Какие носители нам нужны

[hcube]

По моему, это реинкарнация Технократа. И у оной сезонное обострение ;-).

Касательно идеи 'форсирования' движка за счет переработки части компонент в ПН. Допустим, отдельный бак тут не нужен - можно просто воду сливать в бак кислорода - она легче, будет на поверхности плавать в форме льда.
Но вопрос вот какой. Относительная ПН второй ступени даже у Энергии составляет порядка 1/6 - 100 тонн ПН на 600 тонн топлива. Т.е. теоретический выигрыш в УИ может быть порядка 1/12 - т.е. не 470 секунд, а 510 где-то. Это в плюс. А в минус пойдет вес ЭХГ и установки дополнительного подогрева газа в КС. Не получится ли так, что выигрыш от увеличения УИ будет с прибытком сьеден ростом массы от ЭХГ, которые, как ни крути, даже и близко не могут похвастаться весовой отдачей ЖРД?
Даже если взять 3 ступень Вулкана с относительной ПН порядка 1/2 - это даст рост УИ всего-навсего на 45%. То есть грубо говоря на довывод 100 тонн будет потрачено не 100 тонн ПН, а 55 тонн, и ПН вырастет на те самые 45%. То есть для верхней ступени мы имеем эти 45 тонн - при условии что наша ПН - топливо. Вопрос - влезет ли в эти 45 тонн 'форсировалка' для 200-тонного двигателя? Сам РД-0120, напоминаю, весит порядка 5 тонн. Лично мне приходит в голову только один способ форсирования - предварительный подогрев компонентов. Чтобы в КС шли не ЖК+ЖВ, а примерно 1000С водород и кислород. В чем-то типа огнеструйного котла, который 'кушает' те самые лишние 45% топлива, а выхлоп которого в теплоообменнике конденсируется в воду. Можно посчитать примерно, какая нужна мощность для такого подогрева и вес котла для такой мощности. ТЕОРЕТИЧЕСКИ это может дать до 30-40% выигрыша в УИ.

[mihalchuk]

hcube, не обижайтесь, но то, что вы написали, очень далеко от реальности. Над этим двигателем (ЭоРД) было распрямлено довольно много извилин и найдено почти единственное решение. Лучше сначала ознакомьтесь с нашей многостраничкой:

www.enextec.ru > Средство доставки.

[STEP]

По моему, это реинкарнация Технократа. И у оной сезонное обострение ;-).

 Допустим, отдельный бак тут не нужен - можно просто воду сливать в бак кислорода - она легче, будет на поверхности плавать в форме льда.

Ой не нада воду в ЖК лить. Лед, он же расширяется, бак порветь, однозначна :shock:

И про реинкарнацию, это здря. Я теперь всю ночь ворочаться буду

[STEP]

Ответ достойный Эзопа!
Это Эзоп подсоветовал Ксампфу, когда тот неосторожно пообещал выпить море, сказать, что он (Ксампф) берется выпить море, но не собирается пить воды впадающих туда рек и дождей. Отделите море от всего, что туда впадает, и я его выпью.

Итак, не беретесь спроектировать ...    
Тему считаю исчерпанной, остальные могут гулять по кругу    :?  

 Уверен, что вы никогда, ничего не проектировали. Проектировать
на полку - это тоже мало радости. Вы бы лучше конкретнее
сформулировали ТЗ на то что хотите получить.
А то слова "дешевая, надежная" выучили. Дешевая, надежная по
отношению к чему?
параметров - то много! :evil:

Если Вам от этого легче, то можете считать, что я ничего никогда ... хотя мои знакомые могут с этим и не согласиться. Впрочем, быть уверенным, это Ваше конституционное право, а я уважаю конституцию.

Проектировать на полку мало радости - в этом я с Вами совершенно солидарен. Правда вообще не проектировать, думаю, это еще хуже.

Что я хочу получить? Я хочу поставить лошадь и телегу на места соответствующие. Этап формулирования идеи перелива давно прошел. Первым эту идею сформулировал и обсчитал еще Циолковский. Далее прорабатывал ее Келдыш по просьбе Королева, далее ... любая фирма, вступавшая в ракетный клуб. Но, вот странно, как дело доходило до реальных испытаний, идея как то забывалась.
Вот Фалькон. Думаю и они мимо перелива не прошли. Но вот сейчас, когда они намучаются с выяснением причин, где у них что не с той стороны потекло и загорелось, ...

