Алгоритмы запуска двигателей разных циклов

[blik]

В погран слое на лопатках турбины температура будет 0.8 и более от полной, ближе к 0.9

Наклоняем лобовое ребро лопатки турбины под 45 градусов к потоку и опа, температура в погранслое в 2 раза меньше. Я же написал, что с потоком можно играть.

[blik]

С температурой не поиграешь, расплавится и все.

Поиграться с местом/зоной отбора?
рис:
Вы не можете просматривать это вложение.

Вот это похоже и есть решение. Они тоже забор делают у заднего торца. Скорее всего достаточно охлаждения в теплообменнике и все в порядке, можно пускать на турбину.

[blik]

Интересен такой момент: у испарительной схемы тоже существует подобная положительная обратная связь (может только более слабая).

Она много-много медленнее, причем интегрируется по всей поверхности камеры. А у тап-офф очень быстрая. Кстати в патенте описано, что они делают забор для турбины из нескольких мест, видимо, чтобы уменьшить зависимость от локальных колебаний.

[ExDi]

Уточню, чтобы газ охлаждался без совершения работы, его нужно дросселировать

дада, сов. справедливо, я подразумеваю приближение идеального газа, в реальном за счет наличия межмолекулярных взаимодействий между молекулами газа существуют силы притяжения, и при снижении давления совершается работа против этих сил. но при 3000K и 300 атм плотность газа примерно такая же, как при 300 К (комнатная температура) и 30 атм, я б навскидку на неидеальность и полсотни градусов не положил

[ExDi]

Вот это похоже и есть решение. Они тоже забор делают у заднего торца.

хмм, но это означает что либо в точке отбора сгорание неполное (и все будет догорать уже после отбора), либо отбор из зоны с очч существенным отклонением от стехиометрии с тем же результатом что гг открытой схемы

[blik]

Вот это похоже и есть решение. Они тоже забор делают у заднего торца.

хмм, но это означает что либо в точке отбора сгорание неполное (и все будет догорать уже после отбора), либо отбор из зоны с очч существенным отклонением от стехиометрии с тем же результатом что гг открытой схемы

Да они в явном виде говорят об обогащении кислородом.
С другой стороны, если гнаться за полным дожиганием, можно больше отбирать тепла в теплообменнике перед турбиной. Но этот путь, очень вероятно, значительно затрудняет запуск. В общем, прелести этой схемы мне непонятны. Был бы благодрен, кто объяснит.

[Буцетам]

С другой стороны, если гнаться за полным дожиганием, можно больше отбирать тепла в теплообменнике перед турбиной. Но этот путь, очень вероятно, значительно затрудняет запуск. В общем, прелести этой схемы мне непонятны. Был бы благодрен, кто объяснит.

За каким ещё полным дожиганием? Тап-офф это всегда открытый цикл, он не может дожигаться потому что давление перед турбиной меньше давления в камере.
Теплообменники нерабочая тема. Для 10-тонного двигателя нужен теплообменник на 10 МВт. И с перепадом давления между потоками в несколько атмосфер, а то и в пару десятков атмосфер. Из тонких пластин такой не сделаешь, масса будет велика

[blik]

С другой стороны, если гнаться за полным дожиганием, можно больше отбирать тепла в теплообменнике перед турбиной. Но этот путь, очень вероятно, значительно затрудняет запуск. В общем, прелести этой схемы мне непонятны. Был бы благодрен, кто объяснит.

1. За каким ещё полным дожиганием? Тап-офф это всегда открытый цикл, он не может дожигаться потому что давление перед турбиной меньше давления в камере.
2. Теплообменники нерабочая тема. Для 10-тонного двигателя нужен теплообменник на 10 МВт. И с перепадом давления между потоками в несколько атмосфер, а то и в пару десятков атмосфер. Из тонких пластин такой не сделаешь, масса будет велика

1. В данной схеме открытость и дожигание не синонимы. Дожигание, в том смысле, что все топливо сожжено в стехиометрии или в близости от максимального УИ. Точнее полное сгорание. Продукты горения после турбины конечно вернуться в камеру не могут. Поэтому он всегда открытый.
2. Имелся ввиду теплообменник для газов отобираемых из камеры на турбину, а не для всего двигателя.
ПС Впрочем, согласен для РД - 107 потребовался теплообменник бы порядка 7Мвт. Так что фигня

[AlexNB]

В погран слое на лопатках турбины температура будет 0.8 и более от полной, ближе к 0.9

Наклоняем лобовое ребро лопатки турбины под 45 градусов к потоку и опа, температура в погранслое в 2 раза меньше. Я же написал, что с потоком можно играть.

