Неохлаждаемая композитная камера ЖРД.

Автор RadioactiveRainbow, 15.05.2010 12:44:20

« назад - далее »

0 Пользователи и 1 гость просматривают эту тему.

RadioactiveRainbow

Сабж.

Есть двигатель.
- ЖРД
- Тяга - 6..7 тонн
- Кислород-керосин
- Давление в КС - 10..20 атм

Треба камеру двигателя:
- надежную (чтоб с конвейера на двигатель)
- дешевую
- легкую
- чтоб продержалась 50-70 секунд


Соответственно - у кого какие идеи по технологиям, материалам и т.п.? :)

Мне в голову пока лезет тупо углепластиковая огневая оболочка потребной для заданного времени работы толщины (разумеется - разной по длине камеры) + подмотка снаружи силового слоя из стекло или органопластика.
Глупость наказуема

khach

Медно- бронзовая камера, выращенная целиком гальванически- без раскатки, спайки половинок итд. Каналы для охлаждения формируются из металлизированного пенопласта, потом вымываются растворителем или вытапливаются при небольшом нагреве. Механическая прочность камеры  сгорания обеспечивается врастанием в металл стального тросика с бронзовым покрытием- намотка или цилиндрическя, или кокон, в зависимости от эффективности процесса горения и длины камеры. Тросик покупается на любой металлобазе. Стапель для роста камеры- старая стиральная машина. Она же- токарный станок для изготовления внутренней матрицы из куска дерева с последующей пропиткой лаком и графитизацией из аэрозольного баллончика. Источники тока- несколько китайских сварочников с переделанной вторичкой. Состав электролита- на соответствющих форумах. Конструкция трехслойная- огневая стенка (тонкая бронза с антиэрозионными присадками), медный теплопровод, бронзовая силовая конструкция.
Силовые фланцы изготавливаются отдельно и вращиваются в конструкцию в процессе гальваники. Время изготовления- около 2 недель. Ограничено тепловыделением в электролите.
Конечно предварительное моделирование камеры в САПРах- механические напряжения, температурные поля. Процесс горения отработать экспериментально на водоохлождаемом стенде чтобы подобрать оптимальную длину камеры сгорания.

Monoceros

Углерод нельзя, ибо в рабочем теле очень много воды и CO2 (в отличии от РДТТ)

RadioactiveRainbow

ЦитироватьУглерод нельзя, ибо в рабочем теле очень много воды и CO2 (в отличии от РДТТ)
О! Интересно.
А почему? Гореть/окисляться будет?
А что можно вместе углерода?
А если вдоль стенки завесу пустить керосиновую?
Глупость наказуема

Nikola

Можно электрохимически нанести керамический слой на металл

Monoceros

ЦитироватьА почему? Гореть/окисляться будет?
Да, будет реагировать. Хотя если давление 10атм и время работы не рекордное, то может и прокатит. Все зависит от того, насколько вам приемлем разгар
ЦитироватьА если вдоль стенки завесу пустить керосиновую?
Наверное получится, но это ж потеря УИ

Бродяга

Цитировать...
 Треба камеру двигателя:
- надежную (чтоб с конвейера на двигатель)[/size]
- дешевую
- легкую
- чтоб продержалась 50-70 секунд
 ...
А чем вас не устраивает дефектоскопия изделия? ;)

 Сейчас есть очень совершенные средства. :)
[color=#000000:7a9ea26d56]"В тот день, когда задрожат стерегущие дом, и согнутся мужи силы; и перестанут молоть мелющие, потому что их немного осталось; и помрачатся смотрящие в окно;"[/color]

Monoceros

ЦитироватьМожно электрохимически нанести керамический слой на металл
Это что на что? :roll: И если нанесете, керамика нагреется до температуры рабочего тела и металл поплывет. Электрохимически это все обычно мееееееееееееееееееееееее-еееееееееееееееееееееееедленно....

