Ацетам

[Bell]

У Вас неверный состав топлива. Массовое соотношение кислорода, ацетилена и аммиака должно быть 4 : 1 : 0,88.

Код Выделить Развернуть


 AP-R45            Run using June 1988 Version of PEP,
 Case  1 of  1     13 Jul 2012 at  8:45:14.48 pm

  CODE                                   WEIGHT    D-H  DENS      COMPOSITION
    83 AMMONIA (LIQUID)                   0.880  -1004  0.02440    3H   1N
    32 ACETYLENE (LIQUID)                 1.000   1846  0.02630    2C   2H
   737 OXYGEN (LIQUID)                    4.000    -97  0.04120    2O

THE PROPELLANT DENSITY IS 0.03435 LB/CU-IN OR  0.9508 GM/CC
THE TOTAL PROPELLANT WEIGHT IS    5.8800 GRAMS

NUMBER OF GRAM ATOMS OF EACH ELEMENT PRESENT IN INGREDIENTS

   0.231813 H     0.076811 C     0.051667 N     0.250000 O

****************************CHAMBER RESULTS FOLLOW    *****************************

 T(K)  T(F)  P(ATM)   P(PSI) ENTHALPY  ENTROPY   CP/CV     GAS   RT/V
3832. 6437.  136.05  2000.00     0.57    15.76  1.2122  0.251  543.056

SPECIFIC HEAT (MOLAR) OF GAS AND TOTAL=   11.347   11.351
NUMBER MOLS GAS AND CONDENSED=   0.2505   0.0000

  0.08798 H2O        0.04472 CO         0.03208 CO2        0.02363 N2      
  0.02065 HO         0.01450 H2         0.01149 O2         0.00607 H      
 4.88E-03 O         4.38E-03 NO        9.92E-05 HO2       7.42E-06 NO2    
 6.16E-06 N         6.03E-06 NHO       5.77E-06 CHO       1.52E-06 NH      
 1.03E-06 NH2       9.38E-07 N2O       9.21E-07 NHO2      8.33E-07 NHO2    
 6.78E-07 NH3       1.96E-07 CH2O      1.49E-07 CNHO      1.35E-07 CNH    
 9.86E-08 O3      

THE MOLECULAR WEIGHT OF THE MIXTURE IS   23.471

****************************EXHAUST RESULTS FOLLOW    *****************************

 T(K)  T(F)  P(ATM)   P(PSI) ENTHALPY  ENTROPY   CP/CV     GAS   RT/V
2512. 4063.    1.00    14.70    -6.64    15.76  1.1944  0.224    4.463

SPECIFIC HEAT (MOLAR) OF GAS AND TOTAL=   12.207   12.208
NUMBER MOLS GAS AND CONDENSED=   0.2241   0.0000

  0.10725 H2O        0.05628 CO2        0.02559 N2         0.02053 CO      
 6.34E-03 H2        3.63E-03 HO        2.58E-03 O2        1.00E-03 H      
 4.92E-04 NO        3.70E-04 O         1.36E-06 HO2       9.16E-08 NO2    

THE MOLECULAR WEIGHT OF THE MIXTURE IS   26.242

**********PERFORMANCE:  FROZEN ON FIRST LINE, SHIFTING ON SECOND LINE**********

IMPULSE   IS EX      T*      P*      C*    ISP*  OPT-EX  D-ISP      A*M   EX-T
  303.2  1.2273   3441.   76.08  5818.8           14.10  288.3  0.09045  1542.
  326.7  1.1285   3650.   78.74  6034.5   230.7   18.38  310.6  0.09380  2512.

см. 2 последние строчки - "реальный" УИ где-то средний, 315 сек.
давление в камере 140 атм, на срезе сопла 1 атм, т.е это импульс на земле. Какбэ.

[Salo]

А в вакууме. :wink:

[Bell]

А в вакууме. :wink:

384 при 0,1 psi (0.007 атм) на срезе и 150 атм в камере

вообще у меня ощущение, что там у них не очень хорошо с Кm... можно поиграть

[Salo]

У меня в RPE от Александра Пономаренко (Гость 22) вышло 388 с при геометрической степени расширения 265 и давлении в КС 120 атм. (как у РД-161).

