LH2 pro & contra

[Бродяга]

Будет, будет, но с ним "сложно".

[Старый]

 А если кислород будет внизу... Спросите у Старого.

Опять не понял! не могли бы сами пояснить?

А Старый у нас теперь эксперт еще и по криогенике? :roll: Или там не криогенная проблема? Если это намек на то, что просачивающийся водород будет смешиваться с просачивающимся кислородом и подвзрываться в несусветных концентрациях? Так не будет, улетит себе вверх...

 Всё просто - кислородный бак ставится на бак с топливом для того, чтобы максимально отодвинуть центр масс от двигателя и обеспечить управляемость наименьшим смещением двигателя или меньшим импульсом рулевых двигателей.
 Кроме того, ракета с огромным и "почти пустым" водородным баком наверху будет очень неустойчива аэродинамически.

 Старый у вас эксперт по всём!   Быстренько проанализировали и догадались, почему на верхних ступенях бак с кислородом внизу (с водородом вверху), а на первых ступенях - кислород вверху а водород внизу?  

[Старый]

Чего не было, того не было. Так ведь выше по ветке пафос старого был в том, что Н2 взрывается в любой концентрации с О2, то есть, если придерживаться этой логики, нам абсолютно все равно с чем, и при каком давлении соприкоснется
"просочившийся" Н2, с кислородом воздуха или с чистым О2. Результат, по Старому, будет один и тот-же.

 Не. С чистым О2 жахнет гораздо сильнее! Что касается проблем просачивания водорода в ТНА, то насколько я понял она не самая существенная. Кислород то не просачивается, и если двигательный отсек заполнен нейтральным газом, то водороду не с чем будет образовывать взрывоопасную смесь.
 Насосы водорода и кислорода в водородных ЖРД обычно пространственно разнесены, поэтому тоже прямое смешение получается редко. Разве что в кислородном ТНА, где турбина на водороде а насос кислородный. Насколько я помню при испытании SSME по этой причине был взрыв на стенде - в кислородном ТНА водород с турбины просочился сквозь уплотнение подшипнтка к кислороду.

[Игорь Суслов]

Ну, Старый, раз так, то отчего вы проигнорировали: "Объясните мне, кто знает, почему отношение УИ пустотного к атмосферному для водородников ЗНАЧИТЕЛЬНО больше, чем для других типов ЖРД? Причиной этому особенности проектирования (т.е. расчет в основном на работу в вакууме) или особенности самой топливной пары?"

[Старый]

Ну, Старый, раз так, то отчего вы проигнорировали: "Объясните мне, кто знает, почему отношение УИ пустотного к атмосферному для водородников ЗНАЧИТЕЛЬНО больше, чем для других типов ЖРД? Причиной этому особенности проектирования (т.е. расчет в основном на работу в вакууме) или особенности самой топливной пары?"

Ну у меня же нет времени отвечать на всё, надо ж однако и работать и по дому...
 Причина тут в чисто конструктивных решениях. Как правило водородная первая ступень работает длительное время, часто "почти до орбиты", то есть основное время работы приходится на большую высоту и вакуум. Поэтому целесообразно сделать сопло с большим расширением, чтобы реализовать максимальный удельный импульс бОльшую часть времени полёта. Поэтому делают высотные сопла, которые у земли из-за большого перерасширения теряют удельный импульс. Видели как у Дельты-4 струю обжимает?
 В одном из НК была подборка ТТД всех водородных двигателей 1-х ступеней. Там было видно, что бывают и с большой разницей в УИ, а бывают и нет.

[Игорь Суслов]

Ну у меня же нет времени отвечать на всё, надо ж однако и работать и по дому...

Ну, мне-то можно буквально на "пальцах" объяснить. А Вы вдаетесь в подробности... Я просто проверял свою догадку, что, в общем-то и видно из вопроса.

Причина тут в чисто конструктивных решениях.

Понял. Спасибо. Я так и думал.

В одном из НК была подборка ТТД всех водородных двигателей 1-х ступеней. Там было видно, что бывают и с большой разницей в УИ, а бывают и нет.

Вот с маленьким разбросом я не видел, кстати.

[Старый]

Теперь прикиньте количество труб Dу от 6мм до ...мм в изделии и мысленно увеличьте диаметр каждой трубы милиметров на 30-50 теперь попродуйте это все закомпоновать.  Чтобы представить количество тех труб, загляните в мотогандолу своего любимого самолета и умножте кол-во труб и трубок, увиденых там, скажем, на восемь. Это для наглядности. Да! еще не забудьте, что для продува КАЖДОЙ вашей  трубы понадобятся ДВЕ трубки(подвод/отвод) продува гелием, которые, в свою очередь надо тоже напылять пенопластом...

 Паааагадите! При чём тут мотогондола? Я ж про наземное заправочное оборудование.  Мотогондола не! В двигателе никаких двойных трубок. Слава богу виды и разрезы и ССМЕ и РД-0120 уже достаточно хорошо известнф чтобы не допускать дурных мыслей. Впрочем RL-10 и КВД-1 - тоже .
 Тут заполнение двигательного отсека инертным газом или вакуумом и никаких проблем.
 Кстати. На одном из МАКСов (который был с участием павильона на Красной Пресне) выставлялся РД-0120 снятый прямо со стенда. У него вся арматура была залита в пеноапласт. То бишь все эти водородные трубы, трубки и трубочки в единый блок пенопласта. Во так.

[МиГ-31]

Теперь прикиньте количество труб Dу от 6мм до ...мм в изделии и мысленно увеличьте диаметр каждой трубы милиметров на 30-50 теперь попродуйте это все закомпоновать.  Чтобы представить количество тех труб, загляните в мотогандолу своего любимого самолета и умножте кол-во труб и трубок, увиденых там, скажем, на восемь. Это для наглядности. Да! еще не забудьте, что для продува КАЖДОЙ вашей  трубы понадобятся ДВЕ трубки(подвод/отвод) продува гелием, которые, в свою очередь надо тоже напылять пенопластом...

 Паааагадите! При чём тут мотогондола? Я ж про наземное заправочное оборудование.  Мотогондола не! В двигателе никаких двойных трубок. Слава богу виды и разрезы и ССМЕ и РД-0120 уже достаточно хорошо известнф чтобы не допускать дурных мыслей. Впрочем RL-10 и КВД-1 - тоже .
 Тут заполнение двигательного отсека инертным газом или вакуумом и никаких проблем.
 Кстати. На одном из МАКСов (который был с участием павильона на Красной Пресне) выставлялся РД-0120 снятый прямо со стенда. У него вся арматура была залита в пеноапласт. То бишь все эти водородные трубы, трубки и трубочки в единый блок пенопласта. Во так. ;)

Вот отож!!!
 В этом вся разница между авиационным и ракетным подходом. Ракету, типа, можно всю пенопластом залить и азором заполнить.
А вот как вам, старому, в водородном Ан-30 перед каждым регламентом и чтобы просто под капот заглянуть - пару дней выкавыривать оттуда пенопласт? Причем пенопласт не кусками туда напиханый, а накрепко без зазоров ко всем трубам прилепленый, чтобы между ним и трубой не намораживалось...

[X]

Что касается проблем просачивания водорода в ТНА, то насколько я понял она не самая существенная. Кислород то не просачивается, и если двигательный отсек заполнен нейтральным газом, то водороду не с чем будет образовывать взрывоопасную смесь.
 Насосы водорода и кислорода в водородных ЖРД обычно пространственно разнесены, поэтому тоже прямое смешение получается редко. Разве что в кислородном ТНА, где турбина на водороде а насос кислородный. Насколько я помню при испытании SSME по этой причине был взрыв на стенде - в кислородном ТНА водород с турбины просочился сквозь уплотнение подшипнтка к кислороду.

Просачивается все - и водород, и кислород, и керосин, etc. Ведь в ТНА все уплотнения []на валу[/i] - неконтактные (плавающие кольца, лабиринты, импеллеры, etc.) Поэтому абсолютно непроницаемых уплотнений нет. И приходится делать массу вещей для предотвращения смешения компонентов: по нескольку поясов дренажа, продувку межнасосных (или между насосом и турбиной) уплотнений гелием, причем все время работы двигателя.

По этой причине пространственное разнесение насосов уменьшает проблему, но не устраняет. Разве что делать ТНА для LOX - на кислом газе, а для LH2 - на восстановительном.

[X]

В этом вся разница между авиационным и ракетным подходом. Ракету, типа, можно всю пенопластом залить и азором заполнить.
А вот как вам, старому, в водородном Ан-30 перед каждым регламентом и чтобы просто под капот заглянуть - пару дней выкавыривать оттуда пенопласт? Причем пенопласт не кусками туда напиханый, а накрепко без зазоров ко всем трубам прилепленый, чтобы между ним и трубой не намораживалось...

В водородном Шаттле перед каждым "регламентом" на SSME "глядели", а иногда и ремонтировали. Он ведь тоже весь разъемный-разборной-многоразовый.

РД-0120 тоже, кстати, многоразовый (конструктивно). Заливку верхней части двигателя пенопластом применяли (IMHO) только в одноразовых задачах (других задач, правда, этому двигателю выполнять не довелось).

[Fakas]

Ну, Старый, раз так, то отчего вы проигнорировали: "Объясните мне, кто знает, почему отношение УИ пустотного к атмосферному для водородников ЗНАЧИТЕЛЬНО больше, чем для других типов ЖРД? Причиной этому особенности проектирования (т.е. расчет в основном на работу в вакууме) или особенности самой топливной пары?"

Причина тут в чисто конструктивных решениях. Как правило водородная первая ступень работает длительное время, часто "почти до орбиты", то есть основное время работы приходится на большую высоту и вакуум.

Хм, я то на этот вопрос промолчал попросту потому что так однозначно ответить уже не могу . С одной стороны Старый прав -- водородники на 1-ю ступень не ставят -- смысла нет. А для высотных сопел заметны потери на перерасширение при работе на земле. Но с другой стороны Iуд. зависит и от молекулярной массы газа и от соотношения 1-Ра/Рк. Т.к. точную зависимость я не помню, то вот так вот безапелляционно утверждать, что дело только в потерях на перерасширение, я бы не стал.
Что касается наводораживания. Дело ведь не только в насосах. Главная проблема это газогенератор, турбина и газовод. Там идет горячий "сладкий" газ с очень большим содержанием водорода (в идеале -- чистый водород ). А нагрузки на эти узлы (а там максимальное давление горячего газа в двигателе -- где то Рк+ 10..15 МПаб а темперарура в районе 1000-800К). Соотв. даже за то небольшое время, что работает ЖРД проблема охрупчения материала мешает жить.
Да, и еще, о компоновке ТНА. Насосы кислорода и водорода в классической одновальной схеме стоят все таки близко. Не рядом -- все таки разносят их (на 11Д122 между ними рессора и узел, продуваемый инертным газом), но совсем уж их в разные концы РН не разнесешь . BTW, американцы себе конечно кислородным ТНА добавили поставив кислородный насос к водородной турбине. Грубая ошибка проектирования ТНА ставить насос окислителя к "сладкой" турбине , мой одногрупник готовый чертеж ТНА к диплому переделывал из-за этого. Бумажный .

[X]

Не понял. Какое время работы этих насосов и какова связь наводораживания с количеством оборотов ТНА? За несколько минут работы ТНА он успевает наводородиться и разрушиться?

Часто водородные насосы работают от земли до орбиты. При некоторых условиях наводораживание является необратимым, т.е. оно не изчезает. Во втором полете (при многоразовом ЖРД) ТНА будет работать с "ослабленными" деталями. В следующий раз - еще сильнее, и т.д.

Наводораживание не зависит от количества оборотов ТНА. Просто в ТНА из-за больших оборотов реализуются очень большие нагрузки на детали, в том числе и вибронагрузки. Наводораживание охрупчивает делали и постепенно "съедает" их запас прочности. Это не проблема для одноразовых ЖРД, но для многоразовых могут все выгоды многоразовости исчезнуть.

[МиГ-31]

В этом вся разница между авиационным и ракетным подходом. Ракету, типа, можно всю пенопластом залить и азором заполнить.
А вот как вам, старому, в водородном Ан-30 перед каждым регламентом и чтобы просто под капот заглянуть - пару дней выкавыривать оттуда пенопласт? Причем пенопласт не кусками туда напиханый, а накрепко без зазоров ко всем трубам прилепленый, чтобы между ним и трубой не намораживалось...

В водородном Шаттле перед каждым "регламентом" на SSME "глядели", а иногда и ремонтировали. Он ведь тоже весь разъемный-разборной-многоразовый.
РД-0120 тоже, кстати, многоразовый (конструктивно). Заливку верхней части двигателя пенопластом применяли (IMHO) только в одноразовых задачах (других задач, правда, этому двигателю выполнять не довелось).

Дык это и есть "самолетный", в отличии от "ракетного" подход. Поэтому все сложнее и дороже.
 Вот я потихоньку для себя в этой ветке и выясняю, насколько у ракетчиков "проще и дешевле"  :lol:

[Старый]

МиГ-31.
 Чтобы на авиационном двигателе избавиться от проблем с криогенностью нужно сделать какой-нибудь газификатор, чтоб арматура двигателя работала уже с газообразным водородом при нормальной температуре.

[Старый]

Хотя тогда наверно будут проблемы со сжатием газа для подачи в форсунки...

[Игорь Суслов]

...почему отношение УИ пустотного к атмосферному для водородников ЗНАЧИТЕЛЬНО больше, чем для других типов ЖРД?

Причина тут в чисто конструктивных решениях.

Хм, я то на этот вопрос промолчал попросту потому что так однозначно ответить уже не могу . С одной стороны Старый прав.... Но с другой стороны Iуд. зависит и от молекулярной массы газа и от соотношения 1-Ра/Рк.

Угу. Как всегда - проще самому разобраться.
Из уравнения Бернулли для адиабатического процесса следует, что  удельный импульс зависит от температуры в критике, показателя адиабаты и отношения давлений. К сожалению, писать формулу - лениво, выкладывать захваченный рисунок на свой сайт - лениво, а приаттачить к посту в форуме - не возможно.

Поэтому, Fakas, по всей видимости, прав.

[Старый]

Угу. Как всегда - проще самому разобраться.
Из уравнения Бернулли для адиабатического процесса следует, что  удельный импульс зависит от температуры в критике, показателя адиабаты и отношения давлений. К сожалению, писать формулу - лениво, выкладывать захваченный рисунок на свой сайт - лениво, а приаттачить к посту в форуме - не возможно.
Поэтому, Fakas, по всей видимости, прав.

 Секундочка! В чём же Факас прав? Насколько я понимаю показатель адиабаты одинаков и для высотного и для земного сопла? То есть всё сводится к соотношению давлений то есть высотности сопла?
 То есть если из чисто конструктивных соображений ставят высотное сопло, то не будет вам высокого УИ у земли, адиабата то при чём?
 Если кто нибудь подскажет, в каком номере НК табличка водородников с первой ступени, то можно предметно рассмотреть.
 Жаль Вэйд не открывается, можно было и оттуда глянуть.

[МиГ-31]

МиГ-31.
 Чтобы на авиационном двигателе избавиться от проблем с криогенностью нужно сделать какой-нибудь газификатор, чтоб арматура двигателя работала уже с газообразным водородом при нормальной температуре.

А чтобы избавиться от проблем с криогенностью топливной системы - вообще перейти на газообразный водород при нормальной температуре :lol: . Возить за собой "Цеппелинов" на веревочке. Заодно и на крыльях можно будет сэкономить.
 Уа-ха-ха!

[Старый]

А чтобы избавиться от проблем с криогенностью топливной системы - вообще перейти на газообразный водород при нормальной температуре :lol: . Возить за собой "Цеппелинов" на веревочке. Заодно и на крыльях можно будет сэкономить.
 Уа-ха-ха!

 То есть опять пришли к керосину?

[Игорь Суслов]

Секундочка! В чём же Факас прав? Насколько я понимаю показатель адиабаты одинаков и для высотного и для земного сопла? То есть всё сводится к соотношению давлений то есть высотности сопла?

Ну, конечно! Удельный импульс двигателя ПРИ ЗАДАННЫХ КОМПОНЕНТАХ зависит ТОЛЬКО от степени расширения газа в сопле.

Но вопрос-то мой был "...почему отношение УИ пустотного к атмосферному для водородников больше, чем для других типов ЖРД?"
А показатели адиабаты "водородника" и "других типов ЖРД" все же различаются.

Для желающих подробнее разобраться, вот теория, весящая 800К: http://www.geocities.com/igor_suslov/ftd-redir.pdf ( стр.10-18 )