Monoceros

ЦитироватьА чем вас не устраивает дефектоскопия изделия? ;)

 Сейчас есть очень совершенные средства. :)
Тому, кому требуется неохлаждаемая камера на 50 сек эти совершенные средства недоступны ;)

Бродяга

Цитировать
ЦитироватьА чем вас не устраивает дефектоскопия изделия? ;)

 Сейчас есть очень совершенные средства. :)
Тому, кому требуется неохлаждаемая камера на 50 сек эти совершенные средства недоступны ;)
Так они УЖЕ недорогие, эти средства, если речь идёт о "конвеере". :)

 Они дорогие если иметь в виду какое-то "кустарное" производство. :)
[color=#000000:7a9ea26d56]"В тот день, когда задрожат стерегущие дом, и согнутся мужи силы; и перестанут молоть мелющие, потому что их немного осталось; и помрачатся смотрящие в окно;"[/color]

Nikola

ЦитироватьЭто что на что?  И если нанесете, керамика нагреется до температуры рабочего тела и металл поплывет. Электрохимически это все обычно мееееееееееееееееееееееее-еееееееееееееееееееееееедленно....
Чего-то я не понял. Сам по себе металл не плывет а покрытый керамикой - поплывет. Как же так? :shock:
То что медленно - при чем тут это? Это же не годы.
Я хочу всего лишь сказать что можно электрохимически нанести керамическое покрытие в нужных местах, а может (чем черт не шутит) и цельнокерамическую камеру сделать.

RadioactiveRainbow

ЦитироватьТак они УЖЕ недорогие, эти средства, если речь идёт о "конвеере".  

Они дорогие если иметь в виду какое-то "кустарное" производство.
Моя неточность - под конвеером я понимал серийное (до нескольких камер в сутки), но достаточно кустарное производство.


Насчет допустимого разгара...
При такой тяге, компонентах и давлении - диаметр критики почти 240 мм.
Полагаю, даже разгар критики на 10-12 мм не приведет к фатальному дрейфу характеристик :)
Требования к разгару самой камеры и сверхзвуковой части сопла, соответственно, еще проще.
Глупость наказуема

Monoceros

ЦитироватьЧего-то я не понял. Сам по себе металл не плывет а покрытый керамикой - поплывет. Как же так? :shock:
Я такого не говорил. Сам по себе металл тем более поплывет.
ЦитироватьЯ хочу всего лишь сказать что можно электрохимически нанести керамическое покрытие в нужных местах, а может (чем черт не шутит) и цельнокерамическую камеру сделать.
Как вы собираетесь наносить керамику электрохимически?

Saul

У радиолюбителей есть рецепты декоративного оксидирования алюминиевых лицевых панелей.
Личн. изобр. ректификация и др. http://inventions.at.ua/publ/

Гость 22

ЦитироватьКак вы собираетесь наносить керамику электрохимически?
Электроплазменным напылением.

Гость 22

Цитироватьцельнокерамическую камеру сделать.

Development of thrusts with ceramic-composite combustion chamber
http://www.mai202.ru/publication/PDF/DEVELOPMENT%20OF%20THRUSTS%20WITH%20CERAMIC-COMPOSITE%20COMBUSTION%20CHAMBER.IAC-09.C4.3.4.pdf

Ceramic Materials for Reusable Liquid Fueled Rocket Engine Combustion Devices
http://www.lpre.de/resources/articles/Ceramic_Materials_For_LPRE.pdf

поверхностный

На гончарном круге из огнеупорной глины. Укрепить стальной сеткой. Рецепт глины взять из металлургии.

Nikola

ЦитироватьЭлектроплазменным напылением.
В некотором смысле да. Берется соответствующий электролит и на электроды подается большой ток, в процессе осаждения происходят микроразряды, формирующий керамику и приваривающие ее к металлу. Оборудование в общем-то примитивно, металлы практически любые, керамик - куча разновидностей. Рецепты тут - "Сильнотоковые процессы в растворах электролитов" АИ Мамаев.
ЦитироватьНа гончарном круге из огнеупорной глины. Укрепить стальной сеткой. Рецепт глины взять из металлургии.
Стальные сетки легко растягиваются, а керамика нет. Все потрескается.

Дмитрий В.

