РН "Дейтрон"

[Гость 22]

Наоборот - в SSME большая часть водорода используется для охлаждения. Это хорошо видно на ПГС. И тем не менее, завеса имеется.

Вот чтото (уж не Красная ли энциклопедия?) подсказывает что на охлаждение в ССМЕ расходуется 45% всего расхода водорода. А остальное шурует с насосов прямо в ГГ.

Прямо в ГГ шурует 40% водорода.
Другие 40% используются для охлаждения сопла, и только потом шуруют туда же. Оставшиеся 20% охлаждают КС и часть сопла, затем крутят турбину БТНА LH, затем охлаждают газоводы и подаются в КС.

Итого 60% водорода (т.е. большая его часть) охлаждает камеру.

[Гость 22]

Не. Завеса от форсуночной головки не в счёт, это как бы само собой. Тем более в водородном двигателе.

Ну, в общем-то, это не столь важно. Этот пункт (пусть будет четвертым все равно не самый "сильный" в увеличении УИ на Д-57.

[Старый]

Чтото нет под рукой ПГСа ССМЕ, а в красной энциклопедии почемуто не удосужились его нарисовать. А остальные книжки в гараже. Ссылочку на ПГС ССМЕ в сети не подкините?
 В красной энциклопедии пишут что 20% водорода идёт на охлаждение начального участка КС и сопла а затем на турбину БТНА, и 25% на охлаждение конечной части сопла а затем смешивается с основным потоком и в ГГ. Получается что в сумме только 45%.

[avmich]

Посмотрим на http://rocketworkbench.sourceforge.net/equil.phtml - программу по расчёту термохимии. Возьмём 140 атм в камере, 0,01
атм на срезе, коды ЖК и ЖВ - 686 и 457 соответственно, количества - 120 и 20, то есть, ЖК к ЖВ как 6 к 1 по массе. Отношение площади среза сопла к площади критсечения получится 444,60048 , а УИ - 4469,90785 м/с.

И где там в результах можно увидеть удельный импульс и отношения площадей? А также, откуда брать начальную температуру смеси, разве это не должно считаться? И зачем писать по 9 знаков в числах?

Удельный импульс - в строках с обозначением Isp. Их там обычно три штуки - вакуумный (идеальный), с запрошенным давлением и в секундах (вместо м/с). В данном случае -

Ivac (m/s)       :              2833.55334  4542.40965
Isp (m/s)        :              1543.28304  4469.90785
Isp/g (s)        :               157.37107   455.80375

Там обычно по три столбца данных - для камеры, критсечения и среза сопла, но некоторые параметры для камеры смысла особого не имеют.

Отношение площадей обозначено как Ae/At - area of exit / area of throat . В данном случае -

Ae/At            :                 1.00000   444.60048

Начальную температуру надо брать - там подписано - только для случая расчёта равновесия. Для расчёта ЖРД обычно интересны frozen и shifting performance characteristic. Тогда температуру можно ставить любой, она всё равно будет рассчитана такой, какой получится. В данном случае -

Temperature (K)  :    3566.436    3250.123     528.958

9 знаков в числе понадобилось для точного совпадения в рамках точности... конечно, это необязательно для инженерных расчётов.

[Streamflow]

И где там в результах можно увидеть удельный импульс и отношения площадей? А также, откуда брать начальную температуру смеси, разве это не должно считаться? И зачем писать по 9 знаков в числах?

Удельный импульс - в строках с обозначением Isp. Их там обычно три штуки - вакуумный (идеальный), с запрошенным давлением и в секундах (вместо м/с). В данном случае -

Ivac (m/s)       :              2833.55334  4542.40965
Isp (m/s)        :              1543.28304  4469.90785
Isp/g (s)        :               157.37107   455.80375

Там обычно по три столбца данных - для камеры, критсечения и среза сопла, но некоторые параметры для камеры смысла особого не имеют.

Спасибо, avmich.

