40 кг/с  в сумме. Принимая УИ в 250 единиц (земной) это даст тягу в 250*40=10000 кГ, или 10 Т.

Следующий раз приводить расчёт под голословными утверждениями я попрошу вас.

[Штуцер]

С ходу отмечу ошибку в расчетах - в паре ЖК-ЖМ плотность компонентов не близка к 1. Плотность кислорода - 1,14, метана - 0.42

[Дмитрий В.]

С ходу отмечу ошибку в расчетах - в паре ЖК-ЖМ плотность компонентов не близка к 1. Плотность кислорода - 1,14, метана - 0.42

Для прикидочных расчетов, этот нюанс - "величина 2-го порядка малости". :roll:

[hcube]

Чем вам ЖК-то не угодил? Ну да, криогеника. Ну да, выкипает постепенно. А перекись не разлагается? :-) Стоит же ЖК МНОГО дешевле перекиси (ОСОБЕННО - высокопроцентной перекиси) - по-моему, что-то типа $1/кг, если не меньше. Аналогично с жидким метаном или СПГ. Топливная же пара метан-ЖК практически идеальна, лучше ее только ЖК-ЖВ.

По остальному - повторюсь, Штуцер, у вас есть в голове есть картинка - РН Атлас. И вы тщательно проверяете на соответствие ЭТОЙ схеме РН то что предлагается. Отсюда и гидропривода качания сопла, и рулевые машинки, и 100 атмосфер давления в КС.

В то время как это все МОЖЕТ БЫТЬ НЕ НУЖНО. Да, будет проигрыш в параметрах ЖРД - хотя, как АС указал, может быть и весьма незначительный проигрыш. Но зато будет гигантский выигрыш в простоте конструкции - дросселирующий клапан, регулирующий подачу в камеру рулевого сопла ЗНАЧИТЕЛЬНО проще механизма качания этого сопла и тем паче качания основного сопла.

Кстати, электронщики с гидроударом (который они называют коммутационным выбросом) ДАВНО научились бороться :-) Очень просто - вставляя в цепь обратный клапан (диод ;-)), который 'тормозной' импульс в индуктивности позволяет отвести в буферный накопитель.

[Гость 22]

P.S.S. А при давлении в КС в 3 МПа какой УИ у кислород-метана получается?

Для pa=0.3 атм на земле - около 2500 м/с, расчетный - около 3000 м/с.

[Гость 22]

Что из двигательной установки НИКОГДА не сделать в "гараже" и даже в обычном мех. цеху:
ДУ:
-направляющий аппарат и крыльчатку турбины ТНА (не сделать однозначно и не купить!)
-газогенератор
-датчики давления и температуры (можно купить)
-агрегаты внутренней автоматики двигателя - регуляторы расхода, давления, дроссели, электропневмо- и электрогидроклапаны
-рулевые машинки (не сделать однозначно и не купить!)
-сильфоны
-дренажно-предохранительные клапаны
-камеру сгорания (устойчиво работающую хотя бы 200 секунд)

В гараже напильником - нет, не сделать. В цеху - можно. А еще можно заказать, но не у "космической" фирмы, а у изготовителя модельных микроТРД. У них стоимость направляющего аппарата и колеса составляет несколько сотен долларов. Типичные рабочие температуры перед турбиной в таких двигателях ~600-800 C.

Понятно, что для открытой схемы турбина от микроТРД не подойдет, поэтому стоимость заказа будет несколько выше.

Пара ссылок для информации:
http://jetbeetle.com/JB_body_turbine.htm
http://www.rcturbinehelicopters.com/turbine.html

С камерой тоже возможны варианты. Вот, например, двигатель на 200 кг тяги с охлаждаемой камерой из алюминия:


http://www.spl.ch/publication/SPL_Papers/FHBB-Chamber-2002.pdf
Изготовлен и испытан студентами-дипломниками. Собственно, это и есть их дипломная работа.