Я не против перелива. Я за любое решение, которое улучшает характеристики РКС. Но у меня есть мнение, что осуществлять перелив не так просто. А иметь мнение, это мое конституционное право. А конституцию, как я уже говорил, я уважаю.

За что я ратую. Я ратую за то, что сейчас надо сначала заняться непосредственно ситемой перелива. Это не значит, что я призываю садиться за "кульман" и выдавать в работу чертежи, разработанные за неизвестно откуда взявшиеся деньги.

Вы спрашиваете ТЗ. Я говорю, что надо прикинуть узлы системы перелива, которые можно было бы применять как общее решение для различных видов РН, использующих этот перелив. Это в том смысле, что в любом типе ракет есть минимальный набор элементов, которые надежно обеспечивают их эксплуотацию. Для каждого типа набор свой. При изменении характеристик ракеты внутри типа этот набор обычно сохраняется, меняются только размеры, мощность и т.д. элементов набора.
Ракета с переливом тоже должна будет иметь такой набор. Вот его и надо определить в первую очередь.

Пока же идет разговор о выборе схемы ракеты. Про систему же перелива есть два ИМХО:
1. Сделать систему легко, она будет давать большое преимущество.
2. Сделать систему трудно, и она все преимущества съест.

Какое ИМХО правильное, не имея представлений о системе, остается на уровне веры...

Теперь о ТЗ. Нужно ли доходить до такого состояния, что бы требовать себе все, согласно представленному списку. Сам список таков, что показывает нереальность этой затеи. Пока надо определиться с общей схемой. Здесь характеристики ракеты не так важны. Я не думаю, что принципиально схема будет очень сильно отличаться для ракет стартовой массой в 300 и 600 т.
По части дешевая, это значит, что система не должна делать стоимость конструкции ракеты с переливом гораздо больше, чем без перелива.
Аналогично и с надежностью. Может это и слишком расплывчато, но я не рекламный агент, утверждающий, что мое средство увеличивает размер ресниц на 25%.

Теперь конкретнее. Пока поступило два технических решения:
1. Переливать непосредственно в трубопроводы ЦБ.
2. Переливать из баков ББ непосредственно в баки ЦБ, и желательно самотеком.

Определились некоторые проблемы. В первом случае это возможные неприятности за счет перепадов давления при отделении боковых блоков. Во втором случае не совсем понятно, как обеспечить самотек (потечет из наиболее наддутого бака в менее наддутый. Здесь может оказаться, что одна боковушка будет питать не только ЦБ, но и другие боковые блоки). В обоих случаях без клапанов, быстроразъемных герметичных соединений, систем управления процессами и пр. не обойдешься.
Когда я говорю, что надо разработать систему перелива, я хотел бы получить несколько возможных схем с перечислением необходимых для ее работы элементов и порядком их срабатывания. В процессе обсуждения я хотел бы оптимизировать схемы, оставив в них только необходимые элементы. Только после этого можно будет сравнить схемы, выбрать наилучшую, и уже ее сравнить с существующими системами без перелива. Наиболее хороший вариант, это если бы в результате такого мозгового штурма удалось прикинуть КРАСИВОЕ решение.
Без такого анализа я, как человек все же немного связанный с конструированием (это я так скромненько о себе), за создание реальной действующей конструкции не взялся бы.

Вот теперь снова вопрос ко всем: берется ли кто ни будь, ну не разработать, а предложить реальные схемы системы перелива. Думаю, что и предложения будут, и обсудить их хватит сил. А уж там будь, что будет. Если до чего до проектируемся, то можно будет и конкретную конструкцию РН обсудить

[hcube]

Повторяю - единственно РЕАЛЬНЫЙ способ получить бОльший УИ - это нагреть топливо после прохода ТНА. Тогда в КС оно попадет дважды нагретым - после прохождения через рубашку КС и после прохождения через нагреватель. В рубашке КС это уже будет газ. То есть нам нужен нагреватель газ-газ. Причем на мощность равную мощности двигателя. Есть мнение (с) что вес такого агрегата (на входе ЖК + ЖВ, на выходе - вода комнатной температуры + пар с температурой порядка 5К К) будет раза примерно в три больше простого двигателя аналогичной тяги - МИНИМУМ. То есть если РД-0120 весит 3.5 тонны, то эта зверюга потянет уже на 10 тонн.
Конечно, есть приложения, в которых вес двигателя не столь важен - РБ например. Но при выведении вес имеет значение (с).