Отношение площадей обозначено как Ae/At - area of exit / area of throat . В данном случае -

Ae/At            :                 1.00000   444.60048

Начальную температуру надо брать - там подписано - только для случая расчёта равновесия. Для расчёта ЖРД обычно интересны frozen и shifting performance characteristic. Тогда температуру можно ставить любой, она всё равно будет рассчитана такой, какой получится. В данном случае -

Temperature (K)  :    3566.436    3250.123     528.958.

Непонятно:
1. В режиме frozen - что там заморожено, если теплоёмкости cp и cv изменяются от сечения к сечению? Там только показатель адиабаты cp/cv и некий параметр Gamma совпадают.
2. В режиме shifting performance characteristic - что и куда сдвинуто?
3. Что такое Gamma?

9 знаков в числе понадобилось для точного совпадения в рамках точности... конечно, это необязательно для инженерных расчётов.

Какое уж там совпадение, чего с чем? Просто люди не представляют реальную точность своих расчётов, и это сразу напрягает - думаешь, а понимают ли они вообще что-нибудь? И не запрограммировали ли какую-нибудь глупость?
А точность - для SSME при "сдвинутых характеристиках" и отношении площадей сопла 77.5 удельный импульс в вакууме получается равным 4554 м/с вместо 4460 м/с, точность 2.1%. При давлении на срезе сопла 17.5 кПа (0.173 атм) - 4563 м/с (точность 2.3%). Неплохо, но больше 3 знаков им выдавать не стоит, не имеет смысла.

[Гость 22]

Чтото нет под рукой ПГСа ССМЕ, а в красной энциклопедии почемуто не удосужились его нарисовать. А остальные книжки в гараже. Ссылочку на ПГС ССМЕ в сети не подкините?

Та же схема из Тимната:
http://img405.imageshack.us/img405/4662/flowschematic1yb6.jpg

В красной энциклопедии пишут что 20% водорода идёт на охлаждение начального участка КС и сопла а затем на турбину БТНА, и 25% на охлаждение конечной части сопла а затем смешивается с основным потоком и в ГГ. Получается что в сумме только 45%.

Кроме красной энциклопедии, то же самое пишет Гахун (или это он и писал статью в энциклопедии?).

Но есть и другие источники. Например, в статье Robert E. Biggs (Project Engineer, SSME Systems Analysis, Rocketdyne) "SPACE SHUTTLE MAIN ENGINE: THE FIRST TEN YEARS" (1989-1992) указано следующее:

The three-stage centrifugal pump, operating at 35,000 rpm, further increases the pressure to over 6,000 psia. The LH2 is then divided into three separate flow paths. Approximately 80 percent of the fuel flows to the two preburners; half of this, however, is used to cool the thrust chamber nozzle and then mixed with the other half prior to entering the preburners. The remaining 20 percent of the fuel is used in the major component cooling circuit. The LH2 is first routed to the MCC where it provides coolant for the main combustion process...

20 percent of the LH2 is re-routed to the MCC coolant circuit. One half of the remaining LH2 is routed through the CCV to the two preburners. The remaining 40 percent of the fuel is distributed equally among three fuel transfer ducts (downcomers) for delivery to the nozzle aft manifold.

Кроме того, на цветной ПГС, если присмотреться (sorry, ранее я сказал что видно хорошо, однако это не совсем так :oops: ), то можно прочитать расходы через три линии водорода после выхода из насоса: (сверху вниз) 28(?), 62(?) и 58(?), что примерно соответствует указанным выше долям расходов.

Вот здесь: http://www.engineer.tamuk.edu/departments/eecs/faculty/bschreur/ssme/non-animated/tsld035b.htm
имеется схема распределения расходов с теми же цифрами (жмите на Next Page и читайте пояснения).

[Гость 22]

Дополнительно можно попытаться избавиться от поясов завесы (которые в этом двигателе все-таки есть - на это идет часть расхода из упомянутого трубопровода слева).

Не верю. Откуда дровишки?

Ошибся я в первом ответе. Дровишки оказались не из "Истории...", а из справочника "Двигатели":

Сброс водорода из камеры производится не в ГГ, а в камеру сгорания через головку и завесы охлаждения.

