Протон КМ

[Fakir]

Гость 22

А зачем Вам? (я за топиком не следил  ) НДМГ не подойдет? У него в паре с кислородом УИ повыше чем даже у синтина будет. Плотность, правда, несколько ниже, чем у обычного керосина.

Cчитаю расход топлив для разных топливных пар для взлёта-посадки на Луну многоразовых лэндеров - предполагается, что кислород есть местный (см. предыдущую страницу, там писал чуть подробнее).
Соответственно, НДМГ может и подойти - впрочем, зависит от того, какое там соотношение (по массе) топливо:кислород. Плостность некритична.

[mihalchuk]

Fakir:

Параметры!  Умоляю, параметры!

Ещё чего! Ну вы представляете задачу? Для двухкомпонентника оптимум ищется на прямой, для 3-компонентника - на плоскости, для 4-компонентника - в пространстве. И тут не удельный импульс важен. Скажем так. Если гидрировать жидкий метилацетилен жидким водородом, то получим метан с энтальпией где-то 7,6 МДж/кг (для случая с керосином - 2,3 МДж/кг). Отсюда можете пытаться что-то оценить. Замена керосина метилацетиленом при одинаковом составе продуктов сгорания приведёт к повышению УИ, но из-за роста температуры в КС энергетические возможности этой тройки будут использованы не полностью. Будет выгодно разбавить смесь водородом, что приведёт к уменьшению плотности топлива, что, однако, может быть частично компенсировано увеличением доли трёхкомпонентного участка. Но, если разбавлять метаном, то достигаемый УИ будет совсем немного меньше случая разбавления водородом, зато плотность топлива возрастёт значительно.
Дело в том, что трёх- и более компонентники такого типа нужно расчитывать, привязываясь к конструктивным параметрам всей РН, а сами по себе параметры ЖРД ещё ни о чём не говорят. И конечно, такие двигатели - двух (а то и трёх-) режимные.
Но если вы считаете лэндер, особенно, с экипажем, забудьте о них, они для другой цели. Да и не стоит в лэндер такую сложность пихать.

[Fakir]

В лэндер - стоит, как минимум, в грузовой - если уменьшает расход топлива.
Обращаю внимание: предполагается, что кислород добывается на месте.
Поэтому на минимизацию массы привозного топлива влияют два фактора: УИ и масса топлива на единицу массы кислорода (обе  величины входят в параметр k=(exp(v/u)-1)/(Мкисл/Мтопл + 1) , который позволяет сравнивать расход различных топлив).

[чайник17]

2mihalchuk:
У Вас в одном сообщении противоположные доводы приводятся: то Вы хотите совместимость с керосином, то с другим компонентом (жидким кислородом) по температуре. Уж выберите одно из двух.
А сложность синтеза и уникальность применения - это серьёзная проблема. Насколько я знаю, одно время мощности по производству синтина вообще были потеряны, да и цена всегда была проблемой.
В этом смысле метилацетилен, как крупнотоннажный химикат с широкой областью применения, гораздо лучше.

[чайник17]

2Fakir
Я так понимаю, водород Вас не устраивает?
Тогда, если из жидких, наверное подойдёт лучше всего метилацетилен и сходные вещества с большой внутренней энергией.
Если твёрдые можно, под гибридные двигатели, тогда LiH или AlH3.
А лучше всего - раствор ацетилена в метилацетилене и раствор озона в жидком кислороде  

[mihalchuk]

чайник17:

2mihalchuk:
У Вас в одном сообщении противоположные доводы приводятся: то Вы хотите совместимость с керосином, то с другим компонентом (жидким кислородом) по температуре. Уж выберите одно из двух.

А нет однозначно лучшего решения. Определяться нужно под задачу, которую решаешь. Тут Fakir решает задачу, а я ему помогаю или мешаю. Но, как я понимаю, он не лэндер строит, а упражняется в расчётах. Так что тут одна польза.
Керосин хорош на наземном старте, он сам по себе никогда не создаст проблемы, что особенно ценно при испытательных пусках. Отчасти поэтому и стоят все дела с метаном (и метилацетиленом).
А в космосе такие свойства не нужны, там баки лёгкие, а защитить их от перегрева просто. Здесь лучше метан.
Метилацетилен - топливо для трёхкомпонентников. Или в паре с перекисью водорода.

