Вытеснительная подача топлива

[Наивный]

Большая просьба - только без ног. За ссылки на ресурсы, доступные в сети - буду благодарен.

Правильно ли я понимаю, что для самовозгорающихся компонентов теоретически вытеснение можно организовать, если подавать самую малость горючего в бак окислителя и наоборот? Однако, похоже, все предпочитают вытеснять гелием. Баки температуры не выдержат? Достаточного давления не получить? Компоненты топлива станут нестабильными? Или просто невыгодно(с гелием экономнее)? Почему так не делают?

[X]

начать с того , что вытеснительную подачу имеет смысл  использовать главным образом в ДУ с небольшим расходом, для остальных выгоднее ТНА. Маломощные ДУ можно встретить разве в КК или разгонных блоках и уже для них формулировать вопрос. Гелий видимо проходит по совокупности свойств , по технологичности. Можно наверно наддувать и компонентами топлива, но это создает лишние проблемы , и греется , и неудобно , а может там вообще не исключена детонация смеси компонентов.

[avmich]

В принципе так делать можно. На практике, думаю, довольно сложно организовать надёжную и безопасную систему... То, о чём Вы говорите - это скорее наддув, чем вытеснительная подача; конечно, можно и газ наддува для вытеснительной подачи организовывать таким способом. Думаю, проблема в сложности реализации системы.

Кстати, гелий подают в бак, бывает, не просто так - в гелий добавляют 2-3 процента стехиометрической смеси водорода и кислорода, то есть, гремучего газа :) (tridyne). Пропускают такой гелий через платиновый катализатор - водород реагирует с кислородом, при этом температура всего газа повышается, чем достигается экономия гелия - получается большее давление газа наддува при том же расходе, из-за роста температуры.

[avmich]

Известно, что азот растворяется в жидком кислороде. То есть, если наддувать баки с ЖК азотом, то кислород слегка "разбавляется", что снижает УИ. У гелия такого эффекта нет.

Интересно, что Р-7 летает на ЖК с наддувом азотом :) .

[fagot]

Скореее всего, основная причина - слишком высокая температура газа наддува, необходимая для создания нужного давления. Например, на Р-36М и ее последующих модификациях температура газов наддува из газогенераторов - 450 градусов, хотя нужно обеспечить давление всего несколько атмосфер.

[avmich]

Азот растворяется в ЖК, даже если азот подавать из баллонов высокого давления. Там температура комнатная.

[fagot]

Азот растворяется в ЖК, даже если азот подавать из баллонов высокого давления. Там температура комнатная.

Да я не про азот, я на вопрос Наивного отвечал.

[Наивный]

Ну сейчас точно ногами... А можно узнать, что такое наддув? Заполнение баков чтобы сохранить давление внутри них?

[avmich]

Да, наддув - поддержание давления в баках. Вообще говоря, ТНА удобнее, когда на его вход подаётся топливо под давлением.

450 градусов - это для стальных конструкций немного... алюминиевым бакам, конечно, сложнее, но разбавить, наверное, можно...

[fagot]

450 градусов - это для стальных конструкций немного... алюминиевым бакам, конечно, сложнее, но разбавить, наверное, можно...

А при разбавлении давление упадет, для наддува 2-3 атм хватает, а для вытеснительной раз в 5 больше как минимум, значит и температуру придется поднимать.

[avmich]

Имеется в виду, в газогенераторе можно получить широкий спектр температур - методом варьирования соотношения компонентов. Это и называлось "разбавить". Давление не упадёт - просто понадобится газа больше, так как температура уменьшится.

[Ворон]

"В связи с наддувом" меня всегда интересовала вот такая вещь.

 Делаем эдакий "сильфонистый бак" - топливный компонент в сильфоне и выдавливаем его чем хочешь, хоть вообще механически.
 Это не будет выгоднее обычной возни с наддувом достаточно высокого давления с точки зрения массы бака?

[STEP]

"В связи с наддувом" меня всегда интересовала вот такая вещь.