[чайник17]

2Sf: shifting относится к сдвигу химического равновесия в зависимости от температуры и давления.
Gamma это, скорее всего, констата политропного процесса:

http://en.wikipedia.org/wiki/Polytropic_process

Результаты для идеального двигателя (не учитывается неполное сгорание, например) и для реальных двигателей Isp должно быть заметно меньше

[Streamflow]

2Sf: shifting относится к сдвигу химического равновесия в зависимости от температуры и давления.

А детали не известны?

Gamma это, скорее всего, констата политропного процесса...

Я бы тоже так подумал, если бы строчкой выше не было бы написано: cp/cv, и эти значения не отличались от Gamma, по крайней мере для shifting'а. Замораживание потока, видимо, и заключается в приравнивании Gamma и cp/cv.

http://en.wikipedia.org/wiki/Polytropic_process

Ну, Вы уж так сразу эту самую, как её, википедию. Мне бы чего полегче, Седова там, или Ландавшица

Результаты для идеального двигателя (не учитывается неполное сгорание, например) и для реальных двигателей Isp должно быть заметно меньше.

Да, и потери в сопле. Но удельный импульс из-за этого у хороших двигателей будет меньше не намного, максимум на те же 2 %. А никто не проверял Cproper по настоящему, у него всегда удельный импульс больше, чем в реальности? Я не имею в виду замороженное течение, там в первом же примере (SSME) он получился на 1.9% ниже.

[чайник17]

2Sf: Конечно, детали известны:

[1] S. Gordon and B.J. McBride, Computer Program for Calculation of Complex Chemical Equilibrium Compositions and Applications: I. Analysis, NASA Reference Publication 1311, October 1994.  
 [2] W.R. Smith and R.W. Missen, Chemical reaction equilibrium analysis: theory and algorithms, New-York, Wiley-Interscience publication, 364 p., 1982.  
 [3] R.L. Wilkins, Theoretical evaluation of chemical propellants, N.J., Prentice-Hall, 463 p., 1963.  
 [4] NASA SP-8076, Solid Propellant Grain Design And Internal Ballistics, March 1972  
 [5] Etkin Bernard, Dynamics of atmospheric flight, Wiley, 579 p., 1972.  

плюс исходный текст доступен.

Квазистанический адиабатический процесс в идеальном газе является политропным с констатой Gamma=Cp/Cv. Если газ в процессе рекомбинирует, то процесс можно аппроксимировать политропным со слегка другим показателем.

Если вас интересует западная терминология, логично смотреть в западные справочники. Физика одна на всех, но терминология может слегка отличаться.

Конечно, в любой программе есть ошибки и приближения, плюс исходные данные (например, энтальпия) могут содержать (и наверняка содержат) ошибки.

Программа бесплатная - дарёному коню в зубы не смотрят. Всесьма популярна, наверное бесплатных сильно лучше нет.

[Streamflow]

2Sf: Конечно, детали известны:

[1] S. Gordon and B.J. McBride, Computer Program for Calculation of Complex Chemical Equilibrium Compositions and Applications: I. Analysis, NASA Reference Publication 1311, October 1994.  
 [2] W.R. Smith and R.W. Missen, Chemical reaction equilibrium analysis: theory and algorithms, New-York, Wiley-Interscience publication, 364 p., 1982.  
 [3] R.L. Wilkins, Theoretical evaluation of chemical propellants, N.J., Prentice-Hall, 463 p., 1963.  
 [4] NASA SP-8076, Solid Propellant Grain Design And Internal Ballistics, March 1972  
 [5] Etkin Bernard, Dynamics of atmospheric flight, Wiley, 579 p., 1972.  

плюс исходный текст доступен.

Квазистатический адиабатический процесс в идеальном газе является политропным с констатой Gamma=Cp/Cv. Если газ в процессе рекомбинирует, то процесс можно аппроксимировать политропным со слегка другим показателем.

Если вас интересует западная терминология, логично смотреть в западные справочники. Физика одна на всех, но терминология может слегка отличаться.