[Bell]

Оппа! А в статье-то весьма грубая ошибка!

Соответственно предельная кривая (0 % аммиака) отно-
сится к продуктам сгорания пары кислород-ацетилен. Она имеет
наивысшие газодинамические показатели, плавно падающие с
увеличением доли аммиака в суммарной топливной смеси. С
учетом сказанного выше о взрывоопасности ацетилена практиче-
ский смысл имеют составы от 10% аммиака: например, 15%-ной
кривой соответствует массовое соотношение долей кислорода,
ацетилена и аммиака 4 : 1,0 : 0,88.

При 15% аммиака соотношение компонентов ГОРЮЧЕГО будет никак не 1:0,88 При том, что взрывоопасными становятся смеси ацетилена с долей оного более 80%. А дальше на графике аффторы продолжают путать долю аммиака в смеси и в суммарном составе компонентов топлива.

Так что к полученным результатам я бы относился с осторожностью

Однако в любом случае Пропеп дает неплохие результаты для земли и пустоты. Есть еще широкий простор для варьирования доли ЖК, давления и всяких технологических нюансов типа Т горючего на входе (после подогрева в рубашке КС)

[Salo]

15% от массы топлива:

На этих рисунках процентами от 0 до 35 % обозначена массовая доля аммиака в топливе, а Km означает массовое отношение кислорода к ацетилену (керосину). Соответственно предельная кривая (0 % аммиака) относится к продуктам сгорания пары кислород-ацетилен. Она имеет наивысшие газодинамические показатели, плавно падающие с увеличением доли аммиака в суммарной топливной смеси. С учетом сказанного выше о взрывоопасности ацетилена практический смысл имеют составы от 10% аммиака: например, 15%-ной кривой соответствует массовое соотношение долей кислорода, ацетилена и аммиака 4 : 1,0 : 0,88.

0,88 / (4+1+0,88 ) = 0,15

[Bell]

15% от массы топлива:

На этих рисунках процентами от 0 до 35 % обозначена массовая доля аммиака в топливе, а Km означает массовое отношение кислорода к ацетилену (керосину). Соответственно предельная кривая (0 % аммиака) относится к продуктам сгорания пары кислород-ацетилен. Она имеет наивысшие газодинамические показатели, плавно падающие с увеличением доли аммиака в суммарной топливной смеси. С учетом сказанного выше о взрывоопасности ацетилена практический смысл имеют составы от 10% аммиака: например, 15%-ной кривой соответствует массовое соотношение долей кислорода, ацетилена и аммиака 4 : 1,0 : 0,88.

Так в том и дело, что растворы ацетилена до 80% не взрывоопасны Авторы сначала говорят о составе самого ацетама, а потом считают соотношение в топливе в целом.

Вот например результат для 70%-ного раствора с 15% избытка горючего (C2H2:NH3:O2 - 21,95:9,41:68,7) и Т на входе 150К (-183оС для кислорода и 0 для горючего после рубашки охлаждения, потери энергии в ТНА не учтены )

Код Выделить Развернуть

AP-R45            Run using June 1988 Version of PEP,
 Case  1 of  1     13 Jul 2012 at 10:39: 9.41 pm

  CODE                                   WEIGHT    D-H  DENS      COMPOSITION
    83 AMMONIA (LIQUID)                   9.410  -1004  0.02440    3H   1N
    32 ACETYLENE (LIQUID)                21.950   1846  0.02630    2C   2H
   737 OXYGEN (LIQUID)                   68.700    -97  0.04120    2O

THE PROPELLANT DENSITY IS 0.03465 LB/CU-IN OR  0.9591 GM/CC
THE TOTAL PROPELLANT WEIGHT IS  100.0600 GRAMS

NUMBER OF GRAM ATOMS OF EACH ELEMENT PRESENT IN INGREDIENTS

   3.343466 H     1.685997 C     0.552489 N     4.293750 O

****************************CHAMBER RESULTS FOLLOW    *****************************

 T(K)  T(F)  P(ATM)   P(PSI) ENTHALPY  ENTROPY   CP/CV     GAS   RT/V
4002. 6744.  165.98  2440.00    19.97   261.33  1.2187  4.176   39.746

