Холодный кислород-водородный ЖРД.

[Андрей Суворов]

Вопрос специалистам (если возможно прикинуть сходу,то есть очень примерно): Какие минимальный вес,размер и тягу должна иметь камера полностью из сплава молебден 80% - тантал 20% (по массе),если давление на форсунки - 700атм,

А это давление чем создаётся? Если сжиганием основных компонентов, то вынужден разочаровать - начиная с давления 400 атмосфер перед форсунками даже при замкнутой схеме УИ падает из-за неидеальности насосов и турбины.

А тут вообще предлагается двигатель открытой схемы - а в нём оптимальное давление всего атмосфер 150, дальше затраты компонентов на привод ТНА растут быстрее, чем увеличивается УИ камеры за счёт роста перепада давлений.

[Наперстянка]

Вопрос специалистам (если возможно прикинуть сходу,то есть очень примерно): Какие минимальный вес,размер и тягу должна иметь камера полностью из сплава молебден 80% - тантал 20% (по массе),если давление на форсунки - 700атм,

А это давление чем создаётся? Если сжиганием основных компонентов, то вынужден разочаровать - начиная с давления 400 атмосфер перед форсунками даже при замкнутой схеме УИ падает из-за неидеальности насосов и турбины.

А тут вообще предлагается двигатель открытой схемы - а в нём оптимальное давление всего атмосфер 150, дальше затраты компонентов на привод ТНА растут быстрее, чем увеличивается УИ камеры за счёт роста перепада давлений.

Надеюсь,вы не подумали,что,упоминая о отходящем сопле от турбины насоса,я предполагал развернуть это сопло в противоположную здравому смыслу сторону. Естественно,я предполагаю оптимальную для водорода(с точки зрения элементарного чувства гармонии)схему шести камерного двигателя,в котором по центру находится ТНА с соплом,примерно равным по диаметру среза в отношении сопла камер двигателя. Как вы правильно заметили по схеме,я безмерно далек от мысли заправлять камеру горячими кислородом и,тем более,водородом. Вы пишете о затратах на привод ТНА,но даже убогая турбина истребителя может ставить вертикально корпус самолета,что же тогда говорить о малой эфективности тяги от насоса,который приходится на шесть камер. Налицо имеется значительный запас по форсированию турбины. Теперь о 400атм.: вы пишете о неидеальности ТНА,но водород и кислород,наверное,в смысле текучести-вязкости не одно и тоже,- водород то можно и посильней сжать,тем более,если полые лопатки турбины охлаждать жидким водородом с последующей максимально полной реакцией этого водорода перед соплом ТНА. Так же надо иметь в виду,что,чтобы максимально использовать прочностные свойства выше упомянутого узумительного сплава,необходимо максимально высокое давление водорода на пристеночных форсунках,так как это дает прямую возможность увеличить размеры камеры. Ясно,что водород и кислород должны иметь разное давление. Если увеличить давление в камере выше 150 атм на старте и на начальном участке полета первой степени,то затраты на ТНА при такой схеме двигателя должны вполне оправдаться,глвное,обеспечить достаточное регулирование подачи топлива. Вообще,цифра 150 атм. взята,как я понял,для бронзовых стенок,но речь то идет о супер-пупер камере.

[Штуцер]

А 600 секунд работы двигателя - это откуда?
5 канал, Невзоров навеял? :wink:

Естественно,я предполагаю оптимальную для водорода(с точки зрения элементарного чувства гармонии)схему шести камерного двигателя

А вот это вообще конгениально!

Ясно,что водород и кислород должны иметь разное давление

Вы имеете ввиду на входе в форсунки, или в других точках?

[Андрей Суворов]

А тут вообще предлагается двигатель открытой схемы - а в нём оптимальное давление всего атмосфер 150, дальше затраты компонентов на привод ТНА растут быстрее, чем увеличивается УИ камеры за счёт роста перепада давлений.

Надеюсь,вы не подумали,что,упоминая о отходящем сопле от турбины насоса,я предполагал развернуть это сопло в противоположную здравому смыслу сторону.

При чём тут это? Если вы сожгли определённое количество водорода в кислороде, вы получили определённое, не больше и не меньше, количество тепловой энергии.
Эта энергия и идёт на перекачку компонентов, и, чем больше потребное давление и расход, тем больше и нужно энергии.
Но невозможно преобразовать всю полученную тепловую энергию в механическую - к.п.д. турбины зависит от разности температур на её входе и выходе. К.п.д. насосов тоже не может быть 100%.