 Делаем эдакий "сильфонистый бак" - топливный компонент в сильфоне и выдавливаем его чем хочешь, хоть вообще механически.
 Это не будет выгоднее обычной возни с наддувом достаточно высокого давления с точки зрения массы бака?

Сильфон в ЖК :shock:  Интересно, какой должен быть материальчик :roll:  А для жидкого водорода :shock:  :shock:  :shock:
Что-то Вас уважаемый Ворон на слабые конструкции тянет

[fagot]

Имеется в виду, в газогенераторе можно получить широкий спектр температур - методом варьирования соотношения компонентов. Это и называлось "разбавить". Давление не упадёт - просто понадобится газа больше, так как температура уменьшится.

Да я вроде и не предлагал газы прямо в баке разбавлять :wink:  Но снижать температуру невыгодно, так как из-за существенно большей молекулярной массы продуктов сгорания по сравнению с гелием их тогда потребуется гораздо больше, так что массовое совершенство может упасть в сравнении с гелием, особенно если его греть в теплообменнике.

[X]

Есть книга "Стратегические ракетные комплексы" (Карпенко, Уткин, Попов).
Там приведена информация о применении наддува самовоспламеняющхся компонентов их продуктами сгорания, в т.ч. и подачей одного компонента в бак другого. Не сразу к этому пришли...
Гелий для наддува высококипящих компонентов не применяется, слишком дорого и тяжело, используется для криогенных компонентов.

[X]

Что касается наддува бака с ЖК - на "семерке" и др. РН применяется газификация кислорода в теплобменнике отработанным газом ТНА.

[X]

Пардон, на "семерке" в теплообменник подается жидкий азот.

[avmich]

Имеется в виду, в газогенераторе можно получить широкий спектр температур - методом варьирования соотношения компонентов. Это и называлось "разбавить". Давление не упадёт - просто понадобится газа больше, так как температура уменьшится.

Да я вроде и не предлагал газы прямо в баке разбавлять :wink:  Но снижать температуру невыгодно, так как из-за существенно большей молекулярной массы продуктов сгорания по сравнению с гелием их тогда потребуется гораздо больше, так что массовое совершенство может упасть в сравнении с гелием, особенно если его греть в теплообменнике.

Вы посчитайте массу не гелия - а бака высокого давления для этого гелия (гелий, напомню, тяжело сжижать...). Молекулярная масса газа окажется пустяком по сравнению с головной болью о баке хранения газа наддува - объём-то топливных баков велик, да и давление при вытеснительной подаче немаленькое...

Тем не менее, у гелия и плюсы есть :) так что его вполне применяют.

[Старый]

Большая просьба - только без ног. За ссылки на ресурсы, доступные в сети - буду благодарен.

Правильно ли я понимаю, что для самовозгорающихся компонентов теоретически вытеснение можно организовать, если подавать самую малость горючего в бак окислителя и наоборот? Однако, похоже, все предпочитают вытеснять гелием. Баки температуры не выдержат? Достаточного давления не получить? Компоненты топлива станут нестабильными? Или просто невыгодно(с гелием экономнее)? Почему так не делают?

Сча запинаю ногами. И вас и многочисленных "объяснителей.
Классно один придумал а остальные не заметили.
Главная причина - чем подавать компоненты топлива в баки? ТНА то нету!  Вытеснять газом? Так тогда самим газом и дуть!
 Другая причина - вес (точнее масса) газа. Вытеснительная подача предполагает более-менее высокое давление а стало быть газ с большой молекулярной массой и плотностью будет слишком много весить что сожрёт вес ПН. Поэтому и применяют гелий.
 
 Но однако скажу вам на ракете Диаман-Б всётаки была применена вытеснительная подача с наддувом продуктами сгорания основных компонентов. Компоненты помещались в отдельных бачках, вытеснялись оттуда сжатым газом, сгорали в ГГ и газ шёл на наддув. Баки у Диаманта были стальные и потому терпели.

[fagot]

Сча запинаю ногами. И вас и многочисленных "объяснителей".

