Применение ДВС в любительском ЖРД.

[Петр Зайцев]

Так я не пойму, вам лететь или ДВС? Дмитрий вам не зря про вытеснительную подачу сказал, RP C-150 и AirLaunch QuickReach собирались на орбиту с двумя ступенями. На первом Фальконе ступень с вытеснением даже вывела реальный спутник на коммерческой основе. Конечно, характеристики не те, но вы ведь в гараже, что хотеть.

[Andrey]

Так я не пойму, вам лететь или ДВС? Дмитрий вам не зря про вытеснительную подачу сказал, RP C-150 и AirLaunch QuickReach собирались на орбиту с двумя ступенями. На первом Фальконе ступень с вытеснением даже вывела реальный спутник на коммерческой основе. Конечно, характеристики не те, но вы ведь в гараже, что хотеть.

Я не против вытеснительной подачи.
На второй ступени пожалуйста.
На Фальконе так и было на первой ТНА на второй вытеснительная подача.

[Старый]

Я прекрасно понимаю что обьемная машина поиграет по весу турбине.
Я и не предлагаю свою идею серьезным фирмам.
Я предлагаю любителям.
У них с изготовлением турбин проблемы.

Ещё раз: купить турбину проще чем переделывать ДВС.
 Почемуто вы не замечаете разницы - ДВС у вас купить, а турбину - сделать самим.

[Гость 22]

Я предлагаю любителям.
У них с изготовлением турбин проблемы.

С изготовлением могут быть проблемы. С покупкой готовой (турбина для модельного двигателя стоит 200-300 евро) или даже с изготовлением на заказ (на тех же фирмах, где делают модельные ТРД) - никаких проблем.

[AlexB14]

Несколько месяцев назад Андрей Суворов затрагивал идею с ЭНА (электронасосный агрегат) и рассказывал об этих исследованиях. Даже кажется, для облегчения предлагалось по мере подъемасбрасывать АКБ.

Прошу прощения за невежество! А как это должно было выглядеть физически? Дождь из аккумуляторных батарей по трассе Байконур - Барнаул на головы бедных пастухов и их животину?

[Дмитрий В.]

Несколько месяцев назад Андрей Суворов затрагивал идею с ЭНА (электронасосный агрегат) и рассказывал об этих исследованиях. Даже кажется, для облегчения предлагалось по мере подъемасбрасывать АКБ.

Прошу прощения за невежество! А как это должно было выглядеть физически? Дождь из аккумуляторных батарей по трассе Байконур - Барнаул на головы бедных пастухов и их животину?

Да с первой ступени АКБ упадут недалеко отт космодрома, в пределах какой-нибудь зоны отчуждения.

[Андрей Суворов]

Я и предлагаю использовать крупносерийный агрегат вместо штучного.
Он дешев, нет проблем с доставанием.
Широкая выпускаемая номенклатура.
Немного доработать только.

Вот насчёт "немного" большие сомнения. Фактически, удаётся использовать только поршень, шатун и гильзу цилиндра.
Рубашку охлаждения надо переделывать - ибо теплопоток в стенку возрастает в разы. Значит, надо изготовить новый блок цилиндров
Клапаны нужно переделывать - их пропускной способности не хватит, да и перегреются они. Значит, нужно изготовить новую головку цилиндров. Газораспределительный механизм тоже нужен новый.
Подшипники скольжения у коленвала расплавятся, значит, тоже нужно новые.

Газогенератор, который, вообще-то, одна из самых напряжённый частей ТНА, всё равно нужно делать.

Занятно, что никто внятно не объяснил, ПОЧЕМУ при повышении давления растёт теплопоток в стенку, даже при неизменной температуре. А возрастает он потому, что, во-первых, конвекция интенсифицируется, во-вторых, потому что радиационный перенос интенсифицируется, ну и, наконец, независимой от давления является массовая теплоёмкость газа, а объёмная огого, как меняется!

[khach]

Уважаемые, а вы в курсе, что ДВС принципиально неработоспособен без балластного газа (70% азота воздуха). На чистых топливных компонентах его порвет "как тузик грелку" в момент искры зажигания и расплавит чуть позже от теплопотоков, если даже мы сделаем головку и поршень, которые выдержат это давление. Если уж очень хочется поршневую систему- то я бы рассмотрел однокомпонентник на перекиси иди гидразине, с каталитическим разложением. При этом насосы тоже поршневые, например многофазные как у моек высокого давления- 6-8 поршней с приводом косой шайбой. Это может иметь смысл для сверхмалых движков с тягой единицы тонн и менее- тут турбоагрегат проигрывает поршневым конструкциям.

[Старый]

Если уж очень хочется поршневую систему- то я бы рассмотрел однокомпонентник на перекиси иди гидразине, с каталитическим разложением.

Собственно какраз об этом он и говорит.