Конечно, в любой программе есть ошибки и приближения, плюс исходные данные (например, энтальпия) могут содержать (и наверняка содержат) ошибки.

Программа бесплатная - дарёному коню в зубы не смотрят. Весьма популярна, наверное бесплатных сильно лучше нет.

Спасибо за ссылки и разумные соображения и оценки. Теперь всё стало достоточно ясным (frozen - без рекомбинации, shifting - с ней), так что тратить время на изучение первоисточников пока не буду. Экономия времени - колоссальная С программой Cproper раньше не сталкивался - уже много лет профиль работы несколько другой (да и раньше, собственно говоря, тоже). Видимо, действительно неплохая. И про дарёного коня и его зубы верно.

Но, признайтесь, 9 значащих цифр в результатах - это явно перебор, и красная тряпка для физика :wink:

[avmich]

В режиме frozen считается равновесие в камере - и дальше считается, что химпревращений не происходит, то есть, по мере расширения газа в сопле (и изменении таких данных, как температура и давление) химсостав сохраняется. То есть, химический состав смеси "заморожен".

В режиме shifting считается наоборот - равновесие поддерживается всё время, при любых изменениях температуры и давления восстанавливается мгновенно. То есть, по мере прохождения сопла газовый состав точно отслеживает изменение макроскопических параметров.

В реальности ситуация промежуточная - газ меняется, но не так быстро, чтобы мгновенно подстраиваться под изменяющиеся условия. Поэтому и результаты в реальности - промежуточные между frozen и shifting моделями - это объясняет отличие в пару процентов от реальных данных реальных двигателей. Однако, различие между frozen и shifting невелико, а реальность обычно попадает между ними - поэтому инструмент вполне полезен.

Статья, описывающая использованную модель, доступна, например, по http://www.grc.nasa.gov/WWW/CEAWeb/RP-1311.pdf . Исходный код варианта программы - на Си - есть по ссылке с http://rocketworkbench.sourceforge.net/projects.phtml , там же ссылка на базу данных энтальпий простых соединений. Код относительно неплохо документирован.

[avmich]

Но, признайтесь, 9 значащих цифр в результатах - это явно перебор, и красная тряпка для физика :wink:

Поток, я дискутирую не с физиком, а со Старым, а ему, если результат не совпадает до последнего знака, может быть непонятно :) . Мне нужно было проиллюстрировать свой тезис о том, что рост давления в камере приводит к росту УИ даже без увеличения сопла - потому что меняется отношение давлений. Поэтому пришлось подобрать точное значение - CPropep не даёт задавать сразу отношение площадей двигателя.

[Гость 22]

[1]S. Gordon and B.J. McBride, Computer Program for Calculation of Complex Chemical Equilibrium Compositions and Applications: I. Analysis, NASA Reference Publication 1311, October 1994.  
...
Программа (CPropep) бесплатная - дарёному коню в зубы не смотрят. Всесьма популярна, наверное бесплатных сильно лучше нет.

Есть такие . CEA - та самая Computer Program for Calculation..., указанная в названии первого источника. Программа написана на Фортране и доступна как в исходных кодах, так и в скомпилированном виде. Скачать (бесплатно) можно с указанного avmich сайта, заполнив регистрационную форму (ни к чему не обязывающую), или прямо отсюда: http://www.grc.nasa.gov/WWW/CEAWeb/ceaguiDownload-win.htm

CPropep является попыткой написать аналогичную программу на C - по крайней мере, авторы исползуют модель, описаннаю S. Gordon и B.J. McBride - авторами CEA. Однако до сих пор оригинальная программа все еще "умеет" больше, чем CPropep.

User Manual для CEA доступен здесь: http://www.grc.nasa.gov/WWW/CEAWeb/RP-1311-P2.pdf

[Старый]

Так, ладно, 22, уговорили.
 Так что у нас получается? Вся КС и начальный участок сопла у ССМЕ охлаждается всего лишь 20% водорода. А у 11Д57 КС охлаждается вообще кислородом, а начальный участок сопла ажно 30% водорода. Это много и вполне достаточно для охлаждения без всяких дополнительных прибамбасов.