А сложность синтеза и уникальность применения - это серьёзная проблема. Насколько я знаю, одно время мощности по производству синтина вообще были потеряны, да и цена всегда была проблемой.

Нужно знать, чего мы хотим. Синтин позволяет повысить грузоподъёмность РН, не разрабатывая новых ЖРД и практически ничего не меняя в конструкции. Прибавка ПГ невелика, но иногда это важно: например, для РН "Союз" применение синтина позволило использовать 3-местный ПК "Союз" вместо двухместного. Совместимость выгодна и тем, что потеря производства компонента не фатальна для РН. То, что он дорог, опеделяет место его использования - на РН, начиная сверху (РБ->3-я ступень и т. д.).

В этом смысле метилацетилен, как крупнотоннажный химикат с широкой областью применения, горааздо лучше.

Я слышал, что на заре ракетостроения метилацетилен испытывался, как горючее. Но что получилось, не знаю. Есть ли у вас сведения?
По идее, высокая энтальпия сгорания и сопровождающая её температура должны приводить к сильной диссоциации молекул, что будет отбирать прирост УИ. Придётся сильно разбавлять горючим.

А лучше всего - раствор ацетилена в метилацетилене и раствор озона в жидком кислороде

Это экстремальное топливо не для лэндера. У него будет слишком маленький к-т избытка окислителя.
ИМХО, вообще, если вести речь о том уровне развития, который предполагает ЛОС и добычу кислорода на Луне, то тут уже не нужно ужиматься с массами, а выбрать простую пару: ЖК-ЖМ или ЖК-ЖВ.

[Fakir]

чайник17

2Fakir
Я так понимаю, водород Вас не устраивает?

Скажем так: не совсем устраивает. По массе чистого привозного топлива он пока в сильном отрыве от других посчитанных вариантов, но глубокая криогеника и требование к длительному, многомесячному хранению... Несколько смущает. Плюс полный цикл я еще не считал - с учётом массы баков, потерь на выкипание, холодильников и т.п.

Тогда, если из жидких, наверное подойдёт лучше всего метилацетилен и сходные вещества с большой внутренней энергией.

Может быть
А цифирьками не угостите? Интересует соотношение масс кислород:топливо и возможный УИ.

Если твёрдые можно, под гибридные двигатели, тогда LiH или AlH3.

Не... Гибридные, думаю, не подойдут - нужен многоразовый двигатель, причём с дозаправкой на LLO а я себе плохо представляю перезарядку гибридника на лунной орбите...
Впрочем, если у вас есть какая-нибудь цифирь по таким гибридникам - буду благодарен, почему и их не просчитать?

А лучше всего - раствор ацетилена в метилацетилене

Может быть:) Насколько я понимаю, как раствор, так и компоненты по отдельности вполне стабильны и долгохранимы?
А параметры какие?

и раствор озона в жидком кислороде  

Кхм... Такой раствор (который пока, насколько я понимаю, вообще порядочная проблема) нужно будет, вдобавок, непосредственно на Луне получать...
Хотя на дальнюю-дальнюю перспективу - идея очень интересная.

 
mihalchuk

А нет однозначно лучшего решения. Определяться нужно под задачу, которую решаешь. Тут Fakir решает задачу, а я ему помогаю или мешаю. Но, как я понимаю, он не лэндер строит, а упражняется в расчётах. Так что тут одна польза.

Да, я считаю разные варианты для лунной транспортной системы, соответственно, различные варианты топливных пар для лэндеров. Чтобы была табличка и можно было бы сравнивать.

Кое-что обсуждалось вот тут:
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=3118

но там, конечно, обсуждался полуфабрикат. Считать и сводить воедино еще много надо.

Это экстремальное топливо не для лэндера. У него будет слишком маленький к-т избытка окислителя.

