Виброакустические нагрузки в ТФЯРД

[Fulcrum]

Вопрос следующий.
Какие виброакустические нагрузки будут в ТФЯРД?
Если допустим сделать двигатель на 1000 тонн тяги.
Чем больше скорость выхлопа тем они выше?
И еще, что происходит с водородом после выхлопа?
Он ведь по идее должен сгорать в кислороде атмосферы. Или нет?
Влияет ли это на уровень нагрузок?

[Shestoper]

Акустические нагрузки будут низкими. Они пропорциональны 4 степени числа Маха в истекающей струе. В ТФЯРД скорость истечения большая, но скорость звука в водороде тоже огромная. В результате число М будет меньше, чем у ЖРД.

[Гусев_А]

Водород в атмосфере сгорит обязательно, но не сразу за соплом, а по мере смешивания с кислородом. На стартовом комплексе он вообще устроит обширный феерверк, если не принять мер по принудительному надуву воздуха, и более удаленного увода газоотводящих каналов, которые не только подвергнутся страшной аккустической, но и тепловой нагрузке.

А при полете в атмосфере эффект горения водорода использовать вряд ли удастся. Скорость истечения водорода очень велика, и добиться моментального эффективного смешивания будет сложно, при разумной длине сопла или поверхностей его заменяющих.

Я так думаю.

[Peter]

Вопрос следующий.
Какие виброакустические нагрузки будут в ТФЯРД?
Если допустим сделать двигатель на 1000 тонн тяги.
Чем больше скорость выхлопа тем они выше?
И еще, что происходит с водородом после выхлопа?
Он ведь по идее должен сгорать в кислороде атмосферы. Или нет?
Влияет ли это на уровень нагрузок?

Если мы делаем двигатель, допустим, на 1000 тс со скоростью потока водорода 10 км/с (и это уже несколько проблематично), то секундный расход водорода составляет 100 кг/с. Хорошо, если он равномерно сгорает (где-то). Тогда, надо думать, акустические нагрузки будут сравнимы с ЖРД той же тяги. А вот совсем нехорошо , если он будет взрываться... В зависимости от того, как именно он это будет делать, получаем от сотни килограмм до единиц тонн тротилового эквивалента в секунду....

[Андрей Суворов]

а с чего б ему взрываться?
И, вообще, с чего вы взяли, что с этого будут проблемы?
У всех ЖРД избыток горючего, водородники - не исключение!
SSME взрывался?
РД-0120 взрывался?
RS-68 взрывался?
Сколько там избытка водорода в струе RS-68? Считая - очень грубо - тяга 300 тонн, удельная тяга у земли 390 секунд, избыток водорода по сравнению со стехиометрией 25% - 24 кг водорода вылетает из одного RS-68 в секунду несгоревшим, а из трёх - 72 кг.

И?

[Peter]

Ситуацию "в полете" я не рассматриваю - там действительно водород должен частью догорать, частью рассеиваться. Поскольку тема посвящена акустическим нагрузкам, я рассматриваю ситуацию стартового коплекса в первые секунды пуска.

И вот здесь (в плане опасности взрыва этого самого водорода) существенны два момента.
1. Объемная концентрация водорода - очевидно, при работе ТФЯРД она будет более высокой. Возможно, достаточно высокой, чтобы попасть в область значений детонации газовой смеси.
2. Возможное наличие в конструкции старта "ловушек" для водорода.

Поэтому я и говорю об опасности взрыва (но, отнюдь, не о его неизбежности - просто разрешение этих вопросов может потребовать дополнительных конструкторских решений).

[Андрей Суворов]

Водород из движка летит с такой температурой, что он мгновенно прореагирует с кислородом, как только его увидит издалека ну не может он накопиться при температуре три тыщи кельвинов...

[Peter]

Температура, если уж она достаточно высока для поджига газовой смеси, здесь не при чем.
Я говорю о случае, когда кислорода не хватает для сгорания водорода. Тогда водород или накапливается, или рассеивается, или переходит в область, где происходит горение. Т.е., я считаю, что "в принципе", он накопиться может. А насколько это реально - нужно посмотреть на конструкцию старта.

[Андрей Суворов]

Температура, если уж она достаточно высока для поджига газовой смеси, здесь не при чем.
Я говорю о случае, когда кислорода не хватает для сгорания водорода. Тогда водород или накапливается

Почему не накапливается водород у кислород-водородных движков первых ступеней? Вулкан, РД-0120, SSME, RS-68... У них же тоже в выхлопе есть несгоревший водород!

, или рассеивается, или переходит в область, где происходит горение. Т.е., я считаю, что "в принципе", он накопиться может.

Открою вам секрет - на стенде "Байкал" дожигатели водорода были. Но ни разу концентрация водорода не достигла значений, при которых он мог бы организовать взрывоопасную смесь, так что, те, кто их строили, перестраховались.

А насколько это реально - нужно посмотреть на конструкцию старта.

Это нереально ни при какой конструкции старта, выдерживающей реактивную струю с такими параметрами в принципе. Водород движется со сверхзвуковой скоростью и имеет температуру в три тыщи градусов - чтобы смешаться с воздухом и организовать с ним взрывоопасную смесь он должен остановиться и охладиться, а потом снова нагреться до температуры начала реакции.

Кроме того, водород много легче воздуха и всегда будет стремиться вверх.

[Peter]

Это нереально ни при какой конструкции старта, выдерживающей реактивную струю с такими параметрами в принципе. Водород движется со сверхзвуковой скоростью и имеет температуру в три тыщи градусов - чтобы смешаться с воздухом и организовать с ним взрывоопасную смесь он должен остановиться и охладиться, а потом снова нагреться до температуры начала реакции.

Кроме того, водород много легче воздуха и всегда будет стремиться вверх.

На зенитовском морском старте я себе такое представляю Например.

Вообще, мне кажется, дискуссия исчерпала себя, и я согласен признать Вашу позицию более здравой.