Внимательней читайте чужие посты :wink:

[Наивный]

Сча запинаю ногами. И вас и многочисленных "объяснителей.
Классно один придумал а остальные не заметили.
Главная причина - чем подавать компоненты топлива в баки? ТНА то нету!  Вытеснять газом? Так тогда самим газом и дуть!
 Другая причина - вес (точнее масса) газа. Вытеснительная подача предполагает более-менее высокое давление а стало быть газ с большой молекулярной массой и плотностью будет слишком много весить что сожрёт вес ПН. Поэтому и применяют гелий.

Вам бы только ногами пинать...
Во первых, я просто спросил - почему? Я не предлагаю ракетную промышленность заставить работать в соответствии с моими представлениями, которых, вообще-то говоря и нету.
Во вторых, а не сильно ли различаются полноценный ТНА и насос для подачи топлива в баки? Не влекут ли эти различия существенную разницу в сложности и массе вышеназванных агрегатов?
Напоминаю, я просто пытаюсь разобраться, а не проложить новый магистральный путь для космонавтики. Не Технократ я, не Технократ.

[Старый]

Вам бы только ногами пинать...

Ой, блин! Можно подумать больно пинал! А смайлика вы там чтоли не заметили?

Во первых, я просто спросил - почему?

Дык я вам вроде и объяснил почему?  

Во вторых, а не сильно ли различаются полноценный ТНА и насос для подачи топлива в баки? Не влекут ли эти различия существенную разницу в сложности и массе вышеназванных агрегатов?

Если делать какойто специальный агрегат для накачки топлива в баки или в газогенератор то это сведёт на нет всё достоинство вытеснительной схемы а именно простоту. Тогда почему бы не качать топливо сразу в двигатель?

Не Технократ я, не Технократ.

[X]

насос для подачи топлива в баки?

Насосы для подачи топлива в баки остаются, как правило, на земле.
В ракетах применяют обычно насосы для подачи топлива из баков, как ни странно.

[Ворон]

Да, кстати, Старый Опять Прав.

 При вытеснительной подаче будет иметь значение даже масса самого газа-вытеснителя.
 Пусть у нас это "условный воздух" давлением 20 атмосфер, для бака в 100 кубов "воздух сей" будет иметь массу эдак 2,4 тонны...

 Кстати, "божественный гелий" даёт результат тоже "веский" - 330 кг, учитывая массу баллона для гелия, ТНА скорее всего, будет легче.

[Старый]

Да, кстати, Старый Опять Прав.

Блин! Да что со мной такое случилось?  :roll:

[Ворон]

Да, кстати, Старый Опять Прав.

Блин! Да что со мной такое случилось?  :roll:

 Стареем, Старый и вы и я...

[Старый]

Да, кстати, Старый Опять Прав.

Блин! Да что со мной такое случилось?  :roll:

Стареем, Старый и вы и я...

Так, быстренько исправляюсь. Ставим пороховой аккумулятор давления как на Диаманте-А.

[Ворон]

У меня вот другая есть идея, в связи с вытеснительной подачей.

 Допустим есть топливная ёмкость высокого давления, в которую импульсно закачивается топливо - импульсные насосы можно сделать достаточно просто на очень высокое давление.
 А уже сама эта небольшая ёмкость и служит "вытеснительным баком".

[Ворон]

Да, кстати, Старый Опять Прав.

Блин! Да что со мной такое случилось?  :roll:

Стареем, Старый и вы и я...

Так, быстренько исправляюсь. Ставим пороховой аккумулятор давления как на Диаманте-А.

 Ничо не понял.

 Приходит в голову только поднять температуру вытеснителя, но что тогда сделается с топливом?

[fagot]

Да, кстати, Старый Опять Прав.:wink:
При вытеснительной подаче будет иметь значение даже масса самого газа-вытеснителя.

Да там еще до Старого объяснили, но Старый он конечно заметней.

[Старый]

Да там еще до Старого объяснили, но Старый он конечно заметней.

Однако о том что чемто надо нагнетать топливо (газ) в бак (в ГГ) никто не подумал. На чём я и акцентировал.

