Алгоритмы запуска двигателей разных циклов

[Буцетам]

Кстати, раз уж тема про алгоритмы запуска. Вот есть такая штука как пусковая турбина. И нафиг она не нужна, кроме как для запуска. А почему так, нет ли тут изъяна?
Мы берём и тратим массу, удлиняем вал ТНА, возможно даже усложняем подшипники и уплотнения...и всё ради какого-то там "фррр" длиной в пару секунд?
Я считаю что величайшим ЖРД может быть назван лишь тот, в котором пусковая турбина используется оптимальным образом, выполняя несколько функций. Ну или её там нет вовсе.

[Prokrust]

Кстати, раз уж тема про алгоритмы запуска. Вот есть такая штука как пусковая турбина. И нафиг она не нужна, кроме как для запуска. А почему так, нет ли тут изъяна?

А так ли нужна пусковая турбина, когда можно открыть клапан и начать крутить главную турбину сжатым азотом?

[simple]

Я считаю что величайшим ЖРД может быть назван лишь тот, в котором пусковая турбина используется оптимальным образом, выполняя несколько функций. Ну или её там нет вовсе.

бустерные насосы еще

[Буцетам]

бустерные насосы еще

Раз речь зашла, в какой-то статье было расписано как происходит запуск 11Д58. Там начинается с бустерного насоса, но статью я не помню

[Prokrust]

Так, вопрос возник. По запуску движка газ-газ.
Как при запуске газифицировать керосин, когда движок еще не нагрет?
Просто сначала в камеру сгорания керосин подается как жидкость?
А потом по мере работы движка при его охлаждении переходит в газ?
Или там кипятильник керосина есть для старта?
Кто знает?

[Старый]

газифицировать керосин

Чиво? 

[Буцетам]

Так, вопрос возник. По запуску движка газ-газ.
Как при запуске газифицировать керосин, когда движок еще не нагрет?

Проблемы газификации керосина нет, потому что нет двигателей "газ-газ" на керосине. А если очень хочется, то можно кипятить. В примусах прямо через огонь проходит трубка, в трубке керосин кипит и в виде пара поступает на форсунку. Нагар в этой трубке почти не образуется, по двум причинам:
- низкое давление, равновесие сдвинуто в сторону газа, а не твёрдых продуктов
- низкая температура кипения <200°С потому что низкое давление

Газифицировать керосин в газификаторе ЖРД можно, но кокса будет больше, т.к. температура газификации вырастет до критической температуры керосина (300-400 градусов вроде)

[Prokrust]

Проблемы газификации керосина нет, потому что нет двигателей "газ-газ" на керосине. А если очень хочется, то можно кипятить. В примусах прямо через огонь проходит трубка, в трубке керосин кипит и в виде пара поступает на форсунку. Нагар в этой трубке почти не образуется, по двум причинам:
- низкое давление, равновесие сдвинуто в сторону газа, а не твёрдых продуктов
- низкая температура кипения <200°С потому что низкое давление

Газифицировать керосин в газификаторе ЖРД можно, но кокса будет больше, т.к. температура газификации вырастет до критической температуры керосина (300-400 градусов вроде)

Ясно. Хорошо, возьмем тогда движок РД-0169, он же газ-газ.
И метан и кислород перед подачей в камеру сгорания должны газифицироваться. При холодном старте тоже.
Примус это хорошо но эффективным не выглядит.
В голову приходит только пара микро-камер сгорания с подачей малой части на нее жидких еще метана и кислорода - чтобы продукты сгорания смешивались с основным потоком соответственно жидким еще метаном или кислородом  раздельно и подогревали их до газа. Разумеется после разогрева движка подачу топлива в микро-камеры отключать.

[Буцетам]

Ясно. Хорошо, возьмем тогда движок РД-0169, он же газ-газ.
И метан и кислород перед подачей в камеру сгорания должны газифицироваться

Нет, газифицируется только кислород. Цикл РД-0162Д2 газ-газ дальше не пошёл, КБХА это филиал Энергомаша и делает что прикажут. А Энергомаш приказал делать БХГ, только на метане

[Prokrust]

Ясно. Хорошо, возьмем тогда движок РД-0169, он же газ-газ.
И метан и кислород перед подачей в камеру сгорания должны газифицироваться

Нет, газифицируется только кислород. Цикл РД-0162Д2 газ-газ дальше не пошёл, КБХА это филиал Энергомаша и делает что прикажут. А Энергомаш приказал делать БХГ, только на метане

Ну хорошо, как газифицируется кислород?

[Буцетам]

Ну хорошо, как газифицируется кислород?

Также как в РД-170 и во всех других ДОГах: в газогенераторе. Насчёт "всех других" забавный момент, Безос в интервью сказал что BE-4 нештатно раскручивался после подачи кислорода, потому что кислород испарялся от тепла деталей. Пришлось им вводить стопорение или торможение, не помню

[Prokrust]

Ну хорошо, как газифицируется кислород?

