Трибуна гениальных идей или бредовых фантазий

[Bell]

Ладно, черт с ним, с наддувом, сейчас гелий рулит в любом случае.

Расклад получается такой.
Расход перекиси в РД-107/108 8,8 кг/с, температура 833К/560 гр.С, давление на входе в турбину 5,34 МПа. На турбину должно приходит ровно такая масса газа с такой температурой (в первом приближении). На центральном блоке А РН "Союз" запас перекиси 2,5 тонны.

Теплотворная способность нафтила 43 000 кДж/кг, полная энтальпия водяного пара при Т=560 гр.С  - 3620 кДж/кг, это посчитано на каком-то онлайн-калькуляторе, вроде адекватном.

Энтальпию нафтила суммируем из таблицы теплоемкости в справочнике "Энергоемкие горючие для авиационных и ракетных двигателей", она при Т=500 гр.С ровно в 3 раза меньше, чем у пара - 1200 кДж/кг. (тут косяк - в табличке указано только до 500)

Сгорание основных компонентов считаем по стехиометрическом соотношении 3,5 для нафтила С_12,8Н_24,5
При грубом допущении, что вся энергия сгорания основных компонентов уходит на нагрев балластного вещества, получается так:
ГГ трехкомпонентный - 45 кг нафтила, 157 кг кислорода, 2,3 т воды
ГГ на основных компонентах - 2,45 т нафтила, 55 кг кислорода

Тут не учитывается остаточная теплота продуктов при конечной температуре генераторного газа, но учитывая сравнительно малое количество "греющих компонентов" этим можно пренебречь. Ну или добавить там 5-10%.
Дальше надо считать работу газа, которая будет несколько отличаться в лучшую сторону у "водяного" варианта, ибо молекулярная масса должна быть поменьше. Но там вроде разница небольшая...

Что в плюсах у воды?
1. Исключение перекиси, как проблемного вещества. Но при этом конструкция двигателя кроме собственно ГГ (т.е. насос третьего компонента, турбина и пр.), а так же бак перекиси остаются прежние. В бак заливается такой же объем воды. 
2. Температуру на турбине можно поднимать где-то до 800 гр.С. На перекиси это было фактически невозможно, поскольку для такой температуры необходима высококонцентрированная перекись 90-95%, которая уже может бахнуть. Каждые 55-60 градусов поднимаю КПД турбины на 1% (видимо, процентный пункт), то есть если у 107/108 КПД 0,56, то можно в получить 0,6+, на 10% выше.
3. Рабочее тело неагрессивное, в отличие от горячего парогаза - смеси кислорода и пара. При этом оно однороднее по составу, меньшей молекулярной массы и без твердой фазы, в отличие от ГГ на основных компонентах.
4. Вода, даже обессоленная, практически бесплатная по сравнению с перекисью и нафтилом. Изначально у японцев вообще добавлялась забортная морская вода и все работало )))


Так вот, если вдруг кто-то захочет делать легкую ракету на базе материальной части РН "Союз" и у него будет общий бюджет на ОКР, то почему бы не рассмотреть такую вот дополнительную инновацию - стройбат без лоп... РД-108 без перекиси? 

[Bell]

Но почему бы не пойти иным путем - газогенератор питать компонентами в стехиометрическом соотношении, а температуру на турбине снижать добавлением не избытка горючего, а ВОДОЙ?

Викинги от Арианы шлют тебе пламенный привет. 

В умных книжках типа учебника МАИ "Газогенераторы жидкостных ракетных двигателей" пишут, что это все придумал Черчилль Глушко в 1936 году на РД-2М (и для торпед тоже)   

[Bell]

странно, пропало сообщение из ветки...

Ладно, черт с ним, с наддувом, сейчас гелий рулит в любом случае.

Расклад получается такой.
Расход перекиси в РД-107/108 8,8 кг/с, температура 833К/560 гр.С, давление на входе в турбину 5,34 МПа. На турбину должно приходит ровно такая масса газа с такой температурой (в первом приближении). На центральном блоке А РН "Союз" запас перекиси 2,5 тонны.

Теплотворная способность нафтила 43 000 кДж/кг, полная энтальпия водяного пара при Т=560 гр.С  - 3620 кДж/кг, это посчитано на каком-то онлайн-калькуляторе, вроде адекватном.