Читаем А.А.Шумилина о разработках компании Microcosm в рамках проекта Scorpius (создание недорогих ЖРД), Пример: стоимость ЖРД тягой 2,26 тс $5000. Камера - из углеродного композита, но с аблятивным охлаждением.
Lingua latina non penis canina
StarShip - аналоговнет!

chameleon


Salo

ЦитироватьШумилин Александр Анатольевич. Авиационно-космические системы США. 2005 г.
http://depositfiles.com/files/2498976
Формат: DJVU      Вес: 20,7 Мб
"Были когда-то и мы рысаками!!!"

Старый

Цитировать
ЦитироватьУглерод нельзя, ибо в рабочем теле очень много воды и CO2 (в отличии от РДТТ)
О! Интересно.
А почему? Гореть/окисляться будет?
А я вот всё время думаю: почему эти RCC-панели шаттла не горят от раскалённого воздуха?
1. Ангара - единственная в мире новая РН которая хуже старой (с) Старый Ламер
2. Назначение Роскосмоса - не летать в космос а выкачивать из бюджета деньги
3. У Маска ракета длиннее и толще чем у Роскосмоса
4. Чем мрачнее реальность тем ярче бред (с) Старый Ламер

Uriy

Кортус намоткой -углепластик.Внутри футеровка из карбида кремния по типу "кафеля". Размер плиточек примерно 50*50*5 мм. Крепить-штифтами, может клей на основе мелкодисперсного порошка карбида кремния (американцы как-то делали). Может что другое-пока не знаю.

Monoceros

ЦитироватьЧитаем А.А.Шумилина о разработках компании Microcosm в рамках проекта Scorpius (создание недорогих ЖРД), Пример: стоимость ЖРД тягой 2,26 тс $5000. Камера - из углеродного композита, но с аблятивным охлаждением.
Интересно, почему на больших ЖРД абляционного охлаждения не делают? Это ж как минимум +несколько атмосфер в КС. Да и вон, дешевле пишут...


Сергееф

Берется толстостенная бронзовая труба или просто заготовка и обтачивается, можно с внешними каналами, можно и внутренние сверлить,
Все это с натягом вставляется в стальную рубашку в виде трубы с фланцами

Андрей Суворов

Надо только помнить, что давление в зарубашечном пространстве больше, чем в камере сгорания, и, если не скрепить оболочки, внутренняя будет работать на потерю устойчивости, со всеми вытекающими неприятными последствиями

O_P

Цитироватьчем в камере сгорания, и, если не скрепить оболочки, внутренняя будет работать на потерю устойчивости, со всеми вытекающими неприятными последствиями
Вроде речь про не охлаждаемые камеры... Откуда вешнее давление?
А так да, при регенеративном надо скреплять, хотя бы сотней болтов... :D
Про варианты охлаждения -

Пористый материал огневой стенки. Пишут что на охлаждение идет порядка 2 процентов топлива...
 Правда не знаю как это будет работать с керосином и ЖК...

mihalchuk

А может - того... бетон? Или полимербетон? Или железобетон? Как я понимаю, затея - экспериментальная, требования к эффективности - низкие, время работы - недолгое, обезвоженный цемент не обязан превращаться в порошок.
 :?:

Monoceros

ЦитироватьА может - того... бетон?
Бетон и глина это на максимум 1300С и слабенький теплопоток.
Та керамика, которая в ракетных двигателях - нитриды гафниев и карбиды титанов, а не ерунда сделанная на гончарном круге :lol:

avmich

Цитировать
ЦитироватьА может - того... бетон?
Бетон и глина это на максимум 1300С и слабенький теплопоток.
Та керамика, которая в ракетных двигателях - нитриды гафниев и карбиды титанов, а не ерунда сделанная на гончарном круге :lol:

Это если охлаждение не применять. А с охлаждением вон у, скажем, RL-10 не выше 350 С, если не вру.

O_P

ЦитироватьЭто если охлаждение не применять. А с охлаждением вон у, скажем, RL-10 не выше 350 С, если не вру.
А как бетон или керамику охлаждать? У него же теплопроводность низкая, а теплопоток большой. Не зря огневые стенки из медных сплавов делают при регенеративном охлаждении.