[Гость 22]

А у 11Д57 КС охлаждается вообще кислородом, а начальный участок сопла ажно 30% водорода. Это много и вполне достаточно для охлаждения без всяких дополнительных прибамбасов.

Тем не менее, завеса там есть (см. выше).

И опять же, см. выше - это не столь важно: даже если бы и не было никаких завес, или их никак нельзя убрать - есть другие способы повысить УИ 11Д57.

[Гость 22]

В реальности ситуация промежуточная - газ меняется, но не так быстро, чтобы мгновенно подстраиваться под изменяющиеся условия. Поэтому и результаты в реальности - промежуточные между frozen и shifting моделями

В CEA можно указать, с какого сечения начинать расчет по модели с замораживанием. При этом в КС и сопле до указого сечения расчет будет вестись по равновесной модели.

CPropep не даёт задавать сразу отношение площадей двигателя.

В CEA можно задавать отношение площадей.

[Старый]

Тем не менее, завеса там есть (см. выше).

Ну в данном случае эта завеса от форсуночной головки это не завеса а так, ерунда. На УИ она вряд ли сказывается а уж тем более на полноте сгорания.

И опять же, см. выше - это не столь важно: даже если бы и не было никаких завес, или их никак нельзя убрать - есть другие способы повысить УИ 11Д57.

Насколько я понимаю - единственный способ повысить УИ это ликвидировать сброс газа после турбины БТНА. Интересно бы узнать, сколько на этом теряется?

[Streamflow]

В режиме frozen считается равновесие в камере - и дальше считается, что химпревращений не происходит, то есть, по мере расширения газа в сопле (и изменении таких данных, как температура и давление) химсостав сохраняется. То есть, химический состав смеси "заморожен".

В режиме shifting считается наоборот - равновесие поддерживается всё время, при любых изменениях температуры и давления восстанавливается мгновенно. То есть, по мере прохождения сопла газовый состав точно отслеживает изменение макроскопических параметров.

В реальности ситуация промежуточная - газ меняется, но не так быстро, чтобы мгновенно подстраиваться под изменяющиеся условия. Поэтому и результаты в реальности - промежуточные между frozen и shifting моделями - это объясняет отличие в пару процентов от реальных данных реальных двигателей. Однако, различие между frozen и shifting невелико, а реальность обычно попадает между ними - поэтому инструмент вполне полезен.

ОК. Всё предельно ясно. Первоисточники читать не надо Такой виртуальный мини-семинар по конкретной проблеме вместо многостраничных постов из одних слов и огромного количества воды, что является типичным для форума. Особенно полезно немножко подразнить понимающих

Статья, описывающая использованную модель, доступна, например, по http://www.grc.nasa.gov/WWW/CEAWeb/RP-1311.pdf . Исходный код варианта программы - на Си - есть по ссылке с http://rocketworkbench.sourceforge.net/projects.phtml , там же ссылка на базу данных энтальпий простых соединений. Код относительно неплохо документирован.

Спасибо, заношу в архив ( но читать не обещаю )

[Streamflow]

Но, признайтесь, 9 значащих цифр в результатах - это явно перебор, и красная тряпка для физика :wink:

Поток, я дискутирую не с физиком, а со Старым, а ему, если результат не совпадает до последнего знака, может быть непонятно . Мне нужно было проиллюстрировать свой тезис о том, что рост давления в камере приводит к росту УИ даже без увеличения сопла - потому что меняется отношение давлений. Поэтому пришлось подобрать точное значение - CPropep не даёт задавать сразу отношение площадей двигателя.

Изменение удельного импульса в 2 м/с при погрешности расчёта в 100 м/с не является доказательным не только для Старого, но и для любого физика. Да и что это за изменения давления в камере сгорания в 3.5%? Возьмите, скажем, 3 и 30 МПа при одинаковой степени расширения сопла и сравнивайте. Вот тут-то влияние давления на параметры потока может быть заметным.