Энтальпию нафтила суммируем из таблицы теплоемкости в справочнике "Энергоемкие горючие для авиационных и ракетных двигателей", она при Т=500 гр.С ровно в 3 раза меньше, чем у пара - 1200 кДж/кг. (тут косяк - в табличке указано только до 500)

Сгорание основных компонентов считаем по стехиометрическом соотношении 3,5 для нафтила С12,8Н24,5
При грубом допущении, что вся энергия сгорания основных компонентов уходит на нагрев балластного вещества, получается так:
ГГ трехкомпонентный - 43 кг нафтила, 152 кг кислорода, 2,31 т воды
ГГ на основных компонентах - 2,45 т нафтила, 53 кг кислорода

Тут не учитывается остаточная теплота продуктов при конечной температуре генераторного газа, но учитывая сравнительно малое количество "греющих компонентов" этим можно пренебречь. Ну или добавить там 5-10%.
Дальше надо считать работу газа, которая будет несколько отличаться в лучшую сторону у "водяного" варианта, ибо молекулярная масса должна быть поменьше. Но там вроде разница небольшая...

Что в плюсах у воды?
1. Исключение перекиси, как проблемного вещества. Но при этом конструкция двигателя кроме собственно ГГ (т.е. насос третьего компонента, турбина и пр.), а так же бак перекиси остаются прежние. В бак заливается такой же объем воды.
2. Температуру на турбине можно поднимать где-то до 800 гр.С. На перекиси это было фактически невозможно, поскольку для такой температуры необходима высококонцентрированная перекись 90-95%, которая уже может бахнуть. Каждые 55-60 градусов поднимаю КПД турбины на 1% (видимо, процентный пункт), то есть если у 107/108 КПД 0,56, то можно в получить 0,6+, на 10% выше.
3. Рабочее тело неагрессивное, в отличие от горячего парогаза - смеси кислорода и пара. При этом оно однороднее по составу, меньшей молекулярной массы и без твердой фазы, в отличие от ГГ на основных компонентах.
4. Вода, даже обессоленная, практически бесплатная по сравнению с перекисью и нафтилом. Изначально у японцев вообще добавлялась забортная морская вода и все работало )))


Так вот, если вдруг кто-то захочет делать легкую ракету на базе материальной части РН "Союз" и у него будет общий бюджет на ОКР, то почему бы не рассмотреть такую вот дополнительную инновацию - стройбат без лоп... РД-108 без перекиси?

[Трилобит]

1. Исключение перекиси, как проблемного вещества.

А когда с перекисью в последний раз были проблемы у ракет семейства Союз?
Вроде ничего страшного в ней нет, если аккуратно не нарушая ТБЗ работать, а если косячить, то и ЖК бахнуть может, и керосин.

[Штуцер]

Вроде ничего страшного в ней нет, если аккуратно не нарушая ТБЗ работать, а если косячить, то и ЖК бахнуть может, и керосин.

Перекись - повышенная опасность.
Кроме того, почти обязательный пожар в месте падения ступеней.
А вот керосин не взрывоопасен.))

[Bell]

А когда с перекисью в последний раз были проблемы у ракет семейства Союз?

Ну например, до 2022 года чуть ли не 30 лет высококонцентрированную перекись возили из Германии, потому что своей не было. Это если глобально.
А если локально, то см. Лин Индастриал (например https://habr.com/ru/articles/414355/).

Вроде ничего страшного в ней нет, если аккуратно не нарушая ТБЗ работать

Концентрация 82% - неспроста. Выше уже становится опасно, но это ограничивает температуру на турбине. Немножко стыдно в XXI веке летать на 560 градусах, когда еще в 40-х на Nine было 800.

[Дем]

А когда с перекисью в последний раз были проблемы у ракет семейства Союз?

Так одно дело работать с готовым отлаженным изделием - тут действительно достаточно соблюдать правила.
И совсем другое - пытаться сделать новый ТНА.  Из материалов которые эта перекись может окислить в определённых режимах. Тут опыт нужен - а где такого человека найти?
Кстати, большинство металлов и водород из воды вытеснять могут, тут тоже неоднозначно.

При грубом допущении, что вся энергия сгорания основных компонентов уходит на нагрев балластного вещества, получается так:
ГГ трехкомпонентный - 45 кг нафтила, 157 кг кислорода, 2,3 т воды
ГГ на основных компонентах - 2,45 т нафтила, 55 кг кислорода

Именно что - по сути без разницы. Так что нет особого смысла.

Так вот, если вдруг кто-то захочет делать легкую ракету на базе материальной части РН "Союз" и у него будет общий бюджет на ОКР, то почему бы не рассмотреть такую вот дополнительную инновацию - стройбат без лоп... РД-108 без перекиси?

Ну тогда и нафтил нафиг. Не хочется метан - есть более тяжёлые газы, жидкие при обычной температуре - тот же пропан.