Хотя конечно можно сделать радиационно охлаждаемую камеру с специальными напылениями в критике и жесткой завесным охлаждением...может и выдержит. Но УИ будет далек от идеала...

Гость 22

ЦитироватьА как ... керамику охлаждать? У него же теплопроводность низкая, а теплопоток большой. Не зря огневые стенки из медных сплавов делают при регенеративном охлаждении.
Керамики разные бывают. Например, у SiC и AlN теплопроводность в три раза выше, чем у стали и сравнима с алюминием.

Nikola

ЦитироватьБетон и глина это на максимум 1300С и слабенький теплопоток.
Есть достаточно много тигельных материалов и к ним куча эмалей. При варке стекла тигли в упор греют горелками, так что некая аналогия с ЖРД есть.

октоген

Неохлаждаемая керамическая КС какую цель преследует? ПМСМ оксид циркония легированный оксидом иттрия(вязкая керамика) в рубашке из сплава с совпадающими коэфф. температурного расширения +завеса из кислорода(1-2%) расхода помогут:) Однако это будет совсем не детская технология.








Цитировать
ЦитироватьА как ... керамику охлаждать? У него же теплопроводность низкая, а теплопоток большой. Не зря огневые стенки из медных сплавов делают при регенеративном охлаждении.
Керамики разные бывают. Например, у SiC и AlN теплопроводность в три раза выше, чем у стали и сравнима с алюминием.

Ну тади окромя оксида бериллия все фигня:)

avmich

Может быть, керамику можно иметь пористой и охлаждать транспирационно. Потом, чем выше установившаяся температура керамики, тем меньше теплопоток в стенку - поскольку теплопоток примерно пропорционален разнице температур - а значит, меньший теплопоток надо отводить от этой керамики.

O_P

ЦитироватьОднако это будет совсем не детская технология.

Вот и думаю, а почему не делать старые добрые медно(бронзово)- стальные камеры? Под движок со средними параметрами и относительно небольшой тяги, наверное самое простое будет делать регенеративную классику. При современном станочном оборудовании изготовление регенеративной камеры не составляет особой проблемы. Да придется потратиться на отладку и доводку. Ну сожжёте несколько десятков камер на стенде. ДА перепробуете десяток форсуночных головок до получения наилучшего варианта, а потом можете массово такие камеры штамповать... Если конечно вы не гонитесь за очень хорошим УИ и массовым совершенством двигателя... Но как я понял при озвученном давлении в КС - 10-20 атмосфер, и так рекордов не получиться...
PROPEP говорит, что при давлении в 15 атмосфер и соотношении компонентов 2.6  (LOX   RP-1), УИ будет 228-238 (fr-sh). То есть в реале хорошо если будет 210-220 секунд..Это конечно на земле....На высоте получше...

 :D

Гость 22

ЦитироватьНеохлаждаемая керамическая КС какую цель преследует?
Действительно неохлаждаемая камера - пока недостижимый идеал :) Цель - упростить систему подачи и избавиться от потерь УИ на охлаждение (на завесах и радиационном охлаждении).

Но для начала хорошо бы из C/SiC (или чего-то похожего) сделать камеру, охлаждаемую только наружно, без завес. Высокие теплопроводность и рабочая температура позволяют это. Технологии получения SiC и C/SiC достаточно просты и доступны. Осталось научиться делать из этого охлаждаемые камеры... :)

RadioactiveRainbow

Задача - создать многоразовый ЖРД.

Есть мысль, все что выше форсуночной головки (включая саму головку) оставить как есть - и так многоразовым будет, бо нагрузки там умеренные. А сам "горшок" сделать одноразовым/дешевым/быстросменным.
Чисто композитные технологии - для ускорение и удешевления производства.
Глупость наказуема

Гость 22

ЦитироватьА сам "горшок" сделать одноразовым/дешевым/быстросменным.
Чисто композитные технологии - для ускорение и удешевления производства.
Тогда посмотрите на конструкцию камеры MC-1 Fastrac.