Также как в РД-170 и во всех других ДОГах: в газогенераторе. Насчёт "всех других" забавный момент, Безос в интервью сказал что BE-4 нештатно раскручивался после подачи кислорода, потому что кислород испарялся от тепла деталей. Пришлось им вводить стопорение или торможение, не помню

Да, спасибо, действительно просто. Посмотрел еще на схему Раптор. Таки там нарисовано, чо я сразу не понял.
Теперь вернемся к РД-107. Как сделать простым перезапуск.
Часть перекись  можно разложить и горячий газ направить в камеру сгорания во время старта - для поджигания керосина.
Керосин сложновато поджечь, нужны присадки. Но можно и нужно его заменить на более легко поджигаемое топливо.
Список большой - для максимального УИ - этилен, для того чтобы не мыть камеру сгорания - метан, для того чтобы просто заливать не криогенную жидкость - этиловый спирт (кстати, вот что просто самозагорается)
Таким образом переделав движок напрочь, оставив 1 сопло, можно получить свой открытый движок, не хуже Мерлин.
Даже лучше - будет работать намного дольше, с перекисью то на турбине.
PS.
Я поторопился, керосин тоже имеет не большую температуру самовоспламенения.

[Буцетам]

Теперь вернемся к РД-107. Как сделать простым перезапуск.
Часть перекись  можно разложить и горячий газ направить в камеру сгорания во время старта - для поджигания керосина.
Керосин сложновато поджечь, нужны присадки. Но можно и нужно его заменить на более легко поджигаемое топливо.
Список большой - для максимального УИ - этилен, для того чтобы не мыть камеру сгорания - метан, для того чтобы просто заливать не криогенную жидкость - этиловый спирт (кстати, вот что просто самозагорается)
Таким образом переделав движок напрочь, оставив 1 сопло, можно получить свой открытый движок, не хуже Мерлин.
Даже лучше - будет работать намного дольше, с перекисью то на турбине.

Да, отношусь к идее положительно. РД-107 двигатель перспективный, большой простор для модернизаций. В ТНА у него одноступенчатые насосы, а на одной ступени можно иметь и 60атм в камере, и 90атм, потенциал насоса не исчерпан.
Перекись можно полезно дожигать в нижней части сопла (например со степени расширения 5 и ниже. Часть завесного охлаждения можно убрать, если перейти на охлаждённый пропан при 90К. Завесы и пропан дадут не меньше 10 секунд УИ. Повышение давления до 90атм, это ещё +10 секунд УИ (в вакууме), и повышение тяги до 150 тонн. Отличный выйдет двигатель!
Очень важный момент, РД-107 делает Кузнецов, а не жадный до денег Энергомаш. С Кузнецовым можно надеяться на более гибкую динамичную разработку. Тем более они делают новый двигатель НК-3В для Дмитрия В

[Prokrust]

Предлагаю движок основанный на идее РД-107 - с убиранием проблемной перекиси.
Итак, тоже 3-х топливный движок, Кислород+Метан+закись азота. Закрытый сладкий ТНА.
Метан охлаждает движок, как в Мерлин.
Турбину крутит метан, в который в газогенераторе для разогрева впрыскивается разложенная закись азота. После чего метан идет в камеру сгорания.
Кроме того при старте закись азота также идет в камеру сгорания (тоже разлагаем).
Что получаем - зажигание осуществляем с помощью закиси, при разложении она достаточно горячая чтобы зажечь метан.
При старте закись подается и в газогенератор и в камеру сгорания - для зажигания.
После успешного зажигания выходим на полную мощность движка, все закись подаем в газогенератор.
Для уменьшения тяги движка просто часть закиси подаем в камеру сгорания - так мы сможем очень сильно уменьшать тягу движка.
PS.
По сравнению с движком только метане+кислород, будет легкое повторное зажигание и глубокое дросселирование тяги. Более простой и дешевый движок.
Минус в том что потребуется дополнительный небольшой бак с закисью и маломощный насос.

[Prokrust]

Предлагаю движок основанный на идее РД-107 - с убиранием проблемной перекиси.
Итак, тоже 3-х топливный движок, Кислород+Метан+закись азота. Закрытый сладкий ТНА.

Второй вариант этого же движка - меняем метан на аммиак+диметиловый эфир. Основной компонент - аммиак, эфир добавляем для легкого зажигания от закиси. Все остальное также.
УИ конечно падает, становится как у керосина.
Зато за турбину даже Клепиков не придерется.
И главное - аммиак позволяет резко поднять давление в камере в сгорания, так как его в топливе банально вдвое больше чем метана. 300 бар совсем не предел! То что Маск с таким трудом выжимает, используя 2 ТНА и  запредельно горячий кислород, здесь делается одним сладким ТНА. Идеальный движок для 1 ступени супертяжа.

[Вернер П.]