[Bell]

Дальше надо считать работу газа, которая будет несколько отличаться в лучшую сторону у "водяного" варианта, ибо молекулярная масса должна быть поменьше. Но там вроде разница небольшая

На самом деле не совсем так...
Работа газа пропорциональна RTгг. В вышеупомянутом учебнике МАИ "Газогенераторы жидкостных ракетных двигателей" https://djvu.online/file/gxI2PxSI7kKch есть таблицы параметров газа для перекисного ГГ и восстановительного на керосине и кислороде.
ВПВ 82% Т=801, R=388 Дж/(кг·К)
ВГГ кер Т=812,5, R=231,5 Дж/(кг·К)
уже видно, что произведение RT у керосинового ГГ будет в 1,65 раз меньше, то есть настолько же больше должен быть расход рабочего тела (да, да, там еще k надо учитывать), порядка 14,5 кг/с.

Для водяного трехкомпонентного ГГ табличных данный R нет, придется считать самим.

ГГ трехкомпонентный - 43 кг нафтила, 152 кг кислорода, 2,31 т воды

Добавим 10% основных компонентов (с учетом остывания продуктов сгорания с 3750К до 830К) - 49 кг нафтила и 167 кг кислорода.
При соотношении компонентов 3,4 продукты идеального сгорания будут 155,2 кг СО2 и 60,8 кг Н2О. Плюс еще 2,31 т балластной воды. Итого 97,6% пара и 2,4% углекислого газа.
Удельные газовые постоянные берем отсюда https://studfile.net/preview/15036889/page:49/
Средняя R получается R(н2о)461,5*0,976+R(со2)188,9*0,024 = 454,9 Дж/(кг·К)

Ого! На 15% больше, чем у продуктов разложения перекиси!
То есть расход компонентов на ту же работу газа будет 7,5 кг/с, вместо 8,8 кг/с перекиси.

Кругом одни плюсы 

[Трилобит]

Вроде ничего страшного в ней нет, если аккуратно не нарушая ТБЗ работать, а если косячить, то и ЖК бахнуть может, и керосин.

Перекись - повышенная опасность.
Кроме того, почти обязательный пожар в месте падения ступеней.
А вот керосин не взрывоопасен.))

Насколько она повышенная, эта опасность? Почему тогда никто про эту опасность особо не вспоминает при эксплуатации Союз-2, а ведь на ней люди летают и на старте очень много персонала работает.

Насчет пожара в месте падения - это из-за остатков перекиси? Технически нельзя реализовать их ликвидацию в полете после завершения работы ступени?

Керосин менее взрывоопасен чем многие другие вещества, но все равно взрывоопасен. И ракеты, и реактивные самолеты, и просто емкости с керосином таки периодически взрываются.

[Трилобит]

Ну например, до 2022 года чуть ли не 30 лет высококонцентрированную перекись возили из Германии, потому что своей не было. Это если глобально.

Ну если до 2022 года была возможность закупать, какая же это проблема. Если после 2022 года продолжают ракеты с перекисью летать - значит и с прекращением поставок из Германии проблему решили.

А если локально, то см. Лин Индастриал (например https://habr.com/ru/articles/414355/).

Буквально в самой статье в самом почти ее начале пишут что "торопились показать инвесторам факел - пропустили кучу этапов отработки стенда и прототипа двигателя, бахнуло", причем тут перекись? Разгильдяйство и безалаберность, как говорится "надолго ли дураку стеклянный прибор".

Концентрация 82% - неспроста. Выше уже становится опасно, но это ограничивает температуру на турбине. Немножко стыдно в XXI веке летать на 560 градусах, когда еще в 40-х на Nine было 800.

Не вижу ничего стыдного в безопасной и надежной работе, если для этого какие компромиссы нужны - это нормально. Просто на цифры какой вообще смысл смотреть.
Что кстати за Nine? Мне без контекста ни о чем не говорит. Из двигателей с созвучным названием только Nene вспоминается, но это турбореактивный авиадвигатель.

[Трилобит]

Так одно дело работать с готовым отлаженным изделием - тут действительно достаточно соблюдать правила.

Так тут же и предлагают из готового отлаженного изделия убрать перекись, потому что "опасно" видите ли. Поэтому я и спрашивал про происшествия ракет Союз по вине перекиси, но что-то пока никто не привел примеров.

И совсем другое - пытаться сделать новый ТНА.  Из материалов которые эта перекись может окислить в определённых режимах. Тут опыт нужен - а где такого человека найти?

Чтобы найти "человека" для ведения новых проектов нужно поддерживать массив кадров в масштабе индустрии и страны, стимулировать обучение и приток извне новых специалистов в большом объеме и обеспечивать непрерывность передачи опыта. Но это вопрос социальный, экономический, политический и организационный, что имхо не в теме форума, особенно в настоящее время.