Поэтому оказывается выгодным, сколько бы ступеней ни было в турбине, не сбрасывать отработанный парогаз через своё сопло, а вернуть его в основную камеру сгорания, чтоб он улетел с максимальной возможной скоростью.

Естественно,я предполагаю оптимальную для водорода(с точки зрения элементарного чувства гармонии)схему шести камерного двигателя,в котором по центру находится ТНА с соплом,примерно равным по диаметру среза в отношении сопла камер двигателя.

Гармония-гармонией, а первична тут термодинамика. Шесть камер не имеют большого смысла. Технически это возможно, но выигрыша никакого, по сравнению с одной, двумя или четырьмя камерами не даёт. Многокамерные установки при той же тяге имеют большую массу, но меньшую длину.

Как вы правильно заметили по схеме,я безмерно далек от мысли заправлять камеру горячими кислородом и,тем более,водородом. Вы пишете о затратах на привод ТНА,но даже убогая турбина истребителя может ставить вертикально корпус самолета,что же тогда говорить о малой эфективности тяги от насоса,который приходится на шесть камер.

Тут говорить ничего и не нужно - можно просто посчитать. Например, мощность турбины ТНА РД-107 составляет 5500 лошадиных сил при давлении в камере 60 атмосфер и расходе топлива 327 кг/с. При этом к.п.д. керосинового насоса примерно в полтора раза больше, чем водородного. Удваиваете тягу - удваиваете расход - удваиваете мощность. Удваиваете давление - тоже удваиваете мощность, а тяга от этого растёт едва на 7%, и то, только у Земли, а в пустоте разницы 2%.

Теперь о 400атм.: вы пишете о неидеальности ТНА,но водород и кислород,наверное,в смысле текучести-вязкости не одно и тоже,- водород то можно и посильней сжать,тем более,если полые лопатки турбины охлаждать жидким водородом с последующей максимально полной реакцией этого водорода перед соплом ТНА.

При чём тут это? Энергия всё равно ниоткуда не возьмётся, кроме как из химической реакции между кислородом и водородом.

Вообще,цифра 150 атм. взята,как я понял,для бронзовых стенок,но речь то идет о супер-пупер камере.

Нет, эта цифра от материала камеры не зависит. Для открытой схемы вовсе не зависит, для замкнутой зависит, но очень слабо.

[Наперстянка]

А 600 секунд работы двигателя - это откуда?
5 канал, Невзоров навеял? :wink:

Естественно,я предполагаю оптимальную для водорода(с точки зрения элементарного чувства гармонии)схему шести камерного двигателя

А вот это вообще конгениально!

Ясно,что водород и кислород должны иметь разное давление

Вы имеете ввиду на входе в форсунки, или в других точках?

600 сек - многоразовость и степень унивенрсальности первой ступени,а точнее,единого водородного бака.  Что касается давления,то логично предположить,что оно одинаково как на входе в
 форсунки,так и после насоса. При шести камерах отсутствует поворот камер,так что колебаний давления при симметрии трубопроводов не предвидится.

[Штуцер]

Обычно все выведение (все три ступени) укладываются в 550 - 650 с.
Что значит у 6 камер отсутствует поворот?
Колебания давления (кстати где?) не зависят от симметрии.

[Наперстянка]

Вообще,цифра 150 атм. взята,как я понял,для бронзовых стенок,но речь то идет о супер-пупер камере.

Нет, эта цифра от материала камеры не зависит. Для открытой схемы вовсе не зависит, для замкнутой зависит, но очень слабо.

Может все же не совсем не зависит от материала,так как ограничение давления в камере происходит из-за диссоциации пара при 2500гр.С по оси камеры.Но мощный пристенный слой холодного водорода должен резко  ограничить диссоциацию в критическом сечении. При достатогчно большом охлаждении газа на входе в сопло поверхностным слоем водорода не должно быть угрожающей диссоциации,но тогда откуда могут быть эти категоричные 150 атм,если для разных материалов стенки надо иметь разный пристеночный слой?

[Salo]

В РД-171-180-191 при давлении в 260 атм нет завесы.

[avmich]

Вообще,цифра 150 атм. взята,как я понял,для бронзовых стенок,но речь то идет о супер-пупер камере.