Почему?

ИМХО, вообще, если вести речь о том уровне развития, который предполагает ЛОС и добычу кислорода на Луне, то тут уже не нужно ужиматься с массами, а выбрать простую пару: ЖК-ЖМ или ЖК-ЖВ.

Ну, тут надо посчитать все более-менее обещающие варианты (причём полный цикл просчитать, с учётом и баков, и транспортировки, и разных вариантов местонахождения перевалочной станции, и стоимости, в конце концов) - а выбирать уж потом, со всеми данными на руках.
 
P.S. Может быть, с альтернативными топливами лучше в топик про транспортные системы, а то здесь уж больно жёсткий оффтоп получается?

http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=3118

[fagot]

В этом смысле метилацетилен, как крупнотоннажный химикат с широкой областью применения, гораздо лучше.

А какие у него плотность, температура кипения и теплота сгорания?

[mihalchuk]

Fakir:

Цитата:

А лучше всего - раствор ацетилена в метилацетилене

Может быть:) Насколько я понимаю, как раствор, так и компоненты по отдельности вполне стабильны и долгохранимы?
А параметры какие?

Ацетилен стабилен только в газообразном состоянии, и то - при умеренных давлениях. Жидкий - рванёт! По такому раствору, боюсь, вам никто не скажет, так как никто его не делал.
mihalchuk:

Цитата:

Это экстремальное топливо не для лэндера. У него будет слишком маленький к-т избытка окислителя.

Почему?

Для любого топлива существует определённый к-т избытка окислителя, соответствующий максимальному УИ. Если температура сгорания невысокая и диссоциации молекул нет, то выгодно стехиометрическое соотношение. При высокой температуре выгодно разбавить смесь. А чем разбавлять? Лучше - лёгкие молекулы, тогда прирост УИ будет заметнее. Н2 или Не. Но на практике разбавляют тем, что есть.
Ацетилен/метилацетилен имеют высокую энтальпию сгорания+ более высокий молекулярный вес продуктов сг., следовательно - очень высокую температуру. Если разбавлять стехиометрическую смесь горючим, получим на выходе доп. СО, Н2О и Н2. Если разбавляем окислителем, получим О2 с мол.весом 32.
Я знаю, что вам нужно!
ЖРД, который на старте работает с избытком окислителя, потом переключается на оптимальный режим.
Такой двигатель на водороде в своё время предлагался для одноступенчатой РН. Можно сделать и на метане, но там отклонение от стехиометрии небольшое и эффект будет меньше. На метилацетилене, похоже, не получится - при избытке окислителя нужно защищать стенки камеры, делать завесу. С большой вероятностью стенки будут закоксовываться, либо температура у стенок получится выше, чем в ядре. Но, если ввести 3-й компонент - метан, водород... Но это усложнение.
А характеристики таких ЖРД дать не могу - мои познания не простираются в область избытка окислителя.

[fagot]

ЖРД, который на старте работает с избытком окислителя, потом переключается на оптимальный режим.
Такой двигатель на водороде в своё время предлагался для одноступенчатой РН. Можно сделать и на метане, но там отклонение от стехиометрии небольшое и эффект будет меньше. На метилацетилене, похоже, не получится - при избытке окислителя нужно защищать стенки камеры, делать завесу. С большой вероятностью стенки будут закоксовываться, либо температура у стенок получится выше, чем в ядре. Но, если ввести 3-й компонент - метан, водород... Но это усложнение.

Третий компонент при избытке окислителя вряд ли поможет, так как реакции догорания в завесе должны быть минимальны, иначе она получится слишком толстой и даже может загородить все критическое сечение. Мог бы подойти инертный компонент вроде гелия, но и тут будет снижение УИ и массового совершенства, поэтому лучше все же делать завесу из окислителя, допустимая температура стенки конечно снизится и расход его будет больше, но все же не такой, как горючего. Как вариант, можно сделать двигатель со стехиометрическим соотношением компонентов, тогда если забросы соотношения невелики, можно обойтись и завесой горючего.