Это так не работает . Не зависимо от угла установки, температура в погранслое и на адиабатной стенке будет определяться числом Прандля.  Вот коэфициент теплоотдачи в стенку и соответственно мощность теплового потока будет зависеть от угла установки лопатки.

[blik]

В погран слое на лопатках турбины температура будет 0.8 и более от полной, ближе к 0.9

Наклоняем лобовое ребро лопатки турбины под 45 градусов к потоку и опа, температура в погранслое в 2 раза меньше. Я же написал, что с потоком можно играть.

Это так не работает .
1. Не зависимо от угла установки, температура в погранслое и на адиабатной стенке будет определяться числом Прандля. 
2. Вот коэфициент теплоотдачи в стенку и соответственно мощность теплового потока будет зависеть от угла установки лопатки.

1. На сверхзвуке температура не будет зависить от угла? Точно?
2. Но хоть что-то

[Буцетам]

Имелся ввиду теплообменник для газов отобираемых из камеры на турбину, а не для всего двигателя.

Это я понял. Вот для того чтобы охладить 4-5% общего расхода топлива с 3500 до 1000 градусов надо примерно 1МВт мощности теплообменника на 1т тяги двигателя. Много, тяжело

В данной схеме открытость и дожигание не синонимы. Дожигание, в том смысле, что все топливо сожжено в стехиометрии или в близости от максимального УИ. Точнее полное сгорание. Продукты горения после турбины конечно вернуться в камеру не могут.

Если мы говорим о снижении УИ, то не особо важен состав газа на выходе из турбины открытого цикла, важна скорость. Поэтому нет особой разницы, отбираете вы "дожёгшийся" газ на турбину, или "недожёгшийся" нестехиометрический. Вы же его из турбины выбрасываете с низкой скоростью и с низкой температурой. Так что открытый цикл это всегда плохо.
Если в Мерлине сделать горячий стехиометрический ГГ, а после него поставить теплообменник, и охлаждать газ, чтоб турбина не расплавилась, УИ у такого Мерлина особо не вырастет

[AlexNB]

В погран слое на лопатках турбины температура будет 0.8 и более от полной, ближе к 0.9

Наклоняем лобовое ребро лопатки турбины под 45 градусов к потоку и опа, температура в погранслое в 2 раза меньше. Я же написал, что с потоком можно играть.

Это так не работает .
1. Не зависимо от угла установки, температура в погранслое и на адиабатной стенке будет определяться числом Прандля. 
2. Вот коэфициент теплоотдачи в стенку и соответственно мощность теплового потока будет зависеть от угла установки лопатки.

1. На сверхзвуке температура не будет зависить от угла? Точно?
2. Но хоть что-то

Скорость потока в погранслое вблизи стенки близка к нулю, значит вся кинетическая энергия этой струйки потока пойдет на нагрев и температура будет близка к полной. Но если она будет большой по величине - тысячи градусов, то начнутся потери на излучение и температура будет меньше полной, но это уже когда температура стенки больше 1000 град.
По углам установки, если углы будут больше критических (в зависимости от числа М, это до десятков градусов), то на лопатке сядет прямой скачок и будут страшные потери давления.

[blik]

Имелся ввиду теплообменник для газов отобираемых из камеры на турбину, а не для всего двигателя.

1. Это я понял. Вот для того чтобы охладить 4-5% общего расхода топлива с 3500 до 1000 градусов надо примерно 1МВт мощности теплообменника на 1т тяги двигателя. Много, тяжело

В данной схеме открытость и дожигание не синонимы. Дожигание, в том смысле, что все топливо сожжено в стехиометрии или в близости от максимального УИ. Точнее полное сгорание. Продукты горения после турбины конечно вернуться в камеру не могут.

2. Если мы говорим о снижении УИ, то не особо важен состав газа на выходе из турбины открытого цикла, важна скорость. Поэтому нет особой разницы, отбираете вы "дожёгшийся" газ на турбину, или "недожёгшийся" нестехиометрический. Вы же его из турбины выбрасываете с низкой скоростью и с низкой температурой. Так что открытый цикл это всегда плохо.
Если в Мерлине сделать горячий стехиометрический ГГ, а после него поставить теплообменник, и охлаждать газ, чтоб турбина не расплавилась, УИ у такого Мерлина особо не вырастет

1. Полностью согласен, очень тяжелый, потребуется дополнительный теплообменник примерно в 2 раза большей массы чем ВСЯ рубашка охлаждения двигателя открытого расширительного цикла.