SPECIFIC HEAT (MOLAR) OF GAS AND TOTAL=   11.067   11.073
NUMBER MOLS GAS AND CONDENSED=   4.1759   0.0000

  1.17012 H2O        1.10656 CO         0.57918 CO2        0.35261 HO      
  0.25951 H2         0.24530 N2         0.17124 O2         0.12942 H      
  0.09823 O          0.06140 NO         0.00169 HO2        0.00020 CHO    
 1.40E-04 N         1.01E-04 NO2       9.75E-05 NHO       3.45E-05 NH      
 2.07E-05 NH2       1.25E-05 NHO2      1.16E-05 N2O       1.14E-05 NH3    
 1.13E-05 NHO2      6.34E-06 CH2O      4.52E-06 CNH       3.79E-06 CNHO    
 1.86E-06 O3        1.43E-06 CNO      

THE MOLECULAR WEIGHT OF THE MIXTURE IS   23.961

****************************EXHAUST RESULTS FOLLOW    *****************************

 T(K)  T(F)  P(ATM)   P(PSI) ENTHALPY  ENTROPY   CP/CV     GAS   RT/V
1210. 1719.    0.01     0.10  -175.92   261.33  1.2255  3.634    0.002

SPECIFIC HEAT (MOLAR) OF GAS AND TOTAL=   10.798   10.798
NUMBER MOLS GAS AND CONDENSED=   3.6339   0.0000

  1.34794 H2O        1.25981 CO2        0.42614 CO         0.32376 H2      
 2.76E-01 N2        3.12E-06 H        

THE MOLECULAR WEIGHT OF THE MIXTURE IS   27.535

**********PERFORMANCE:  FROZEN ON FIRST LINE, SHIFTING ON SECOND LINE**********

IMPULSE   IS EX      T*      P*      C*    ISP*  OPT-EX  D-ISP      A*M   EX-T
  358.9  1.2639   3536.   91.68  5685.4          674.17  344.2  0.07244   486.
  412.8  1.1253   3816.   96.17  6125.6   233.5 1179.83  395.9  0.07805  1210.


[Salo]

Bell пишет:

Так в том и дело, что растворы ацетилена до 80% не взрывоопасны  Авторы сначала говорят о составе самого ацетама, а потом считают соотношение в топливе в целом.

Вот например результат для 70%-ного раствора с 15% избытка горючего (C2H2:NH32 - 21,95:9,41:68,7) и Т на входе 150К (-183оС для кислорода и 0 для горючего после рубашки охлаждения, потери энергии в ТНА не учтены )

Код Выделить Развернуть

AP-R45 Run using June 1988 Version of PEP,
Case 1 of 1 13 Jul 2012 at 10:39: 9.41 pm

CODE WEIGHT D-H DENS COMPOSITION
83 AMMONIA (LIQUID) 9.410 -1004 0.02440 3H 1N
32 ACETYLENE (LIQUID) 21.950 1846 0.02630 2C 2H
737 OXYGEN (LIQUID) 68.700 -97 0.04120 2O

80% это не раствор, а содержание ацетилена в паровой фазе:

[Salo]

Так как летучести ацетилена и аммиака весьма различны, то и состав паровой смеси, формирующейся над их взаимным раствором, существенно отличен от исходного. Для реальных условий хранения ацетилено-аммиачного горючего в баке летательного аппарата рассмотрены как примеры: вариант А – давление наддува 2 кгс/см2 и температура минус 30° С и вариант В – давление наддува 3 кгс/см2 и температура минус 40° С. Первой комбинации внешних параметров соответствует условию стабильности раствор с -20 % вес. ацетилена в смеси при содержании его в паре 60 % вес. (50 % об.). Во втором случае это -43 % вес. и -82 % вес., что соответствует раствору с относительными массовыми долями ацетилена и аммиака 70 % и 30 % при содержании ацетилена в паровой подушке более 80 %. Такое горючее в газодинамическом отношении соответствует на рис. 2 кривым, обозначенным как 10 % и 15 %, что говорит о реальности достижения для такого топлива значений удельного импульса тяги более 400 кг*с/кг.

Вот тут явная ошибка: 43% раствор ацетилена в аммиаке соответствует 75% весовой доле ацетилена в растворе относительно аммиака.