[fagot]

Факиру
У кислорода с метилацелиленом стехиометрическое соотношение несколько меньше, чем у керосина - 3,2, с ацетиленом - 3,08, а вот УИ не факт что выше керосинового, а может даже и ниже. С озоном соотношения ясное дело те же самые. Вообще закономерность такая, что чем в молекуле меньше доля водорода и больше доля углерода, тем меньше Km0. Для гибридников, использующих гидриды или металлы, соотношения еще меньше. В общем итог таков, что у водорода по этому показатели конкурентов нет, а подобраться к нему по УИ можно только ценой снижения Кm0. Так что совершенствуйте криогенную технику :wink:

[Fakir]

Нда... неутешительные какие-то новости  
Только я не понял, а с озоном чего - то же самое? Не-не, уж с озоном точно УИ выше, и не пытайтесь меня переубедить!

Неужели никак нельзя подобраться к водородным параметрам без глубокой криогеники? Ну даже необязательно вплотную, а так, поближе подойти?
Вот если попробовать взять что-нибудь совсем мерзкое, а? Например, HF ?

[Artemkad]

Неужели никак нельзя подобраться к водородным параметрам без глубокой криогеники? Ну даже необязательно вплотную, а так, поближе подойти?
Вот если попробовать взять что-нибудь совсем мерзкое, а? Например, HF ?

Ну почему, используйте гидрид лития LiH. Я б даже рекомендовал его использовать в космосе вместо криогенного водорода - мороки меньше.
Вообще - уникальный метал по накоплению водорода и его изотопов...
ЗЫ. Кстати, интересно в каком состоянии оказывается водород в момент разложения этого гидрида  (примерно 700 гр. цельсия)? Часом не в атомарном ли виде...

[fagot]

Нда... неутешительные какие-то новости  
Только я не понял, а с озоном чего - то же самое? Не-не, уж с озоном точно УИ выше, и не пытайтесь меня переубедить!

Да я про УИ и не говорил, я только про соотношение. А УИ выше конечно секунд на двадцать.

Неужели никак нельзя подобраться к водородным параметрам без глубокой криогеники? Ну даже необязательно вплотную, а так, поближе подойти?

По Km нет - так уж карта легла, вернее соотношения между валентностями и молекулярными массами элементов , кстати метан таки на втором месте. По УИ - можно несколько приблизиться, но с никудышными Km.

Вот если попробовать взять что-нибудь совсем мерзкое, а? Например, HF ?

И что я с ним буду делать? :wink:

[Fakir]

fagot

Да я про УИ и не говорил, я только про соотношение. А УИ выше конечно секунд на двадцать.

Ну то есть соотношение масс как и для просто кислорода - это нормально, главное, чтоб не меньше
А что, УИ всего на 20 с поднимется? Не густо...
Хотя, конечно,  в трудной дороге и жук - мясо

По Km нет - так уж карта легла, вернее соотношения между валентностями и молекулярными массами элементов  , кстати метан таки на втором месте. По УИ - можно несколько приблизиться, но с никудышными Km.

Значит, от криогеники, видимо, не отвертеться...

И что я с ним буду делать?  

Ну это... химик из меня никакой Не сообразил сразу, что фтор же сам по себе окислитель, да еще какой...
А может есть всё-таки что-то, хорошо горящее в кислороде, пусть даже жутко ядовитое и агрессивное? Какой-нибудь гидрид бора, или вон гидрид лития предлагали - что с ним получится?

[fagot]

Ну почему, используйте гидрид лития LiH. Я б даже рекомендовал его использовать в космосе вместо криогенного водорода - мороки меньше.

Было бы меньше - давно бы использовали :wink: В КС его просто так не засунуть - слишком непрочный, да и сдетонировать может - значит нужно связующее, которое УИ уменьшает, а он и так меньше водородного. Производство твердого топлива не проще, чем водорода. Единственное преимущество - большая плотность и некриогенность. Ну и Факиру он не подходит по Km

[fagot]

А что, УИ всего на 20 с поднимется? Не густо...
Хотя, конечно, в трудной дороге и жук - мясо

Точно не знаю, но что-то вроде того.