Monoceros

ЦитироватьЭто если охлаждение не применять. А с охлаждением вон у, скажем, RL-10 не выше 350 С, если не вру.
А зачем с охлаждением керамика?  :roll:

октоген

Господа, нужно определиться  с целью... Если полноценное охлаждение-керамика не нужна, если керамика-из охлаждения  максимум завеса. А совмещать керамику с охлаждением( тем более транспирационным)-совмещать пороки обоих методов.

Гость 22

ЦитироватьГоспода, нужно определиться  с целью... Если полноценное охлаждение-керамика не нужна, если керамика-из охлаждения  максимум завеса. А совмещать керамику с охлаждением( тем более транспирационным)-совмещать пороки обоих методов.
Если цель - повышение УИ, то охлаждаемая керамика оправдывает себя :)

Во всех современных двигателях "полноценное" наружное охлаждение не справляется => дополнительно делают завесы, ухудшающие УИ. Ликвидация завес - это один из оставшихся резервов улучшения ЖРД с дожиганием. Сделать это без керамики невозвожно.

Поэтому в целях улучшения УИ имеет смысл делать охлаждаемые керамические камеры, но без завес. В идеале - вообще никак не охлаждаемые.

Гость 22

Цитировать
ЦитироватьЭто если охлаждение не применять. А с охлаждением вон у, скажем, RL-10 не выше 350 С, если не вру.
А зачем с охлаждением керамика?  :roll:
Для повышение УИ, например. Или надежности.

Вообще без охлаждения пока что даже керамики не работают. Имеются в виду керамики, пригодные для изготовления камер ЖРД на данный момент.

avmich

Теоретически, отбор тепла у газа топливом слегка (доли процента) повышает УИ, потому что топливо при более высоком давлении. Но потери на гидросопротивление в рубашке обычно куда больше...

октоген

Цитировать
ЦитироватьГоспода, нужно определиться  с целью... Если полноценное охлаждение-керамика не нужна, если керамика-из охлаждения  максимум завеса. А совмещать керамику с охлаждением( тем более транспирационным)-совмещать пороки обоих методов.
Если цель - повышение УИ, то охлаждаемая керамика оправдывает себя :)

Во всех современных двигателях "полноценное" наружное охлаждение не справляется => дополнительно делают завесы, ухудшающие УИ. Ликвидация завес - это один из оставшихся резервов улучшения ЖРД с дожиганием. Сделать это без керамики невозвожно.

Поэтому в целях улучшения УИ имеет смысл делать охлаждаемые керамические камеры, но без завес. В идеале - вообще никак не охлаждаемые.


Вашим бы ....... да медку бы испить:)  Тут вот реалисты резать РД-171 хотят, а Вы про охлаждаемую керамику:)

Стоят ли те единицы секунд прибавки УИ( там хоть 5 сек для керосина добавится? или хоть 10 для водорода?) усложнения и удорожания и так недешевых движков?


На 1 и даже на 2 ступень такой керамический горшок с охлаждением лепить нет смысла. Только 3 ступени и РБ.

Так любимая многими в США многоразовость и керамические горшки плохо совместимы.


И еще один фактор: керамические горшки пока не будут большими, хорошо если они дадут 25-50 т тяги на горшок.


П.С. Да,  в целом, я согласен что керамический движок будет иметь больший УИ, но практически это будет очень трудно достичь.


П.П.С. Для начала бы хорошо сделать керамический горшок чисто с завесой... Для тренировки.

Uriy

Цитировать
Цитировать
ЦитироватьЭто если охлаждение не применять. А с охлаждением вон у, скажем, RL-10 не выше 350 С, если не вру.
А зачем с охлаждением керамика?  :roll:
Для повышение УИ, например. Или надежности.

Вообще без охлаждения пока что даже керамики не работают. Имеются в виду керамики, пригодные для изготовления камер ЖРД на данный момент.

Нанести на керамику покрытие,отражающее лучистый поток и керамика из нитрида кремния сможет работать без охлаждения.