[Salo]

ский смысл имеют составы от 10% аммиака: например, 15%-ной
кривой соответствует массовое соотношение долей кислорода,
ацетилена и аммиака 4 : 1,0 : 0,88.

Соотношению ацетилена и аммиака 1,0 : 0,88 соответствует раствор с содержанием ацетилена в 53%.

Автор статьи воспринял 70% отношение ацетилена к аммиаку как 70% массовую долю в растворе.

Случай B с давлением наддува 3 атм и температурой горючего в -40 градусов Цельсия соответствует концентрации ацетилена в растворе 43% и соотношению ацетилена с аммиаком 0,75 : 1. При Кm равном 2 получаем соотношение кислорода, ацетилена и аммиака 3,5 : 0,75 : 1. Соотношение кислорода с ацетиленом 3,5/0,75=4,67 ; а массовая доля аммиака в топливе 19%. Это хорошо соответствует кривой с 20% содержанием аммиака:

[Bell]

Мда...

[Salo]

Salo пишет:

Какая-то ерунда со степенью расширения сопла. Какая именно приводится? У РД-120 геометрическая степень расширения 106,1; а в статье r =10,3.

Alexander Ponomarenko пишет:

Это одно и то же. Расширение, выраженное в отношении радиусов R_exit/R*
= 10.3 соответсвует расширению, выраженному в отношении площадей
F_exit/F* = (R_exit/R*)^2 = 106.1

Но тогда R_exit/R* = 25 соответствует геометрической степени расширения 625!
Это РД-161 с НРО и очень большим.

[Salo]

Из справочника "Двигатели":

[Salo]

У РД-161 без насадка геометрическая степень расширения сопла 18,75*18,75=351,56.

Вариант с НРО имеет геометрическая степень расширения сопла 19,25*19,25=370,56.

[Salo]

Проектные характеристики РД-161АЦ:



При давлении 2 кгс/см2 и температуре -40 градусов Цельсия массовое содержание ацетилена в р-ре будет около 32%, а в паровой подушке около 65%. Отношение массовой доли ацетилена к аммиаку 32% / 68% = 0,47 : 1.

Km = 2,13

Доля кислорода 2,13 X (0,47 + 1) = 3,13

Получаем соотношение кислорода ацетилена и аммиака 3,13 : 0,47 : 1.

Доля аммиака в топливе 1 / (3,13 + 0,47 + 1) = 0,217 = 21,7%

Соотношение кислорода с ацетиленом 3,13 / 0,47 = 6,66

Это примерно соответствует кривой с содержанием аммиака 25%.

[Salo]

Теперь по поводу плотности: плотность ацетама 590 кг/м3.
Плотность кислородноацетамового топлива 880 кг/м3.
Для метанокислородного 829 кг/м3, а при переохлаждении 850 кг/м3.

[Mark]

Теперь по поводу плотности: плотность ацетама 590 кг/м3.
Плотность кислородноацетамового топлива 880 кг/м3.
Для метанокислородного 829 кг/м3, а при переохлаждении 850 кг/м3.

Да, плотность ацетама очень высока. Жидкий водород обладает толко плотностью 70,8 кг/м3 .
А есть у вас тоже и теплота сгорания Ацетама ? У водорода равна 143,06 МДж/кг. Мне тоже интересно плотность кислородно- водорного и кислородно- керосиного топлива. Спасибо.

[Salo]

Кислородно-водородное - 350 кг/м3, кислородно-керосиновое - 1037 кг/м3.
Теплота сгорания ацетама зависит от состава.

[Bell]

При давлении 2 кгс/см2 и температуре -40 градусов Цельсия массовое содержание ацетилена в р-ре будет около 32%, а в паровой подушке около 65%.

блин, вот и засада
получается, что содержание ацетилена лимитируется не по доле в растворе, а по подушке наддува
А балластирование подушки гелием они не просчитывали?

[Bell]

Теперь по поводу плотности: плотность ацетама 590 кг/м3.
Плотность кислородноацетамового топлива 880 кг/м3.
Для метанокислородного 829 кг/м3, а при переохлаждении 850 кг/м3.

Вот и вторая засада - плотность топлива практически метановая