[Ворон]

Да, вот ещё одна Бредятина.

 Механическое Вытеснение Топлива.

 Герметичные гибкие баки внутри основного жесткого, которые поджимаются механически некой "крышкой".

 Только не просите объяснить детали, я этот бред только сейчас придумал.  

[carlos]

Герметичные гибкие баки внутри основного жесткого, которые поджимаются механически некой "крышкой".

А че уж тогда не Поршень Внутри Бака?
 

[carlos]

Делаем эдакий "сильфонистый бак" - топливный компонент в сильфоне и выдавливаем его чем хочешь, хоть вообще механически.

Тогда бак не несущий...

[Старый]

Да, вот ещё одна Бредятина.

БрОдятина.

[fagot]

Однако о том что чемто надо нагнетать топливо (газ) в бак (в ГГ) никто не подумал. На чём я и акцентировал.

Это да, но масса дополнительных топливных бачков и баков с гелием будет намного меньше, чем масса гелиевого бака для число гелиевой подачи. Просто большая молекулярная масса генераторного газа съедает все преимущество, если не повысить его температуру.

[Наивный]

Во первых, я просто спросил - почему?

Дык я вам вроде и объяснил почему?  

Ну да, пасиба. Что и требовалось.

[carlos]

Поскольку все дружно проголосовали за отказ от насосной подачи в пользу вытеснительной предлагаю сделать систему управления на гидравлическом принципе. Ляктричество - долой. Сэкономим на весе аккумуляторов и БКС. Источник давления - тот же газовый баллон или ЖАД.
 

[Ворон]

Да, вот ещё одна Бредятина.

БрОдятина.

 Старый, вот реализуй кто такую схему, и вы будете вещать что Так - Праааально...
 Независимо от массо-габаритных характеристик, эффективности и цены.

 Кстати бак "несущий" - "вбок", а топливо может выдавливать через подвижное соединение находящаяся сверху вторая ступень, третья и ПН.  
 Нафига им на стенки бака давить? - Пусть прям на топливо давят.

[Ворон]

Делаем эдакий "сильфонистый бак" - топливный компонент в сильфоне и выдавливаем его чем хочешь, хоть вообще механически.

Тогда бак не несущий...

 Как я сказал, несущий "вбок".

 Что касается "поршня"...

 Вообще, это неинтересно как вытеснительная подача - давление мало, но интересно как "наддув без наддува".

 "Поршнем" будет вторая ступень и т. д., она постепенно будет "сминать" гибкие баки первой, при этом внешняя силовая оболочка, которая их держала в устойчивом состоянии может сегментами отстреливаться.
 В конце процесса ракета укоротится и останутся смятые баки и последний сегмент.
 ДУ первой ступени выключается, небольшая газовая подушка в гибких баках расширяется и выталкивает вторую ступень, в процессе этого расширения гибкого бака и включается ДУ второй ступени.

   

[STEP]

Да, кстати, Старый Опять Прав.

Блин! Да что со мной такое случилось?  :roll:

Стареем, Старый и вы и я...

Так, быстренько исправляюсь. Ставим пороховой аккумулятор давления как на Диаманте-А.

 Ничо не понял.

 Приходит в голову только поднять температуру вытеснителя, но что тогда сделается с топливом?

Да ничего с топливом не случится. В бак с окислителем подают "кислый" газ, а с горючим - "сладкий", т.ч. горения не происходит.  Температура ничего не дает - теплоемкость топлива большая, все не выкипит. Да и испарение в условиях повышенного давления требует большего тепла.
Сложности две: давление должно превышать давление в камере сгорания, отсюда или двигатель плохой, или давление в баке очень большое.
Большое давление в баке, это большой вес конструкции, что уменьшает выигрыш от увеличения давления в камере сгорания двигателя.
Все это приводит к тому, что схема реализуется только на ракетах малой размерности.