Нет, эта цифра от материала камеры не зависит. Для открытой схемы вовсе не зависит, для замкнутой зависит, но очень слабо.

Может все же не совсем не зависит от материала,так как ограничение давления в камере происходит из-за диссоциации пара при 2500гр.С по оси камеры.

Давление в камере определяется, как правило, давлением, создаваемым насосом. Можно и 700 атм иметь в камере - просто при этом насосы будут больше энергии потреблять, и либо ракета тяжелее станет (источники энергии возить), либо УИ упадёт (если энергию брать из топлива).

Иными словами - диссоциация пара на давление не влияет.

Да, и ещё - наивысшее давление у топлива - сразу после насосов. Проходя по различным трубам, давление падает :) - в частности, падает в рубашке охлаждения, которая, я так понимаю, планируется в обсуждаемом двигателе. К форсункам доходит уже гораздо меньшее давление, чем вышло из насосов. Да, насосы могут производить разное давление для разных компонентов - но при входе в камеру, после форсунок, давления должны быть одинаковы - это же одна и та же камера.

При достатогчно большом охлаждении газа на входе в сопло поверхностным слоем водорода не должно быть угрожающей диссоциации,но тогда откуда могут быть эти категоричные 150 атм,если для разных материалов стенки надо иметь разный пристеночный слой?

Потому что, ещё раз, давление от диссоциации не зависит. Можно иметь малое давление и большую диссоциацию, можно наоборот.

[Наперстянка]

В РД-171-180-191 при давлении в 260 атм нет завесы.

Очень рад за изобретателей материала стенки, наверняка он из  высоко теплопроводящего тяжелого углерода с медью. Осталось только догадаться о плавном синтезе новой структуры.

[Наперстянка]

Давление в камере определяется, как правило, давлением, создаваемым насосом. Можно и 700 атм иметь в камере - просто при этом насосы будут больше энергии потреблять, и либо ракета тяжелее станет (источники энергии возить), либо УИ упадёт (если энергию брать из топлива).

Иными словами - диссоциация пара на давление не влияет.

Да, и ещё - наивысшее давление у топлива - сразу после насосов. Проходя по различным трубам, давление падает - в частности, падает в рубашке охлаждения, которая, я так понимаю, планируется в обсуждаемом двигателе. К форсункам доходит уже гораздо меньшее давление, чем вышло из насосов. Да, насосы могут производить разное давление для разных компонентов - но при входе в камеру, после форсунок, давления должны быть одинаковы - это же одна и та же камера.

При достатогчно большом охлаждении газа на входе в сопло поверхностным слоем водорода не должно быть угрожающей диссоциации,но тогда откуда могут быть эти категоричные 150 атм,если для разных материалов стенки надо иметь разный пристеночный слой?

Потому что, ещё раз, давление от диссоциации не зависит. Можно иметь малое давление и большую диссоциацию, можно наоборот.

Если насосы дудут потреблять больше энергии,то что есть эта энергия?- Это энергия на трение турбинный лопаток(в основном),из-за этого топливо нагревается и нагретым уходит в камеру,то есть,энергия на трение ступеней насоса никуда не пропадает,а идет на нагрев газа в камере. В этой открытой схеме,как писалось,после насоса часть водорода через "рубашку" основной камеры идет в газогенератор,только кислород здесь минует охлаждение основной камеры,попадая из насоса в камеру. Повторяю,энергия на трение лопаток насоса и трубопровода зря не пропадает,нагретое из-за этого топливо дополнительно подогревает газ в камерах,увеличивая давление и тягу . Роль замкнутой схемы выполняет дополнительная камера (со своим соплом), пристыкованная к ступенчатой части турбины. Никакая энергия на трение даром не пропадает,- она,в конечном счете,пребразуется в кинетическую энергию отходящего газа,или из основных шести сопел,или из дополнительного сопла ТНА, причем,тяга от этого сопла ТНА примерно такая же,как и от основной камеры. В некотором смысле,это и есть замкнутая схема,если абстрактно совместить сопло ТНА и все шесть сопел от основных камер. Преимущество здесь в том,что более холодный водород лучше охлаждает камеры,чем мог бы охлаждать кислород,- и все,по выходу из рубашки этот водород образует с кислородом на входе в газогенератор восстановительную смесь,которая дожигается в кислороде уже за турбиной. ТНА с соплом образует,в сущности,турбореактивный двигатель с форсированием газа на выходе турбины.