[поверхностный]

Как-то странно получается. Если 2 ведра в секунду помножить на 10 атмосфер, будет
0.02[м^3*c] * 10^6 [Па] = 20 кВт

[Pioneer]

ладно, вы автор темы и хотите криоген, командуйте

жидкий кислород, дак жидкий. ваше право.

ну а топливо? почему сразу газ? может саляра лучше? плотность выше и дешевле? экономить дак экономить

Гость 22, за дипломную спасибо, фашисты гении функциональности, порадовался. а есть наши работы? ну без грифа секретности, и примерно тогоже плана

[hcube]

Потому что это не газ :-) Жидкий метан имеет почти ту же температуру кипения, что и жидкий кислород - на 10К всего отличается. Т.е. это ТАКАЯ ЖЕ криогенная ЖИДКОСТЬ, причеем равные температуры кипения дают возможность делать коаксиальные трубопроводы, совмещенные днища, не учитывать температурное расширение материала бака и т.д. А геммороя с криогеникой не прибавляется, потому что он УЖЕ есть для жидкого кислорода.

Причем - никаких остатков газа в двигателе после прогона - он так же как ЖК просто испаряется. Никакого пожара в двигательном отсеке - по той же причине :-) Ну и так далее. Идеальная топливная пара.

[Monoceros]

Только плотность у метана жалкая, а у.и. ненамного больше чем с керосином или с другими предельными углеводородами.
Саляру нельза т.к. слишком много сажи

Кстати по поводу топлива, пара аммиак - перекись имеет очень приличный у.и. (~250 сек) при относительно небольшой температуре в кс (~2000С)

[hcube]

Ну да, 0.42 - это не очень хорошо. Но все-таки это не 0.07 у водорода, и всего в 2 раза хуже, чем у керосина :-). А теплотворная способность и УИ все-таки заметно выше, чем у других углеводородов.

[Monoceros]

УИ все-таки заметно выше, чем у других углеводородов.

Ничего подобного, больше на 50-100м/с чем с керосином. Кроме того, еще энергия тратится на разогрев метана с -180.

[hcube]

Это не энергия :-) Это хладресурс для замораживания КС :-)

Температура топливной смеси после сгорания - 3К градусов. Избыточный хладресурс позволит избыточно заморозить сопло и КС, и, например, обойтись без завесного охлаждения, только форсунками в КС.

[Pioneer]

Саляру нельза т.к. слишком много сажи

Кстати по поводу топлива, пара аммиак - перекись имеет очень приличный у.и. (~250 сек) при относительно небольшой температуре в кс (~2000С)

дизелям это не мешает. всеравно ну будет выхлоп черный и чо?

про амиак неслышал, а сам его в качестве топлива не представил
но автор хочет газы, его право.

возможно в качестве баков подойдут автомобильные.
http://www.uralvagonzavod.ru/produktsiya/gazovye-ballony-i-rezervuary/ballony-gazovye-avtomobilnye
хотя они тяжелые сильно, но ракета на них полетит, правда недалеко

[Андрей Суворов]

даже на "Сатурне-5" стояли гидродемпферы

Сколько весили, размеры? На Сатурне можно много чего позволить.

Ну и здесь тоже - объём гидродемпфера пропорционален расходу. Масса, правда, относительно объёма растёт, но не сильно - при снижении размеров уменьшается толщина стенок при том же давлении.

А почему именно в 20?

Ну был неправ, в 19,5  

"Приведите простой расчёт!" (с)

С разгону - да, но переубедить по крайней мере троих людей из Энергии и МАИ нам удалось.

Искренне желаю вам найти союзников в двигательной фирме!

Ну мы их искали и нашли в отделе "Энергии", занимающемся ДУ КА. Фамилию Борисенко слышали? Сначала он нам с Олегом Лазутченко устроил настоящий экзамен, но после 40 минут "допроса" поверил, что мы знаем достаточно, чтобы упереться в "дьявола в деталях", а не раньше.