[Ворон]

Да ничего с топливом не случится. В бак с окислителем подают "кислый" газ, а с горючим - "сладкий", т.ч. горения не происходит.  Температура ничего не дает - теплоемкость топлива большая, все не выкипит. Да и испарение в условиях повышенного давления требует большего тепла.
Сложности две: давление должно превышать давление в камере сгорания, отсюда или двигатель плохой, или давление в баке очень большое.
Большое давление в баке, это большой вес конструкции, что уменьшает выигрыш от увеличения давления в камере сгорания двигателя.
Все это приводит к тому, что схема реализуется только на ракетах малой размерности.

 Допустим, с топливом-то ничего, подумав мне тоже так кажется.
 Но, я имел в виду уменьшение массы самого газа-вытеснителя за счёт его нагревания.
 Допустим Мы Увеличили Температуру В Два Раза Относительно Нормальной - соответственно и давление тоже увеличилось в два раза.

 Это будет 600 К или более 300 градусов цельсия. Алюминий - "кирдык", сталь - вопрос, "кирдыкли".
 (Независимо от того, что всё и так "ужасно" - давление большое, бак тяжеленный.)

[STEP]

Вытеснительная система имеет место быть обычно на начальном этапе ракетостроения, когда ракета все равно маленькая, а с ТНА заморачиваться неохота. Вот доделают москвичи свой движок, на него вытеснительную систему самое то будет. Уж если до полетов дойдет, так им не очень важно, куда ракета улетит. Главное факт, что она взлетела. Организовать тут вытеснительную систему будет не сложно. А вот если они захотят усовершенствоваться, дабы в космос полететь, тут уже надо будет думать ...

[STEP]

Давление в баке, в любом случае, будет зависеть от давления в камере сгорания. Температура - от того, сколько терпит металл. Посему см. ДСП методичку, в которой в формулу придется поставить эти два значения и получить массу бака. Само-собой разумеется, что дальнейшее увеличение давления и температуры смысла не имеет, а снижение ... тут тоже ухудшать не за чем. Т.ч. все это табличные данные и для творчества простора очень мало.

[Ворон]

Давление в баке, в любом случае, будет зависеть от давления в камере сгорания. Температура - от того, сколько терпит металл. Посему см. ДСП методичку, в которой в формулу придется поставить эти два значения и получить массу бака. Само-собой разумеется, что дальнейшее увеличение давления и температуры смысла не имеет, а снижение ... тут тоже ухудшать не за чем. Т.ч. все это табличные данные и для творчества простора очень мало.

 Что касается температуры - современные криогенные баки, как я понимаю, делают с учётом криогенного упрочнения.
 Оно немалое - примерно полтора раза.
 Портить характеристики горячим газом наддува не имеет смысла - баки самая тяжелая часть ракеты, как правило.

 Наоборот, смысл есть от наддува вообще уходить по мере возможности, иметь его таким, чтобы обеспечивать устойчивость оболочки и не более того.
 А высокое давление загонять в маленькие объёмы ТНА, где площади стенок малы и увеличение массы тоже требуется небольшое.

 Собственно, вытеснительная система подачи - "нечто вроде паровоза", просто, хорошая моментная характеристика (у паровоза), однако КПД ерундовый.

[Павел]

Правильно ли я понимаю, что для самовозгорающихся компонентов теоретически вытеснение можно организовать, если подавать самую малость горючего в бак окислителя и наоборот? Однако, похоже, все предпочитают вытеснять гелием. Баки температуры не выдержат? Достаточного давления не получить? Компоненты топлива станут нестабильными? Или просто невыгодно(с гелием экономнее)? Почему так не делают?

Кто-то уже отметил - вполне даже делают. Такая схема реализована в Р-36М2. Правда, больше вроде бы нигде.

[fagot]

Кто-то уже отметил - вполне даже делают. Такая схема реализована в Р-36М2. Правда, больше вроде бы нигде.

Там только предварительный наддув впрыском компонентов в баки, а потом - из газогенераторов.

[Павел]

Там только предварительный наддув впрыском компонентов в баки, а потом - из газогенераторов.

В смысле? Мне всегда казалось, что наддув - вещь вспомогательная- давление баке создается для того, чтобы не возникало проблем у ТНА, который и подает компоненты в двигатель. Газогенератор - это вроде бы совсем из другой оперы.