[Штуцер]

Насколько она повышенная, эта опасность?

Настолько, что во всех структурах, работающих с ВПВ свой список покойников.
В частности, когда я был на практике в Энергомаше, там двое подышали парами. Не говоря о Курске и ракетчиках.

[Штуцер]

Насчет пожара в месте падения - это из-за остатков перекиси?

Да.

Технически нельзя реализовать их ликвидацию в полете после завершения работы ступени?

Полностью - нет. Могли бы - организовали.

Керосин менее взрывоопасен чем многие другие вещества, но все равно взрывоопасен. И ракеты, и реактивные самолеты, и просто емкости с керосином таки периодически взрываются.

Взрыв - это образование детонационной волны.В керосине-сомнительно.

[Bell]

Что кстати за Nine? Мне без контекста ни о чем не говорит. Из двигателей с созвучным названием только Nene вспоминается, но это турбореактивный авиадвигатель.

Да, ролс-ройсовский Нин, конечно. Давеча читал про сплавы нимоник - запомнилось, что уже там лопатки были из них и продолжительно работали а авиадвигателях при температурах около 800 градусов.

По поводу перекиси в целом - это явный анахронизм. Сохранять на действующей ракете можно, тащить на новые нельзя.

[Трилобит]

Настолько, что во всех структурах, работающих с ВПВ свой список покойников.

Во всех организациях есть список покойников. Даже на тех у кого из жидкостей только вода или молочные продукты.

Полностью - нет. Могли бы - организовали.

Довольно категоричное заявление. Мне кажется скорее не посчитали важным организовать. Объемы пожаров при падении ступеней Союзов явно недостаточно серьезная проблема для того чтобы усложнять ракету и потенциально добавлять массу.

Ну вот например если после отработки вскрывать баки перекиси пирозарядом - решит проблему? Конечно обломков будет больше, но зато без пожара.
Или продувать баки азотом, лишняя масса, но опять таки без пожара.

Взрыв - это образование детонационной волны.В керосине-сомнительно.

А в воздушно-керосиновой смеси?  Все-таки не сферических коней в вакууме заправляем, и атмосфера кругом, и окислитель рядышком. При нагреве выше 37 по Цельсию еще и пары образуются, насколько я помню.
При падении Н-1 во втором полете бахнуло знатно и без перекиси. Самолеты и без окислителя при авариях взрываются.

[Трилобит]

Да, ролс-ройсовский Нин, конечно. Давеча читал про сплавы нимоник - запомнилось, что уже там лопатки были из них и продолжительно работали а авиадвигателях при температурах около 800 градусов.

Ну так а причем тут турбореактивные двигатели и их температура на турбине? Если нужна горячая турбина, просто керосин и жечь, без всякой там воды или перекиси.

По поводу перекиси в целом - это явный анахронизм. Сохранять на действующей ракете можно, тащить на новые нельзя.

Сама по себе перекись это просто материал, анахронизм это конкретное техническое решение с ее применением.
Тащить решения с Союза на новые ракеты вообще сомнительная идея. Но если с нуля разрабатывать что-то с применением перекиси - не вижу особых проблем.

[blik]

То есть расход компонентов на ту же работу газа будет 7,5 кг/с, вместо 8,8 кг/с перекиси.

Потрясающий результат -1.3 кг/с. При общем расходе двигателя 325 кг/с.
И это с учетом затрат на разработку фактически нового двигателя со всеми тестами. Когда считаете окупится ваше изобретение?

[Bell]

Ну так а причем тут турбореактивные двигатели и их температура на турбине? Если нужна горячая турбина, просто керосин и жечь, без всякой там воды или перекиси.

Блин, я тут распинаюсь, считаю, показываю, что керосина уйдет вдвое больше, а мне - просто керосин и жечь... )))

Потрясающий результат -1.3 кг/с. При общем расходе двигателя 325 кг/с.

Курочка по зернышку )))

И это с учетом затрат на разработку фактически нового двигателя со всеми тестами. Когда считаете окупится ваше изобретение?

Разработка только нового ГГ, когда полно всяческих аналогов? Очень быстро.
Помните, сколько было бурления по поводу ацетама? А там уж степень новизны куда больше была бы...

[Штуцер]

Во всех организациях есть список покойников.

Я понял. Бесполезно объяснять.

[Штуцер]

Довольно категоричное заявление.

Ну так организуйте. Выйдите в Роскосмос с предложениями. А то их экологи постоянно с этим донимают. Ъ