Степ... ну... я думаю, что в принципе проблема хранения воды решаемая. Хотя конечно ее обьем будет сравним с обьемом ЖК. В крайнем случае, можно нарастить обьем бака ЖК - это 'дешевле' чем делать обтекатель для ПН и отдельный бак для водички.

Касательно описания - ПРИМЕРНО так оно ДОЛЖНО работать. Но по моему, не учтен тот факт, что трубки теплообменника должны иметь переменное сечени - при нагреве водород будет расширяться, а нагревающий его пар - наоборот сжиматься. Потом, у меня есть некое сомнение в эффективности теплообмена газ-газ. Далее, будет паразитный тепловой поток через материал самих трубок... в общем, IMHO конструкция СИЛЬНО недооценена в весе.

[mihalchuk]

hcube! Не фантазируйте, ещё раз говорю - изучайте классику!

[hcube]

Так я изучил. Про прочность там например ни слова не сказано ;-).

В целом идея правильная - но есть технические проблемы. Главная, IMHO - рост температуры в КС и далее ;-)

[hcube]

Когда я говорю, что надо разработать систему перелива, я хотел бы получить несколько возможных схем с перечислением необходимых для ее работы элементов и порядком их срабатывания. В процессе обсуждения я хотел бы оптимизировать схемы, оставив в них только необходимые элементы. Только после этого можно будет сравнить схемы, выбрать наилучшую, и уже ее сравнить с существующими системами без перелива. Наиболее хороший вариант, это если бы в результате такого мозгового штурма удалось прикинуть КРАСИВОЕ решение.

Я так понимаю, что идея базируется на двух моментах -

1) собственно перелив
2) уменьшение сухого веса баков за счет питания двух двигателей от двух баков.

Сам перелив - достаточно тривиальная штука - есть труба, есть в ней пара управляемых клапанов с переменным сечением, при переключении происходит плавный переход от одного потока на другой. Проблема как раз в этой самой плавной коммутации ;-). Ну, и еще усложняется структура трубопроводов, возникают разьемные соединения...  
Я бы проектировал собственно просто блоки первой ступени как 'параблоки', расчитанные на отделение одним кусочком. Тогда кстати на них можно не РД-191, а РД-180 ставить, и число разьемных соединений падает вдвое ;-) - по сути, остается их 6 штук - от каждого параблока на двигатель ЦБ.
Поскольку расход ОТНОСИТЕЛЬНО невелик, то я думаю самый простой способ - это инжекторные насосы, с отбором топлива и окислителя для привода инжектора из магистрали после ТНА. Грубо говоря, после ТНА есть 200 атмосфер, нам надо 10, инжектор дает допустим 10х усиление потока - то есть нам надо отобрать 0.1 на 0.15 = 1.5% от общего потока топлива.

[mihalchuk]

hcube:

Так я изучил. Про прочность там например ни слова не сказано

Плохо изучали. Посмотрите "Параметры теплообменника" - подробнее. Там и теплообмен и прочность. Запас четырёхкратный. И поймите главное - теплообменник не может быть тяжёлым - он просто не будет теплообменничать. Я вот чего боюсь - такую машину очень трудно сделать плохо - и кто за неё возьмётся? А рост температуры в КС компенсируется соотношением компонентов. Да и не так он велик - предполагается достичь соотношения - 1 кг конденсата на 5 кг продуктов сгорания.

[Дем]

Повторяю - единственно РЕАЛЬНЫЙ способ получить бОльший УИ - это нагреть топливо после прохода ТНА. Тогда в КС оно попадет дважды нагретым - после прохождения через рубашку КС и после прохождения через нагреватель.

И ещё - надо откуда-то взять энергию для нагрева. Т.е. потратить на нагрев часть топлива... Что там с суммарным УИ всей системы станет?
Кстати, есть ещё один метод перекачки энергии - через МГД-генератор/МГД-ускоритель...