При наличии станка с ЧПУ - да никаких проблем!

Повторяю, не обожествляйте ЧПУ.Про стоимость работ на 5-координатнике я уже писал, если и ошибся, то не на порядок. А про трехкоординатник, повторю, может и смогу помочь, смотря какие задачи.

Поскольку суперсплавы нам недоступны, газогенератор придётся делать с параметрами, при которых сможет работать обычная Х18Н10. Поскольку возможности ограничены, лопатки придётся точить поштучно, делать у них хвостовики с замковым креплением, и дырки под этот замок у колеса.
Поскольку точность изготовления этих деталей недостаточна, крепить их придётся с помощью твёрдого припоя, например, ПСр-37,5, то есть, паять колесо в муфеле. Для этого придётся изготовить удерживающее приспособление, например, из керамики.
После этого колесо балансируется и никелируется.

На 85% перекиси эта нержавейка справляется. Для спиртокислородного ГГ придётся лить воду - и немало.

Делают подходящие электропневмоклапаны в Коврове, цена разумная

Дайте ссылку, мне самому нужны!

Ссылки у меня нет, был телефон, я его потерял, но могу достать снова, надо только в Королёв позвонить

В жрд, кроме ЭПК, есть еще и стабилизаторы, пневмогидроклапаны, и т.д. Все делать с нуля? А система пневмоуправления на ЖРД нужна?

Ну, со стендом для перекисного ЖРД мы справились как-нибудь справимся и тут.. Будем решать проблемы по мере их возникновения.

Слава КПСС, сильфоны из Х18Н10Т не являются стратегическим товаром

КПСС, конечно, слава, а работает ли сильфон при -200 град? Просто спрашиваю, сам с криогеникой дальше жидкого азота не сталкивался.

А дальше и не надо - кислород кипит раньше азота. При азотных температурах работают только аустенитные стали, но как раз обычная нержавейка к ним относится. Эх, блин, у Олега была книжечка-приложение к альбому конструкций ЖРД, изданного в МАИ под редакцией Гахуна! к сожалению, она утрачена, как и её скан, при аварии жёсткого диска. Там было очень много полезных и вправляющих мозги сведений...

По рулевым машинкам. Сделать вот такую детальку

с допуском на диаметр 20 -0.001 обойдется не дешево. А без них гидравлические РМ не работают. А над еще обеспечить, чтобы внутрь мусор не попал.

А в Р-7 рулевые камеры качаются электромеханическими приводами, без гидравлики.

С МР-100 не сталкивался, на УР-100, наверное, можно найти списаное, но не такое оно и простое. И обойдется недешево.

МР-100 - это метеоракета. На 100 км поднимается. А УР-100 - это, пардон муа, всё же полсотни тонн стартовой массы...

[Monoceros]

дизелям это не мешает. всеравно ну будет выхлоп черный и чо?

Естественно не в выхлопе проблема Эта сажа забивает каналы охлаждения, форсуночную головку и всякую горячую арматуру, в результате двигатель может прогореть, а конструктор непрославиться...

[Андрей Суворов]

Как-то странно получается. Если 2 ведра в секунду помножить на 10 атмосфер, будет
0.02[м^3*c] * 10^6 [Па] = 20 кВт

10 атмосфер мало. 6 "сядут" на форсунках, ещё 8 - на рубашке охлаждения, 5 - на регулирующих органах и 2-3 - просто на трубопроводах.
Эмпирическое правило для вытеснительной подачи - 40 атм в баке это 25 атм в камере сгорания.

[Андрей Суворов]

А геммороя с криогеникой не прибавляется, потому что он УЖЕ есть для жидкого кислорода.

Кармак уверяет, что жидкий метан гораздо геморройнее жидкого кислорода, и движок на ЖМ-ЖК гораздо капризнее движка на спирт-ЖК.