[avmich]

Хорошо. А что делать с тем, что в ТНА газ на турбине гораздо холоднее, чем газ в камерах сгорания? Вылетая холодным после турбины через сопло, газ - поскольку не был хорошенько разогрет - уходит с малым УИ. Вот и потери.

Насос, может, потерь особо и не вносит. А вот турбина, которая этот насос должна крутить...

[Наперстянка]

Хорошо. А что делать с тем, что в ТНА газ на турбине гораздо холоднее, чем газ в камерах сгорания? Вылетая холодным после турбины через сопло, газ - поскольку не был хорошенько разогрет - уходит с малым УИ. Вот и потери.

Насос, может, потерь особо и не вносит. А вот турбина, которая этот насос должна крутить...

А вы разве не обратили внимание на выше указанный сплав молебден-тантал?С чего вы взяли что температуру в газогенераторе нельзя поднять? Турбинные лопатки,охлаждаеме переохлажденным водородом,поданным прямо из насоса,позволят поднять температуру в генераторе более 2 тысяч градусов. Это уже не холодный газ,тем более,что он перед соплом дожигается кислородом по избытку водорода.

[Salo]

А чем это отличается от замкнутой схемы с дожиганием восстановительного ГГ газа кроме чудовищной температуры в ГГ и в турбине?

[Наперстянка]

А чем это отличается от замкнутой схемы с дожиганием восстановительного ГГ газа кроме чудовищной температуры в ГГ и в турбине?

Это очень похоже на замкнутую схему,если не брать во внимание ступени турбины,но главноее то,что на турбину все ж-таки подается "чудовищное давление ГГ газа пусть и с "чудовищной"температурой,- значит,насосом производится "чудовищная" работа.

[Наперстянка]

В РД-171-180-191 при давлении в 260 атм нет завесы.

"ЖРД РД-170 (11Д521) и РД-171 (11Д520) ... Внутреннее охлаждение обеспечивается тремя поясами щелевых завес в докритической части камеры сгорания. Через них на стенку подается около 2% горючего в виде пленок, испаряющихся и защищающих ее от тепловых потоков, которые в критическом сечении сопла достигают величин порядка 50 МВт/м2. ... " - http://www.lpre.de/energomash/RD-170/ Неужели знатоки тоже могут ошибаться?  :lol:

[Наперстянка]

Вот только сейчас понял,что водород-кислородный ТНА имеет самую высокую удельную мощность,- из-за превосходного охлаждения ступеней турбины. Это значит,что при достаточно большом превосходстве таких ТНА над ТНА с другим горючим весь кислород-водородный двигатель для первой ступени выглядит очень обещающим,особенно,для четырех(и даже шести)камерных двигателей. А сама турбина может давать очень существенную тягу.Во как. :!:

[avmich]

Вот только сейчас понял,что водород-кислородный ТНА имеет самую высокую удельную мощность,- из-за превосходного охлаждения ступеней турбины. Это значит,что при достаточно большом превосходстве таких ТНА над ТНА с другим горючим весь кислород-водородный двигатель для первой ступени выглядит очень обещающим,особенно,для четырех(и даже шести)камерных двигателей. А сама турбина может давать очень существенную тягу.Во как. :!:

Остаётся за кадром самый интересный вопрос - почему, мучаясь с температурой на лопатках десятилетиями, никто не подумал применить такое простое решение.

:)

[Наперстянка]

Вот только сейчас понял,что водород-кислородный ТНА имеет самую высокую удельную мощность,- из-за превосходного охлаждения ступеней турбины. Это значит,что при достаточно большом превосходстве таких ТНА над ТНА с другим горючим весь кислород-водородный двигатель для первой ступени выглядит очень обещающим,особенно,для четырех(и даже шести)камерных двигателей. А сама турбина может давать очень существенную тягу.Во как. :!:

Остаётся за кадром самый интересный вопрос - почему, мучаясь с температурой на лопатках десятилетиями, никто не подумал применить такое простое решение.

А чего там мучаться то?В радоне поры лазером выжег,и все,а сплав вольфрам-рений в водороде температуру держать будет хорошо,останется только немного дожечь водород после лопаток для КПД тяги.Вобщем,просто не надо тупить.

[Salo]

В чём поры выжег? В радоне? :wink: