РН "Дейтрон"

Автор Lin, 23.11.2006 16:07:04

« назад - далее »

0 Пользователи и 1 гость просматривают эту тему.

Streamflow

Цитировать
Цитировать[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
Thankee!

Streamflow

Цитировать
ЦитироватьВ 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 указанного сечения расчет будет вестись по равновесной модели.
А с какого сечения, обычно, имеет смысл переходить к модели замороженного состояния? Тривильный ответ - с критики, но в этом случае решение, видимо будет слабо отличаться от замороженного.

Дмитрий В.

Цитировать
ЦитироватьТем 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.

ЦитироватьИ 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?
Как раз в 11Д57 завенсы от головки не было.
Вот выдержка (сканированный и распознанный текст) из учебника "Конструкция и проектирование ЖРД" под редакцией Гахуна:
На рис. 6.41 показана схема и отдельные конструктивные фрагменты камеры еще одного кислородно-водоpодного двигателя с дожиганием восстановительного генераторного газа и давлением в камере сгорания поpяд¬ка 12...15 МПа. Основные особенности камеры состоят в следующем: цилиндрическая часть камеры сгорания и огневое днище смесительной головки охлаждаются кислородом; входная и сверхзвуковая части сопла до сечения III охлаждаются водородом. Сопло заканчивается насадком, не имеющим наружного проточного охлаждения. Он выполнен из жаропрочной стали и охлаждается завесным внутренним и радиационным наружным охлаждением, благодаря чему температура стенки насадка не превышает 1300-1400 К.
Большая часть жидкого кислорода после насоса поступает в коллектор охлаждающего тракта, из которого непосредственно поступает в головку и далее на центробежные форсунки.
Большая часть жидкого водорода после насоса поступает в ЖГГ, где газифицируется, и, пройдя через турбину ТНА, по газоводу направляется в торец смесительной головки. Затем по осевым каналам двухкомпонентных струйно-центробежных форсунок генераторный газ с избытком водорода попадает в камеру сгорания. Заметим, что на головке все фоpcунки - одинаковые, т.е. пристеночного низкотемпературного слоя от "головки" здесь нет.
Меньшая часть водорода, примерно 25% его расхода, поступает в кол¬лектор охлаждающего тракта (см. рис. 6.41), где расход разделяется на две части: меньшая часть направляется в сторону головки, а большая часть ¬в сторону среза сопла. Особенность наружного охлаждения средней части камеры, включающей дозвуковую и сверхзвуковую области сопла, в том, что этот paсxoд водорода из охлаждающего тракта поступает полностью на пояса завесы и используется для создания мощного внутреннего завес¬ного охлаждения этой части камеры. Причем меньшая часть расхода водо¬рода поступает в камеру сгорания через два пояса завесы - сечения 1 и II Небольшая часть расхода водорода поступает через третий пояс - сече¬ние III - для охлаждения соплового насадка. Расходы на завесу могут ре¬гулироваться сменными дросселями" устанавливаемыми в коллекторе ввода горючего (см. рис. 6.41).
Lingua latina non penis canina
StarShip - аналоговнет!

Старый

Есть у меня Гахун и читал я у него эти строчки. И даже догадывался что это про 11Д57. Но всётаки странно: 25% водорода сбрасывается позади критического сечения сопла и тем не менее такой высокий УИ?
1. Ангара - единственная в мире новая РН которая хуже старой (с) Старый Ламер
2. Назначение Роскосмоса - не летать в космос а выкачивать из бюджета деньги
3. У Маска ракета длиннее и толще чем у Роскосмоса
4. Чем мрачнее реальность тем ярче бред (с) Старый Ламер

Streamflow

Ещё вопрос, ко всем, если можно :)

ЦитироватьВ 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".
Сравниваем расчёты характеристик SSME в замороженном:

                               CHAMBER    THROAT        EXIT
Pressure (atm)     :     203.000     114.779       0.173
Temperature (K)   :    3603.923    3286.155     973.824
Cp (kJ/(kg)(K))    :     3.79679     3.74348       2.74108
Cv (kJ/(kg)(K))    :     3.18642    3.13311       2.13071
Cp/Cv                 :     1.19155     1.19481       1.28646
Gamma               :     1.19155     1.19481        1.28646

и равновесном:

                               CHAMBER    THROAT        EXIT
Pressure (atm)     :     203.000     116.635       0.173
Temperature (K)   :    3603.923    3386.076    1184.028
Cp (kJ/(kg)(K))    :     7.28446     6.65796      2.87272
Cv (kJ/(kg)(K))    :     6.23045     5.71506       2.28350
Cp/Cv                 :     1.16917     1.16499       1.25803
Gamma               :     1.14757     1.14895       1.25803

состояниях газа.

Из ответа avmich'а следует, что в обоих случаях в камере сгорания должно быть одинаковое равновесное состояние, а уж различия должны пойти дальше. Однако, нет, имеем там почти двухкратные отличия cp и cv.   То есть, в заморженном режиме режиме расчёта совсем не рассматривается диссоциация (а, тем более, и ионизация) газа?   Отмечу, что величина cp = 3.79 кДж/кг неплохо соответствует элементарным оценкам коэффициента теплоёмкости данной паро-водородной смеси без диссоциации и ионизации, а только с активацией колебательных степеней свободы молекул (>3.2 кДж/кг).

Понятно, раз течение заморожено, и на выходе из сопла нет диссоциации, то её нет и в камере сгорания - так, что ли?

Лютич

Кстати, вот у меня отвлеченный вопрос. Если взять водородник по схеме газ-газ, то: возможно ли применение для восстановительного тракта испарительной схемы? Т.е. хватит ли энергии газифицируемого в рубашке охлаждения КС водорода на раскрутку "сладкого" ТНА? Или потребуется все-таки полноценный ГГ, как и для "кислого" тракта?
Смотреть телевизор и читать газеты - моя работа.

mihalchuk

Цитата: "Дмитрий В."
Цитировать
ЦитироватьТем 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.

Как раз в 11Д57 завенсы от головки не было.

 Заметим, что на головке все фоpcунки - одинаковые, т.е. пристеночного низкотемпературного слоя от "головки" здесь нет.
Форсунки, конечно, одинаковые, но ручаюсь, что крайние, пристеночные форсунки - форсунки горючего. Этого достаточно для предохранения стенки от перегрева и можно рассматривать, как технологический вариант завесы.
Если ошибаюсь - пусть меня поправят.

avmich

ЦитироватьОсобенно полезно немножко подразнить понимающих :)

Особого дразнения не заметил ;) . Вопрос задан в свойственном стиле...

К слову, Старый на форуме в этом плане меняется в лучшую сторону. Поэтому и отвечают ему чаще по делу, а не так, как раньше было привычно - "поди, мальчик, прочь".

ЦитироватьИзменение 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.

Это само собой - с точки зрения физика. Но CPropep решает чётко определённую математическую задачу - находит экстремум многомерной функции. Для моей задачи его хватало - надо было показать Старому принципиальное изменение результата. Конечно, в реальном движке эффект будет многократно перекрыт неучтёнными в этой модели подробностями.

ЦитироватьА с какого сечения, обычно, имеет смысл переходить к модели замороженного состояния? Тривильный ответ - с критики, но в этом случае решение, видимо будет слабо отличаться от замороженного.

Для меня это сложный вопрос. В дозвуковой части сопла скорость растёт с теоретического 0 до 1М, и температура падает со, скажем, 3500 до 2500 градусов. В сверхзвуковой част сопла скорость потока растёт до нескольких М, но там и Махи другие - температура-то падает. Неясно, где более важны эффекты изменения состава... и скорости изменения.

ЦитироватьИз ответа avmich'а следует, что в обоих случаях в камере сгорания должно быть одинаковое равновесное состояние, а уж различия должны пойти дальше. Однако, нет, имеем там почти двухкратные отличия cp и cv.

Этого не знаю :) . Может, уважаемый чайник подскажет? Или Гость?

Старый

ЦитироватьК слову, Старый на форуме в этом плане меняется в лучшую сторону. Поэтому и отвечают ему чаще по делу, а не так, как раньше было привычно - "поди, мальчик, прочь".
Буагага! Я знаю только одного мальчика который так отвечал Старому. И после этого надолго уходил прочь... ;)
1. Ангара - единственная в мире новая РН которая хуже старой (с) Старый Ламер
2. Назначение Роскосмоса - не летать в космос а выкачивать из бюджета деньги
3. У Маска ракета длиннее и толще чем у Роскосмоса
4. Чем мрачнее реальность тем ярче бред (с) Старый Ламер

Старый

(Котов не в счёт)
1. Ангара - единственная в мире новая РН которая хуже старой (с) Старый Ламер
2. Назначение Роскосмоса - не летать в космос а выкачивать из бюджета деньги
3. У Маска ракета длиннее и толще чем у Роскосмоса
4. Чем мрачнее реальность тем ярче бред (с) Старый Ламер

Гость 22

Для желающих поэкспериментировать с CEA привожу файл исходных данных для SSME:

#
# Варианты расчета для SSME
#   Pk=22.6 МПа (p,bar=226.0)
#   Km=6 (o/f=6.0)
#   расширение сопла 77.5 (sup=...,77.5)
#   компоненты LOX (O2(L)) и LH (H2(L))
# Вывод результатов в короткой форме в
# системе СИ (output siunits short)
#

#
# Камера сгорания с бесконечной площадью
# сечения, т.е. без учета падения давления
# при движении по камере сгорания.
# Расчет по равновесной модели (equilibrium)
# и с замораживанием (frozen)
#
problem rocket case=infinite_area_chamber_frozen_at_combustion_point
  equilibrium ions
  frozen
  p,bar=226.0
  sup=77.5
  o/f=6.0
 reactants
  fuel=H2(L) t(k)=20.27 wt%=100.00
  oxidizer=O2(L) t,k=90.17 wt%=100.00
 output siunits short
end

#
# Камера сгорания с бесконечной площадью
# сечения.
# Расчет с внезапным замораживанием в
# критическом сечении (nfrozen=2)
#
problem rocket case=infinite_area_chamber_frozen_at_throat
  frozen nfrozen=2
  p,bar=226.0
  sup=77.5
  o/f=6.0
 reactants
  fuel=H2(L) t(k)=20.27 wt%=100.00
  oxidizer=O2(L) t,k=90.17 wt%=100.00
 output siunits short
end

#
# Камера сгорания с бесконечной площадью
# сечения.
# Расчет с внезапным замораживанием в
# сечении No. 1 из списка sup=...
# (nfrozen=3; 1=КС, 2=критическое сечение,
# 2+n=n-ное сечение в списке sup).
#
problem rocket case=infinite_area_chamber_frozen_at_3
  frozen nfrozen=3
  p,bar=226.0
  sup=5.0,77.5
  o/f=6.0
 reactants
  fuel=H2(L) t(k)=20.27 wt%=100.00
  oxidizer=O2(L) t,k=90.17 wt%=100.00
 output siunits short
end

#
# Камера сгорания с конечной площадью
# сечения (fac), т.е. с учетом падения
# давления при движении по камере сгорания.
# Сужение КС (площадь сечения КС / критическое сечение) acat=1.6
# Расчет по равновесной модели (equilibrium)
# и с внезапным замораживанием в
# сечении No. 1 из списка sup=...
#
problem rocket case=finite_area_chamber_frozen_at_3
  equilibrium ions
  frozen nfrozen=3
  p,bar=226.0
  fac acat=1.60
  sup=5.0, 77.5
  o/f=6.0
 reactants
  fuel=H2(L) t(k)=20.27 wt%=100.00
  oxidizer=O2(L) t,k=90.17 wt%=100.00
 output siunits short
end

Гость 22

ЦитироватьА с какого сечения, обычно, имеет смысл переходить к модели замороженного состояния? Тривильный ответ - с критики, но в этом случае решение, видимо будет слабо отличаться от замороженного.
В сечении, в котором сочетание скорости потока, его температуры и давления таковы, что начавшиеся в этом сечении реакции не успевают завершится до выходного сечения. Обычно оно располагается в сверхзвуковой части сопла.

Все доступные программы (CEA, CPropep, Propep) основаны на модели бесконечно высокой скорости реакций, т.е. считается, что равновесие достигается мгновенно. Поэтому с их помощью найти такое сечение невозможно, нужно использовать что-то еще для счета "истинной" кинетики.

Впрочем, те, кто может себе позволить посчитать реальную кинетику, вряд ли нуждаются в модели с внезапным замораживанием :).

Остальным же (мне в том числе) для оценочных расчетов приходится использовать метод потолка: глядя на него, выбирается некое сечение после (но не слишком далеко от) критического сечения :).

Гость 22

ЦитироватьВ 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".
На самом деле, здесь описана модель с внезапным замораживанием после камеры сгорания.

Полностью замороженное состояние считается так: 1. считается равновесие в камере; 2. найденные состав смеси и его параметры принимаются в качестве начальных условий для пересчета этого же сечения по модели с замораживанием.

ЦитироватьТо есть, в заморженном  режиме расчёта совсем не рассматривается диссоциация (а, тем более, и ионизация) газа?
Да.

Streamflow

Цитировать
ЦитироватьОсобенно полезно немножко подразнить понимающих :)
Особого дразнения не заметил ;) . Вопрос задан в свойственном стиле...
Стиль приемлем для окружающих? :)

ЦитироватьК слову, Старый на форуме в этом плане меняется в лучшую сторону. Поэтому и отвечают ему чаще по делу, а не так, как раньше было привычно - "поди, мальчик, прочь".
Да уж, ничего не говорит по поводу He3-Дайвера. Что не "афера" - конечно ясно, но уж как он от оценки "химера" до сих пор удержался, не могу понять :D

Цитировать
ЦитироватьИзменение 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.

Это само собой - с точки зрения физика. Но CPropep решает чётко определённую математическую задачу - находит экстремум многомерной функции. Для моей задачи его хватало - надо было показать Старому принципиальное изменение результата. Конечно, в реальном движке эффект будет многократно перекрыт неучтёнными в этой модели подробностями.
Если для водородно-кислородного двигателя типа SSME при степени расширения по давлению 1000 взять давление в камере сгорания 3000 и 3 атмосферы, то различие в характеристиках потока (в равновесном режиме) будет вполне заметно:
T в камере сгорания - 3813 К и 3123 К;
cp - 5.057 и 14.80;
Isp на расчётном режиме - 4390 м/с и 4336 м/с

В замороженном режиме:
T в камере сгорания - 3813 К и 3123 К;
cp - 3.828 и 3.717;
Isp на расчётном режиме - 4324 м/с и 3936 м/с

В общем, понятно: рассчитывается равновесный режим, определяется температура смеси в камере сгорания, а затем в замороженном режиме при химическом составе для нормальных (?) условий определяются соответствующие теплоёмкости.
В равновесном режиме при большом давлении, диссоциация, как и следовало ожидать, сильно тормозится, и теплоёкость приближается к замороженной. Всё достаточно логично.

Цитировать
ЦитироватьА с какого сечения, обычно, имеет смысл переходить к модели замороженного состояния? Тривильный ответ - с критики, но в этом случае решение, видимо будет слабо отличаться от замороженного.
ЦитироватьДля меня это сложный вопрос. В дозвуковой части сопла скорость растёт с теоретического 0 до 1М, и температура падает со, скажем, 3500 до 2500 градусов. В сверхзвуковой част сопла скорость потока растёт до нескольких М, но там и Махи другие - температура-то падает. Неясно, где более важны эффекты изменения состава... и скорости изменения.
Ну, при показателе адиабаты cp около 1.15 различие в температурах газа в камере сгорания и критическом сечении всего порядка 7.5%.

Цитировать
ЦитироватьИз ответа avmich'а следует, что в обоих случаях в камере сгорания должно быть одинаковое равновесное состояние, а уж различия должны пойти дальше. Однако, нет, имеем там почти двухкратные отличия cp и cv.
Этого не знаю :) . Может, уважаемый чайник подскажет? Или Гость?
Ответ см. выше в этом посте.

Streamflow

Цитировать
ЦитироватьА с какого сечения, обычно, имеет смысл переходить к модели замороженного состояния? Тривильный ответ - с критики, но в этом случае решение, видимо будет слабо отличаться от замороженного.
В сечении, в котором сочетание скорости потока, его температуры и давления таковы, что начавшиеся в этом сечении реакции не успевают завершится до выходного сечения. Обычно оно располагается в сверхзвуковой части сопла.

Все доступные программы (CEA, CPropep, Propep) основаны на модели бесконечно высокой скорости реакций, т.е. считается, что равновесие достигается мгновенно. Поэтому с их помощью найти такое сечение невозможно, нужно использовать что-то еще для счета "истинной" кинетики.

Впрочем, те, кто может себе позволить посчитать реальную кинетику, вряд ли нуждаются в модели с внезапным замораживанием :).

Остальным же (мне в том числе) для оценочных расчетов приходится использовать метод потолка: глядя на него, выбирается некое сечение после (но не слишком далеко от) критического сечения :).
Легко находится эмпирическое решение - на моделях имеющихся двигателей согласовать степени расширения сопла по давлению и геометрическую, и отсюда получить "правильное" сечение внезапного замораживания для более-менее подобных условий. И использовать интерполяцию и экстраполяцию. И после этого уже не надо смотреть на потолок.
Дарю :)

Streamflow

Цитировать
ЦитироватьВ 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".
На самом деле, здесь описана модель с внезапным замораживанием после камеры сгорания.

Полностью замороженное состояние считается так: 1. считается равновесие в камере; 2. найденные состав смеси и его параметры принимаются в качестве начальных условий для пересчета этого же сечения по модели с замораживанием.

ЦитироватьТо есть, в заморженном  режиме расчёта совсем не рассматривается диссоциация (а, тем более, и ионизация) газа?
Да.
Спасибо, я уже понял.

Manek

Дейтрон по сути водородный аналог Зенита. Применрно одинаковая масса, количество ступеней. Странно, что Mпн получается в 2,5 раза выше. Хотя такая ракета могла бы стать шедевром для коммерческих пусков и стартовать с энергиевского старта.

Дмитрий В.

ЦитироватьДейтрон по сути водородный аналог Зенита. Применрно одинаковая масса, количество ступеней. Странно, что Mпн получается в 2,5 раза выше. Хотя такая ракета могла бы стать шедевром для коммерческих пусков и стартовать с энергиевского старта.
На это и был расчет.
Lingua latina non penis canina
StarShip - аналоговнет!

avmich

Боюсь, использование энергиевского старта - дорогое удовольствие для коммерческих ракет. Вот использовать бы зенитовский старт...

Дмитрий В.

ЦитироватьБоюсь, использование энергиевского старта - дорогое удовольствие для коммерческих ракет. Вот использовать бы зенитовский старт...
В зенитовский не полезет. А использование энергиевских стартовых сооружений имело смысл, т.к. обеспечивало их ритмичную загрузку. К тому же надо учесть большую стойкость СК Энергии и УКСС к "внешним воздействиям".
Lingua latina non penis canina
StarShip - аналоговнет!