2. Вот тут не соглашусь. Стехиометрический ГГ с теплосъемом до турбины с возвратом отработанных газов в закритическую часть сопла даст УИ равный замкнутой схеме при прочих равных камеры и сопла

[Буцетам]

Стехиометрический ГГ с теплосъемом до турбины с возвратом отработанных газов в закритическую часть сопла даст УИ равный замкнутой схеме при прочих равных камеры и сопла

Боюсь что нет! Давать равный УИ он будет, если вдуваемые в закритическую часть газы тоже будут "закритическими". Сверхзвуковыми то есть. И не с числом Маха 1,1 а такими же сверхзвуковыми как и основной поток. А этого никогда не будет! Вдуваемым газам не хватит ни температуры, ни степени расширения, чтобы разогнаться до такой скорости. Энергии не хватит, потому что мы её отнимаем. Аж 2 раза: до турбины (теплообменник) и на турбине

[Вернер П.]

Было? Было. Игнорируете сложность уплотнительного узла? Игнорируете. Ну и смысл теперь упираться "я не я, корова не моя"?

Опять раговариваете сами с собой

Опять 25
Уплотнительный узел "окислитель-горючее" добавляет к конструкции много тонких сложных деталей с малыми допусками. А уплотнение "горючее-горючее" сильно проще. Нет сложного узла - нет сложных деталей. Вам есть что возразить?

Кто Вам сказал что уплотнение "горючее-окислитель" сделать как два пальца обасфальт? Сами  придумали чтобы соскочить? ))
Именно из-за  сложности, их стараются избегать. Вот только не с помощью зубчатых передач, увы.
Как вообще зубчатая передача сама по себе, без уплотнений, может обеспечить  раздел сред?
(хотя и тут бывают исключения - волновая передача, но это не про ТНА уж точно)

[Вернер П.]

либо отбор из зоны с очч существенным отклонением от стехиометрии с тем же результатом что гг открытой схемы

Выигрыш в отсутствии ГГ. Но сложность и неустойчивость процессов очевидно перевешивают этот плюс, иначе "все бы так делали" )

[blik]

Стехиометрический ГГ с теплосъемом до турбины с возвратом отработанных газов в закритическую часть сопла даст УИ равный замкнутой схеме при прочих равных камеры и сопла

Боюсь что нет! Давать равный УИ он будет, если вдуваемые в закритическую часть газы тоже будут "закритическими". Сверхзвуковыми то есть. И не с числом Маха 1,1 а такими же сверхзвуковыми как и основной поток. А этого никогда не будет! Вдуваемым газам не хватит ни температуры, ни степени расширения, чтобы разогнаться до такой скорости. Энергии не хватит, потому что мы её отнимаем. Аж 2 раза: до турбины (теплообменник) и на турбине

Вдуваемые в закритику отработанные после ТНА газы будут разогнаны основным потоком из камеры до средней скорости истечения, так как основной поток на два порядка большей массы. Это рапределит общую энергию сгорания равномерно по массе рабочего тела, что повысит УИ, по сравнению с ситуацией когда отработанные после ТНА газы сбрасываются наружу. В мерлине и других двигателях реализовано.

[Буцетам]

Вдуваемые в закритику отработанные после ТНА газы будут разогнаны основным потоком из камеры до средней скорости истечения, так как основной поток на два порядка большей массы.

Какие ещё 2 порядка? На турбину расход 4-5% от общего, а не 1%. У вас ошибка в пять раз

Это рапределит общую энергию сгорания равномерно по массе рабочего тела

Ну распределит, а толку? Вдув медленный, основной поток об него тормозится. А должен ускоряться, это же сопло Лаваля. Вы этим вдувом только портите работу сопла, степень эффективности сопла падает. 

повысит УИ, по сравнению с ситуацией когда отработанные после ТНА газы сбрасываются наружу. В мерлине и других двигателях реализовано.

Насколько именно такой вдув повышает УИ, это ещё фон Браун пояснил. На пару секунд. А отставание УИ Мерлина от БХГ - секунд 15 (при равной степени расширения в вакууме). Вот и всё, идея не работает

[Буцетам]

Кто Вам сказал что уплотнение "горючее-окислитель" сделать как два пальца обасфальт? Сами  придумали чтобы соскочить? ))

Так это ж вы и говорите
Запутались? Почитайте свои посты.

[blik]

Это рапределит общую энергию сгорания равномерно по массе рабочего тела

Ну распределит, а толку? Вдув медленный, основной поток об него тормозится. А должен ускоряться, это же сопло Лаваля. Вы этим вдувом только портите работу сопла, степень эффективности сопла падает.

Да поток тормозится, но разгоняет ранее не разогнанную массу отработанных газов тна. Как сказал Браун.

Есть принцип

Термодинамическая функция состояния — это физическая величина, которая зависит только от состояния системы и не зависит от пути перехода между состояниями.

В обоих схемах удельная энергия сгорания одинакова, молекулярная масса одинакова (все сгорело), разгон с одинаковым КПД. Значит и УИ будет одинаков.