можно просто воду сливать в бак кислорода - она легче, будет на поверхности плавать в форме льда.

При тех вибрациях - вполне можем поиметь взвесь льда в кислороде...

[mihalchuk]

Перенесено из Пилотируемые полёты > Лунная экспедиция от общ-ва "Энергообменные технологии"

Filas:

Получение воды на борту РН приведет к снижению массы ПН на величину равную массе воды плюс теплообменник и прочая. Формулу Циолковского помним? Пусть начальная масса ракеты и ее конечная скорость неизменны. УИ ДУ ничем не будет отличаться от обычных схем типа газ жидкость. Что мы имеем? Равность конечных масс ракеты. Только в одном случае в эту массу входит ишо и вода с теплообменником и водопроводом.

Я так понял идея состоит в том чтобы не мучиться с хранением криогеники на орбите, тем самым увеличивая время пребывания и снижая массу баков. Тогда проще просто вывести туда многотонный бак с водой, и по мере надобности получать из него фотолизом или электролизом кислород с водородом. Причем делать это на орбитальной станции, дабы не таскать с собой туда-сюда оборудование. Кстати, это есть у вас на сайте. Воду действительно доставить дешевле, чем компоненты топлива (высокая плотность и температура кипения).

А получение воды на борту РН - непозволительная роскошь.

[mihalchuk]

Filas:

Получение воды на борту РН приведет к снижению массы ПН на величину равную массе воды плюс теплообменник и прочая. Формулу Циолковского помним? Пусть начальная масса ракеты и ее конечная скорость неизменны. УИ ДУ ничем не будет отличаться от обычных схем типа газ жидкость. Что мы имеем? Равность конечных масс ракеты. Только в одном случае в эту массу входит ишо и вода с теплообменником и водопроводом.

Идея состоит в том, что на борту не будет другой ПН, кроме воды. Если взять водородный ЖРД и каким-то образом выделять из продуктов сгорания воду, то расходуемая энергия сохранится, а расход отбрасываемой массы уменьшится. Так как отводимая вода остаётся в ДУ, то УИ ДУ увеличится. Прирост массы ПГ составит 20-25%, а, возможно, и больше. Такая цифра получилась с учётом массы теплообменника, особенности траектории, оптимизации соотношения компонентов. Если этим приростом пожертвовать, то можно и бочку с водой.

[mihalchuk]

hcube:

Касательно идеи 'форсирования' движка за счет переработки части компонент в ПН. Допустим, отдельный бак тут не нужен - можно просто воду сливать в бак кислорода - она легче, будет на поверхности плавать в форме льда.

Последствия очевидны: вода замёрзнет и превратится в лёд, а вскипевший кислород разорвёт бак.

[hcube]

Ну, он же переохлажденный. А воды относительно мало - 1/5 по весу от кислорода. Так что надо считать - может и не вскипит. Опять же можно сделать два бака кислорода, на 100 и 300 тонн, сначала выработать первый, а потом туда заливать воду.
Или действительно - трехкомпонентник либо микс керосиновых и водородных двигателей на одной ступени.

Вообще, 25% конечно неплохо... но не настолько хорошо, чтобы сразу бросаться разрабатывать такую систему ;-). В коце концов, нам же надо еще орбитальный электролизер на орбиту вытащить, и систему заправки придумать. А с ТФЯРД вобще химическая энергия не нужна, т.е. выгоднее чистый водород на орбиту таскать.

[mihalchuk]

Переохлаждённость - это мелочи. Зато лёд перегретый. Треть кислорода точно выкипит, нет, не успеет - всё разнесёт. Остальное здраво, но что вы знаете о ТФЯРД? Он должен быть большим, чтобы радиационная защита весила относительно мало. И возиться с ним нужно: выключите, а он продолжает греться. Американцы планировали под это дело 10%-й остаток водорода в баке. А если он перегреется и выкипит?