Ну это... химик из меня никакой   Не сообразил сразу, что фтор же сам по себе окислитель, да еще какой...
А может есть всё-таки что-то, хорошо горящее в кислороде, пусть даже жутко ядовитое и агрессивное? Какой-нибудь гидрид бора, или вон гидрид лития предлагали - что с ним получится?

Гидрид бора уже был - диборан и пентаборан :wink: Самый крутой по УИ - гидрид бериллия, но в паре с кислородом он у него секунд на 60 меньше, чем у водорода, у гидрида лития значит еще хуже. Но без связующего не обойтись (я бы взял старый добрый бутилкаучук, грубо говоря, твердый керосин , хотя конечно для кислорода может лучше и что-то другое). УИ понятное дело упадет. Любимые вами Кm у гидрида бериллия 2,9, лития - 2,0, а у связки 3,4 -это все стехиометрия, в реальности значит еще меньше.

[mihalchuk]

Fakir:

Нда... неутешительные какие-то новости

Ещё раз говорю: старт с избытком кислорода. Посадка - ЖРД работает на оптимальном режиме (это если не заправлять кислородом с Луны). Старт - с избытком кислорода, потом - переключение на оптимальный режим.
Для водорода считать надо так. УИ водородника с Кm=4 будет на 4 с меньше оптимального, а диссоциацией можно пренебречь. Возьмите состав продуктов сгорания, замените молекулы водорода на молекулы кислорода, пересчитайте среднюю молекулярную массу, по ней найдите Кm и оцените УИ. Затем методом подбора определите оптимальное соотношение между режимами и результаты сюда.
А по метану сказать трудно, там будет сложный состав продуктов сгорания.

[Fakir]

mihalchuk

Ещё раз говорю: старт с избытком кислорода.

Cлышал, и даже записал
Но всё-таки выгоды неочевидны. Это ж надо всю баллистику просчитывать, значит, надо чётко знать зависимость характеристик движка от соотношения компонентов... Боюсь, наколенными прикидками тут не обойтись.

Для водорода считать надо так. УИ водородника с Кm=4 будет на 4 с меньше оптимального

Так, что-то я совсем ничего не понял. Km - массовое отношение, так, не молярное? Так как же при Km=4 может быть УИ всего на 4 с меньше, если даже у SSME соотношение компонент 1:6, а стехиометрия так и вовсе 1: 8?

Возьмите состав продуктов сгорания, замените молекулы водорода на молекулы кислорода, пересчитайте среднюю молекулярную массу, по ней найдите Кm и оцените УИ. Затем методом подбора определите оптимальное соотношение между режимами и результаты сюда.

Сильно подозреваю, что полученные оценки будут настолько плюс-минус лапоть, что их и делать смысла нет  
Раз движок много- (минимум двух-) режимный, так надо еще как-то оценить изменение параметров за счёт газодинамики, нерасчётного режима...

fagot

Точно не знаю, но что-то вроде того.

Нет на свете панацеи

Гидрид бора уже был - диборан и пентаборан  Самый крутой по УИ - гидрид бериллия, но в паре с кислородом он у него секунд на 60 меньше, чем у водорода, у гидрида лития значит еще хуже.

Тьфу... расстройство одно

Но без связующего не обойтись (я бы взял старый добрый бутилкаучук, грубо говоря, твердый керосин  , хотя конечно для кислорода может лучше и что-то другое).

А почему без связующего нельзя?
Вон, для Луны чуть ли не на порошке алюминия двухкомпонентники предлагали

Любимые вами Кm у гидрида бериллия 2,9, лития - 2,0, а у связки 3,4 -это все стехиометрия, в реальности значит еще меньше.

"Эт-то несерьёзно". Вычёркиваем.

[Fakir]

Вот, кстати, считалка попалась, видимо, неплохая:

http://rocketworkbench.sourceforge.net/equil.phtml

Весь вопрос в том, чтобы с задаваемыми параметрами не нахомутать