РД-107 двигатель перспективный

[Prokrust]

Из статьи про системы зажигание движков. Оставлю здесь, для справки. https://teletype.in/@starship_news/LongRead_30
1. Пиротехнический воспламенитель (одноразовый запуск)
Применяется на РД-107 и прочих. В камеру сгорания снаружи вставляются пирошашки на деревянных держателях. При старте шашки поджигаются, от пламени перегорает датчик, система это видит и подает топливо, которое поджигается пламенем шашки. Дешево, надежно, но одноразово.
2. Гипергольное топливо
Топливо самовоспламеняется при смешивании. У нас используется пара гептил и амил (тетраокид ахота).
Проще и надежней некуда, но гептил ядовит (давно пора поменять на менее ядовитый гидразин).
3. Химическое зажигание
Широко используется смесь триэтилалюминия и триэтилборана (TEA-TEB). Эта смесь самовоспламеняется с кислородом, даже жидким. Впрыскивается в камеру сгорания при старте. Используется в движках Мерлин, РД-180 и прочих.
Нужен резервуар (TEA-TEB) и клапан для подачи в камеру сгорания. Жидкость ядовита. Количество запусков ограничено.
4. Электрические запальные устройства - форкамерные (факельные) запальники
Представляет собой небольшую отдельную камеру сгорания (просто говоря – миниатюрный подсвечник внутри двигателя). В эту предкамеру подаются небольшие порции топлива и окислителя, где они воспламеняются электрической искрой или раскаленным элементом. Горение в запальнике поддерживается как факел – непрерывно или в течение всего запуска. Пламя из этой маленькой камеры выходит через отверстия в основную камеру сгорания и поджигает основной поток топлива. Используется на RS-25, ВЕ-4 и прочих. Почти стандарт для новых движков. Требуются источники энергии и сложные компоненты (свечи, провода, генераторы высоковольтного разряда), которые должны работать при экстремальных температурах и давлениях. Запальные свечи нужно защищать от агрессивного пламени в камере, иногда они могут разрушаться или давать сбой.
5. Раптор
В обоих газогенераторах используется  факельное зажигание.
Однако в основной камере Raptor нет привычного запального устройства. Судя по сведениям от SpaceX, основных свечей в камере нет вовсе, а воспламенение основного потока происходит автоматически при смешении двух потоков раскаленных газов из камер газогенератора.
6. Перекись водорода - (нет в статье)
Есть движки на керосине и перекиси, в которых керосин поджигается горячими продуктами разложения перекиси. Это к примеру Draper от Ursa Major.
Также для этого можно использовать закись азота.

[Prokrust]

РД-107 двигатель перспективный

Именно, перспективный. Для средней ракеты по схеме Фалкон. В наших реалях это 1-ступень размером 80 на 11 футов.
Разумеется нужно переделать на 1 камеру сгорания с диаметром сопла ~1 метр, тягой 50-60 тонн. И реализовать поджигание керосина с помощью перекиси для многоразового запуска. Так у движка турбина отдельно на перекиси, можно поменять топливо на более легко поджигаемое. Например - диметиловый эфир, этиловый спирт (УИ меньше на 4 чем у керосина), бутиловый спирт.
Или даже на этилен, с его очень высоким УИ. (думаю для камеры сгорания что этилен что керосин - мыть одинаково).
И получить дешевую многоразовую ракету с выводом 6 тонн на НОО. Ну и сделать тройник, для тяжелых спутников.

[Дмитрий В.]

РД-107 двигатель перспективный

Именно, перспективный. Для средней ракеты по схеме Фалкон. В наших реалях это 1-ступень размером 80 на 11 футов.
Разумеется нужно переделать на 1 камеру сгорания с диаметром сопла ~1 метр, тягой 50-60 тонн. И реализовать поджигание керосина с помощью перекиси для многоразового запуска. Так у движка турбина отдельно на перекиси, можно поменять топливо на более легко поджигаемое. Например - диметиловый эфир, этиловый спирт (УИ меньше на 4 чем у керосина), бутиловый спирт.
Или даже на этилен, с его очень высоким УИ. (думаю для камеры сгорания что этилен что керосин - мыть одинаково).
И получить дешевую многоразовую ракету с выводом 6 тонн на НОО. Ну и сделать тройник, для тяжелых спутников.

Такой двигатель уже был, но на нём поймали вч-колебания, отчего и четвертовали. И габариты у него ....

[Prokrust]

РД-107 двигатель перспективный

Именно, перспективный. Для средней ракеты по схеме Фалкон. В наших реалях это 1-ступень размером 80 на 11 футов.
Разумеется нужно переделать на 1 камеру сгорания с диаметром сопла ~1 метр, тягой 50-60 тонн. И реализовать поджигание керосина с помощью перекиси для многоразового запуска. Так у движка турбина отдельно на перекиси, можно поменять топливо на более легко поджигаемое. Например - диметиловый эфир, этиловый спирт (УИ меньше на 4 чем у керосина), бутиловый спирт.
Или даже на этилен, с его очень высоким УИ. (думаю для камеры сгорания что этилен что керосин - мыть одинаково).
И получить дешевую многоразовую ракету с выводом 6 тонн на НОО. Ну и сделать тройник, для тяжелых спутников.

Такой двигатель уже был, но на нём поймали вч-колебания, отчего и четвертовали. И габариты у него ....

Глушко уже нет, с вч-колебаниями давно разобрались.
В габарит надо влезать (в данном случае - 1 метр). Можно повысить давление до 100 бар.