[Штуцер]

Вот насчёт "немного" большие сомнения. Фактически, удаётся использовать только поршень, шатун и гильзу цилиндра.

ИМХО, поршень тоже прогорит, он в принципе не имеет принудительного охлаждения.

[khach]

Если уж очень хочется поршневую систему- то я бы рассмотрел однокомпонентник на перекиси иди гидразине, с каталитическим разложением.

Собственно какраз об этом он и говорит.

Так там совсем другие требования к поршневой- нет удара давления в момент зажигания, нет такта сжатия и всасывания. Это к теории паровых машин надо обратится- другой термодинамический цикл, потери в золотниковых коробках при высоких оборотах, большая степень расширения и другие специфические вещи.  Маслосъемные и компрессионные кольца совсем другие по конструкции. В общем виде от ДВС вообще ничего не остается- все надо делать с нуля. Кстати, у ракет Роберта Годдарда были насосы с ДВС, вот только не летали именно эти конструкции.

[Monoceros]

Вы почитайте внимательнее что он предлагает - взять ДВС и повысить ему мощность в 20 раз за счет использования керосина +жк. Поскольку в движке и так бывает 10МПа, а теплопоток по его мнению (см выше) существенно не изменится, то все должно работать ок  :twisted:

[Nikola]

Уважаемые, а вы в курсе, что ДВС принципиально неработоспособен без балластного газа (70% азота воздуха). На чистых топливных компонентах его порвет "как тузик грелку" в момент искры зажигания и расплавит чуть позже от теплопотоков, если даже мы сделаем головку и поршень, которые выдержат это давление.

Да ну? Сами придумали?
А если поршень с цилиндром жидкостные? Опять же преобразование энергии покрасивее: вместо химия-давление-механика-давление (топлива) сразу химия-давление (топлива). И просто как валенок. Ближайшие аналоги - водяные насосы с непосредственным контактом вода-рабочее тело.

[Старый]

Это к теории паровых машин надо обратится

Собственно какраз об этом я и говорил.

[dan14444]

Уважаемые, а вы в курсе, что ДВС принципиально неработоспособен без балластного газа (70% азота воздуха). На чистых топливных компонентах его порвет "как тузик грелку" в момент искры зажигания и расплавит чуть позже от теплопотоков, если даже мы сделаем головку и поршень, которые выдержат это давление.

Я уже давал где-то тут ссылку на самодельщиков-гонщиков, форсирующих ДВСы закисью. Вплоть до изменения тактности.
Очень любопытно получается, и накакого азота.

Разумеется, серийный ДВС - и близко не стоял рядом со специализированной турбиной. Но как дешёвое решение - может быть приемлим, считать надо...

[khach]

Я уже давал где-то тут ссылку на самодельщиков-гонщиков, форсирующих ДВСы закисью. Вплоть до изменения тактности.
Очень любопытно получается, и накакого азота.

Никакого азота в  атмосфере? Покажите мне этот гоночный трек . А закиси там единицы-десятки процентов от полной массы заряда топливной смеси- и то движки на пределе. Теперь зарядите движок стехиометрической сместью топлива и окислителя- скорость горения будет близка к детонации тнт- поршень вылетит снизу картера сразу. Балласный газ нужен для ограничения скорости горения за счет повышения теплоемкости смеси- тепло идет на нагрев балластного газа, потом, расширяясь, в основном балластный газ и двигает поршень- сравните обьемы СО2 и азота в заряде после сгорания. Балластировать окислителем нельзя- начнет гореть металл головки и поршня. А топливом- сажи будет куча.
Короче, возьмите любой движок, и наддуйте карбюратор из кислородного сварочного баллона- фейерверк будет знатный, вплоть до сгорания картера движка. Только делайте этот опыт на полигоне- хотя бы метров 500 пустого пространства и обваловка- а то запчасти имеют свойство далеко летать  
А для проверки возможности использовать движок с внешним газогенератором- используйте баллон со сжатым воздухом (без топлива). Движок будет прекрасно работать на низких оборотах (тысячи до полторы) а потом наступит затык на неоптимальной конструкции механизма газораспределнения. Вот только использование энегрии сжатого газа будет очень неоптимальным- не та степень расширения. Т.е она будет нормальной для давления в 10 Атм во впускном коллекторе,но механическая моща на валу будет доли киловатта. А при 50 атм на входе- все будет лететь в выхлоп- в конце такта расширения давление будет еще более 10 Атм. Я уж не говорю, что такое давление откроет впускной клапан (пересилит пружины).

[dan14444]

зарядите движок стехиометрической сместью топлива и окислителя- скорость горения будет близка к детонации тнт

Эт Вы погорячились .  Газ не твёрдое, закись не кислород, и т.д. В общем, фсё не настолько плохо. Хотя да, и не особо хорошо .