Uriy

ЦитироватьUriy пишет:
 
Цитировать
Цитировать
ЦитироватьЭто если охлаждение не применять. А с охлаждением вон у, скажем, RL-10 не выше 350 С, если не вру.
А зачем с охлаждением керамика?  :roll:
Для повышение УИ, например. Или надежности.

Вообще без охлаждения пока что даже керамики не работают. Имеются в виду керамики, пригодные для изготовления камер ЖРД на данный момент.

Нанести на керамику покрытие,отражающее лучистый поток и керамика из нитрида кремния сможет работать без охлаждения.[/quote


А если по такой технологии. На технологическую болванку крепим керамические плитки из нитрида кремния,горячепрессованные. Можно шликерное литьё,спечённое в газостате. В районе критики ставим кольца из керамики , с разрезами для снятия напряжений,на юбке опять плиточки. У головки ставим стальной фланец. Керамика снаружи имеет конусные шипы большим D наружу. Ставим на станок и снаружи мотаем волокном. Общая толщина стенки 18-20 мм. После просушки прикручиваем форсуночную головку к фланцу.
Кмера с давлением 80 атм. однократный пуск должна выдержать.
Конечно всё сыровато,но это для обсуждения.

O_P

ЦитироватьНанести на керамику покрытие,отражающее лучистый поток и керамика из нитрида кремния сможет работать без охлаждения.
Если мне не изменяет мой склероз, то лучистый поток передает менее 25 процентов от тепло потока в огневую стенку КС.

Андрей Суворов

Цитировать
ЦитироватьНанести на керамику покрытие,отражающее лучистый поток и керамика из нитрида кремния сможет работать без охлаждения.
Если мне не изменяет мой склероз, то лучистый поток передает менее 25 процентов от тепло потока в огневую стенку КС.
Обычно даже меньше 16%

O_P

Цитировать[
Обычно даже меньше 16%
То есть теоретически напыление на поверхность огневой стенки покрытия с высоким альбедо, немного помогает?


Кстати интересно, а если огневую стенку сделать поросто и твердых пород древесины, с внешней стальной рубашкой (ну или углеволоконной). Ну там в критике что нибудь тугоплавкое добавить...
Сколько такая камера продержится до прогара? Так сказать дешевая аблативная камера..:)
Речь конечно о сравнительно малом движке и невысоком давлении в КС...

Uriy

Цитировать
Цитировать[
Обычно даже меньше 16%
То есть теоретически напыление на поверхность огневой стенки покрытия с высоким альбедо, немного помогает?


Кстати интересно, а если огневую стенку сделать поросто и твердых пород древесины, с внешней стальной рубашкой (ну или углеволоконной). Ну там в критике что нибудь тугоплавкое добавить...
Сколько такая камера продержится до прогара? Так сказать дешевая аблативная камера..:)
Речь конечно о сравнительно малом движке и невысоком давлении в КС...

Вспомогательные РДТТ внутри резиной обклеивают.Секунд 5 работают.

RadioactiveRainbow

Я больше скажу - маршевые двигатели твердых МБР изнутри резиной удобряют (своими руками тополиные корпуса щупал )) - как ты традиционный материал ТЗП для РДТТ. Работает десятки-сотни секунд (разумеется, толщина должна быть соответствующей.

Только к соплу с его теплонапряженностью (на порядок-другой больше чем в КС) это неприменимо. Да и скорости несоизмеримы.
Глупость наказуема

Uriy

ЦитироватьЯ больше скажу - маршевые двигатели твердых МБР изнутри резиной удобряют (своими руками тополиные корпуса щупал )) - как ты традиционный материал ТЗП для РДТТ. Работает десятки-сотни секунд (разумеется, толщина должна быть соответствующей.

Только к соплу с его теплонапряженностью (на порядок-другой больше чем в КС) это неприменимо. Да и скорости несоизмеримы.

Заряд скреплённый со стенкой сам как ТЗП, пока не догорит.

октоген

Это на основном протяжении да, но есть места, чаще всего, где и чистое ТЗП... Заряды-то сейчас сложных форм и в некоторых местах в них щели делают заполненные или нет ТЗП, иначе нужного профиля тяг+надежности и возможности эксплуатации при разных температурах не будет.