[Filas]

Сейчас я скажу одну интересную штуку.
УИ зависит от температуры в степени 0,5. Т.е. повысив температуру в 1,5 раза мы поднимем УИ на 22 %. Очень неплохо.
Температура в КС у водородников где то 3500, если не ошибаюсь. Значит ее нужно сделать 5250.
1) как будет выполняться охлаждение камеры?
2) каково отношение скоростей реакций образования и разложения воды при такой температуре (коэффициент равновесия)? Если вторая скорость больше, то такая температура в КС недостижима описанным вами способом. Я не помню, при какой температуре (в зависимости от давления) наступает равенство этих скоростей. Может кто знает? Это и будет максимально достижимая температура для этой реакции. Также можно посчитать максимально достижимый УИ. Учитывали ли Вы влияние диссоциации? Ионизации?

Пример. Допустим в КС было 3500К. Вы подогрели водород и кислород на 1000К. Думаете в камере будет 4500К? Увы, значительно меньше.

[Filas]

Кстати, если вам удастся подогреть водород до 1000К, то кислород в КС подавать уже не надо. Только водород. Уи будет под 4,5 км/с.
Попробуйте оценить характеристики такой схемы. Сжигается кислород с водородом. Вода в баки. Водород подогревается и выбрасывается через сопло в атмосферу.
Учеличение температуры водорода в N раз даст повышение УИ в SQRT(N) раз.

[Андрей Суворов]

Кстати, если вам удастся подогреть водород до 1000К, то кислород в КС подавать уже не надо. Только водород. Уи будет под 4,5 км/с.
Попробуйте оценить характеристики такой схемы. Сжигается кислород с водородом. Вода в баки. Водород подогревается и выбрасывается через сопло в атмосферу.
Учеличение температуры водорода в N раз даст повышение УИ в SQRT(N) раз.

Эта схема была реализована в Химках во время отладки неядерной части РД-0410. Такой двигатель назывался 11Б91Х. Температура водорода в теплообменниках соответствовала проектной и составляла 2200-2700 К. Вот только водяной пар на выходе теплообменников имел температуру всё ещё выше критической, т.к. не ставилась задача конденсации воды. Но, в принципе, доработать двигатель так, чтоб воду можно было потом собирать, вполне реально. И, понятно, задача оптимизации веса не ставилась.

[mihalchuk]

Filas:

Сейчас я скажу одну интересную штуку.
УИ зависит от температуры в степени 0,5. Т.е. повысив температуру в 1,5 раза мы поднимем УИ на 22 %. Очень неплохо.
Температура в КС у водородников где то 3500, если не ошибаюсь. Значит ее нужно сделать 5250.
1) как будет выполняться охлаждение камеры?
2) каково отношение скоростей реакций образования и разложения воды при такой температуре (коэффициент равновесия)? Если вторая скорость больше, то такая температура в КС недостижима описанным вами способом. Я не помню, при какой температуре (в зависимости от давления) наступает равенство этих скоростей. Может кто знает? Это и будет максимально достижимая температура для этой реакции. Также можно посчитать максимально достижимый УИ. Учитывали ли Вы влияние диссоциации? Ионизации?

Ионизации в водороднике нет, диссоциация - заметна. Из-за неё оптимальное соотношение компонентов не стехиометрическое =8, а меньшее - 6. КВРД работает с избытком водорода. Если подогревать компоненты, то их оптимальное соотношение будет смещаться в сторону избытка водорода. На нашей многостраничке (сайтом это не называю из скромности) приведены сравнительные расчёты 3-х вариантов МКТ. В них двигатель в энергообменном режиме имеет соотношение компонентов в камере сгорания 4,5 при отношении скорости производства конденсата к расходу через КС 1/4,544 (там это указано). Температура в КС близка, даже несколько ниже, чем в КС водородника.

Кстати, если вам удастся подогреть водород до 1000К, то кислород в КС подавать уже не надо. Только водород. Уи будет под 4,5 км/с.

Во-первых, нам нужно не 4,5 км/с, а поболее. Если мы всё-таки перегреем водород и получим, например, около 5, как и в случае с кислородом, то у нас уменьшится расходуемая масса и, соответственно, логарифмируемое соотношение в формуле Циолковского. Из-за этого недоберём прибавку скорости. Случай, когда оптимальное соотношение компонентов = 0 на практике в ЭоРД недостижим.

[mihalchuk]

Сообщение:

Для тех, кому интересно, на сайте www.enextec.ru выложены формулы двух изобретений по теме сайта и материалы переписки с Роскосмосом.