[vekazak]

ИМХО: Лучше не придумаеш-
Потребность в рабочем газе в 1,4...1,7 раза меньше, чем при классической вытеснительной системе подачи компонентов топлива;
- Высокая точность поддержания соотношения расходов компонентов топлива;
- Баковые системы могу находиться под низким давлением;
http://www.yuzhnoye.com/?id=146&path=Aerospace%20Technology/Rocket%20Propulsion/Liquid%20Engines/Sustainers/RD-860/RD-860

[Not]

Поршни вылетят (развалятся) почти сразу. Даже для обычного турбирования с подъемом мощности/крутящего момента примерно вдвое, штатные поршни в обязательном порядке меняют на кованые. Литые имеют свойство выкрашиваться под кольцами при повышении давления выше штатного. Повышение же давления в десять раз ... Видимо стальные потребуются.  

[Andrey]

Смеялся, спасибо. А вы думаете Андрей знает, на какой ракете летает ТНА автомобильщиков?

Признаю. Уели.
Не знал я этой автомобильной истории Маска.
Ветки форума посвященные Маску я редко читаю.

Еще один момент: открывание клапана при давлении 10 МПа. При диаметре клапана 1 кв см. Это будет тонна усилия на штоке... И очень хитрый впускной клапан.

10 МПа на 1 см^2 будет не 1 тонна – 1000 кг, а 1000 Н – 100 кг.

 

Занятно, что никто внятно не объяснил, ПОЧЕМУ при повышении давления растёт теплопоток в стенку, даже при неизменной температуре. А возрастает он потому, что, во-первых, конвекция интенсифицируется, во-вторых, потому что радиационный перенос интенсифицируется, ну и, наконец, независимой от давления является массовая теплоёмкость газа, а объёмная огого, как меняется!

На мой взгляд, дело обстоит так.
Пристеночный ламинарный слой и турбулентная середина.
Тепловое сопротивление пристеночного слоя большое и не меняется с изменением давления.
Тепловое сопротивление турбулентной середины много меньше, и вообще можно считать нулевым.
Тепловой поток можно разбить на две части от охлаждения пристеночного слоя и от охлаждения середины.
Первая часть прямо пропорциональна давлению.
А вторая, в первом приближении, не зависит, она ограничена теплосопротивлением ламинарного слоя.
Затем как то меняется от давления толщина ламинарного слоя, что тоже приводит к изменению теплопотока.
Но я думаю, она от давления меняется далеко не линейно.
Радиационный перенос.
Температуру у нас лимитирует стойкость клапана между газогенератором и цилиндром.
Она будет порядка 1000 градусов, маловероятно что сильно больше.
При таких температурах радиационным переносом можно спокойно пренебречь.
Ну и в 2.5 раза меньшая температура тоже свое слово скажет.

Клапаны нужно переделывать - их пропускной способности не хватит, да и перегреются они. Значит, нужно изготовить новую головку цилиндров. Газораспределительный механизм тоже нужен новый.
Подшипники скольжения у коленвала расплавятся, значит, тоже нужно новые.

Под ДВС я в этой теме прежде всего представляю двухтактный двигатель, без клапанов.
Клапан это будет привнесенный элемент.
Подшипники  в двухтактниках  как правило подшипники качения.
Газораспределительный механизм частично старый.
Впуск через клапан это новая часть.
Выпуск остается старый.
Продувочные каналы из картера в цилиндр перекрываются.
Пропускная способность входного клапана.
Я ее прикидывал.
Например, при диаметре поршня 62 мм и ходе 57 мм, обороты 15000 об/мин, газогенератор на 85% перекиси, давление 10 МПа.
Так вот при диаметре минимальной части проходного отверстия 18 мм можно получить потери давления порядка 1 МПа.
Температура значительно выше температуры воздуха, соответственно скорости газа больше.
Особой проблемы я тут не вижу.    

Газогенератор, который, вообще-то, одна из самых напряжённый частей ТНА, всё равно нужно делать.

Под газогенератором я, честно говоря, в первую очередь представляю модернизацию вот этого проекта "МосГИРД ЖРД 1000 Н".  
 

Поршни вылетят (развалятся) почти сразу. Даже для обычного турбирования с подъемом мощности/крутящего момента примерно вдвое, штатные поршни в обязательном порядке меняют на кованые. Литые имеют свойство выкрашиваться под кольцами при повышении давления выше штатного. Повышение же давления в десять раз ... Видимо стальные потребуются.  

Я не предлагаю повысить максимальное давление в 10 раз.
Я предлагаю заменить адиабатное расширение газа в цилиндре на изобарное.
Поддерживать весь такт расширения максимально большое давление..
За счет этого мощность и возрастет на порядок.
А нагрузки они все равно там такие есть.
Просто будут действовать более длительное время.