[X]

Не надо путать газогенератор ТНА и газогенераторы (маленькие) системы наддува баков.

[fagot]

В смысле? Мне всегда казалось, что наддув - вещь вспомогательная- давление баке создается для того, чтобы не возникало проблем у ТНА, который и подает компоненты в двигатель. Газогенератор - это вроде бы совсем из другой оперы.

Guest1 в общем уже объснил, что за газогенераторы имелись ввиду, они в отличие от газогенератора ТНА к тому же относительно низкотемпературные, с бОльшим избытком одного из компонентов. Они кстати и на Протоне есть.

[Павел]

Не надо путать газогенератор ТНА и газогенераторы (маленькие) системы наддува баков.

Я как раз и не путаю. Непонятно зачем вообще нужен газогенератор если наддува осуществляется "управляемым горением"?

[fagot]

Я как раз и не путаю. Непонятно зачем вообще нужен газогенератор если наддува осуществляется "управляемым горением"?

А может оно плохо управляемое? :wink:  Неустойчивое горение, локальные перегревы, плохое смешение компонентов. А в газогенераторе процесс легче управляем и более стабилен. Химический наддув там только предварительный, пока не работает двигатель и соответственно ТНА, а потом уже ТНА подает компоненты топлива в газогенераторы. Это сделано, чтобы убрать сжатые газы с ракеты.

[Павел]

А может оно плохо управляемое? Неустойчивое горение, локальные перегревы, плохое смешение компонентов.

Так тогда не надо и огород городить. (В скобках омечу, что "локальные перегревы" и "плохое смешение", даже если присутствуют, вряд ли что-то сильно меняют - задача-то создать избыточное давление.) Подробного описания Р-36М2, как вы понимаете, нет, но из того, что было опубликовано, скорее следует, что "управляемое горение" - единственный механизм наддува баков.

[fagot]

Так тогда не надо и огород городить. (В скобках омечу, что "локальные перегревы" и "плохое смешение", даже если присутствуют, вряд ли что-то сильно меняют - задача-то создать избыточное давление.)

Ну если стенку бака перегреть, будет местная потеря устойчивости.

Подробного описания Р-36М2, как вы понимаете, нет, но из того, что было опубликовано, скорее следует, что "управляемое горение" - единственный механизм наддува баков.

В описании Р-36М прямо указано, что двигатель первой ступени РД-263
с газогенераторами наддува, а предварительный наддув - впрыском окислителя в бак горючего и наоборот.  На Р-36УТТХ те же двигатели, а на Р-36М2 их форсированный вариант. Логично предположить, что на всех вариантах для наддува используются газогенераторы. То же и на МР УР-100.

[Павел]

В описании Р-36М прямо указано, что двигатель первой ступени РД-263 с газогенераторами наддува, а предварительный наддув - впрыском окислителя в бак горючего и наоборот.  На Р-36УТТХ те же двигатели, а на Р-36М2 их форсированный вариант. Логично предположить, что на всех вариантах для наддува используются газогенераторы. То же и на МР УР-100.

Сейчас не найду той цитаты насчет Р-36М2, но насколько я помню, там говорилось о том, что схема наддува с помощью управляемого горения применена впервые. Утверждать категорично, впрочем, не возьмусь. Но, как я понимаю, доработка ракеты была довольно серьезной (в сравнении с Р-36М и Р-36МУТТХ).

[Павел]

Память меня все же подвела  Вот нашел книжку (Е. Б. Волков и др., МБР СССР(РФ) и США, РВСН, 1996). На стр. 216 говорится следующее:

В ракете РС-20 практически реализован целый ряд оригинальных идей и новых технических решений: так называемый химический наддув баков (путем впрыска окислителя в бак горючего и горючего - в бак окислителя), торможение отделяемой ступени за счет истечения газов наддува и др.

То есть вроде бы это реализовано на всех Р-36М. (В скобках отмечу, что отсюда вроде бы следует, что на МР УР-100 "химического наддува" нет.)