РД на метане

[mihalchuk]

Копатыч пишет:
P.S. А почему, кстати, не делают воспламенение от нагрева? Скажем, за секунду перед пуском маленькая деталька из какого-нибудь карбида (проводит ток) раскаляется докрасна. Потом - подача топлива и готово!

О таком зажигании я слышал ещё в советское время, причём, был зарубежный вариант, притягательный отсутствием электричества: та элемент накалялся под действием сильного акустического излучения. Видать, не прижилось. Думаю, в зажигании очень важна надёжность, так как задержка на десятые секунды чревата детонацией.

[mihalchuk]

Копатыч пишет:
Пишут, что OF2 довольно пассивный для столь "мощного" вещества. Мол, ему нужна некая энергия активации, чтобы начать реакцию. Даже можно смешивать с углеводородами и оно не рванёт пока не нагреешь.
Думаю, многие согласятся, что от соединений фтора лучше держаться в стороне. Но уж если делать предельный двигатель, то он должен быть таким:

1) Трёхкомпонентный (два компонента - для слабаков)
2) Окислитель - смесь кислорода и озона, со стабилизирующей добавкой чистого фтора. Озона должно быть не меньше 30% (с добавкой фтора детонировать не будет).
3) В горючем обязательно должно быть много ацетилена. Смесь "этилен-ацетилен" 50/50 подойдёт.
4) Водород! На охлаждение камеры и сопла и привод турбины. Схема - безгазогенераторная, частота вращения вала обязательно должна быть over9000 оборотов (а-ля РД-0120/РД-0146)
5) Давление не меньше 111 бар (мало, но надеюсь Валентин Петрович не осудит).
6) Степень расширения сопла - 666.

P.S. Такая топливная пара даёт самовоспламенение. Запальники - от лукавого.

Аплодисменты!    Только давление в КС - 13 МПа.

[Salo]

Копатыч, для подобных вариантов есть своя тема:
Метан, пропан, бутан, оливковое масло...   

[mihalchuk]

Копатыч пишет:
Почему бы не сделать, скажем, две маленькие пусковые форсунки. Такие, чтобы потоки из них смешивались вблизи этой детальки из керамики. Вот вам и смесь.

Форсунки - это элемент конструкции. Их надо расчитывать, смотреть тепловые нагрузки, охлаждение, генерацию частот и т. д. Проблема в том, что после запуска двигателя они не нужны, а условия, в которых они будут находиться, критичны. Систему зажигания после запуска стараются убрать, и правильно. По этой же причине сильно сомневаюсь в электроискровом зажигании на предмет повторного запуска - там может просто всё выгореть. Пусковые ампулы пока вне конкуренции.

[Буцетам]

Salo пишет:
Копатыч, для подобных вариантов есть своя тема:
 Метан, пропан, бутан, оливковое масло...   

Ну, запальник-то имеет отношение к метану, верно? Тогда вот вам запальник от SSME, искровой.

Прошу обратить внимание, здесь есть уплотнения между керамикой и металлом. Так что керамическую "детальку", наверное, можно разместить в форсуночной головке.

[Seerndv]

Это только высоковольтный модуль зажигания. Как на ДВС автомобиля.
Не ЗУ.
Тут вот особенности зажигания рассматриваются.

http://www.mai.ru/upload/iblock/bad/bada2f94a339e9e7030132ebce6cb80b.pdf

[Буцетам]

Хорошее видео! Стоимость НК-33 -  5 млн. Это ведь дешевле РД-193, верно?

[Буцетам]

mihalchuk пишет:

Копатыч пишет:
Почему бы не сделать, скажем, две маленькие пусковые форсунки. Такие, чтобы потоки из них смешивались вблизи этой детальки из керамики. Вот вам и смесь.

Форсунки - это элемент конструкции. Их надо расчитывать, смотреть тепловые нагрузки, охлаждение, генерацию частот и т. д. Проблема в том, что после запуска двигателя они не нужны, а условия, в которых они будут находиться, критичны. Систему зажигания после запуска стараются убрать, и правильно. По этой же причине сильно сомневаюсь в электроискровом зажигании на предмет повторного запуска - там может просто всё выгореть. Пусковые ампулы пока вне конкуренции.

Две небольшие форсунки не добавят сложности двигателю. Ведь больших форсунок там не две штуки, а десятки.
В работе их можно и не отключать. Они ведь маленькие, мешать не будут. Так что пускай по ним "шурует" топливо, охлаждает. Бог даст, не выгорят.

[Seerndv]

2.4.7
 Системы зажигания
Воспламенение компонентов – наиболее ответственный момент запуска.
Особенно сложен он в двигателях на несамовоспламеняющихся компонентах.
В этом случае в камере и ЖГГ должно быть специальное устройство или блок
зажигания, которое создает достаточно мощный источник тепла, с температурой
выше температуры воспламенения компонентов.
Если воспламенение происходит с большой задержкой, то возможен взрыв.
Часто используется блокировка  – ставится реле давления и реле времени. Если в
течение заданного времени не срабатывает реле давления, то запуск прекращается,
клапаны подачи закрываются. Для уменьшения задержки воспламенения целесообразно источник зажигания включать перед подачей второго компонента.
Воспламенение компонентов возможно только в газовой фазе при температуре:
Т>500К для топлива кислород-керосин;
Т>900К для топлива кислород-водород.
Источником тепла, необходимого для испарения топлива и подогрева его
паров до температуры воспламенения, является воспламенительное устройство.
Оно устанавливается на головке камеры или вводится внутрь камеры со
стороны сопла и по команде создает местную зону горячего газа, температура
которого должна быть выше температуры воспламенения паров топлива
...

 
Электроискровое зажигание.
Электроискровое зажигание применяется в основном в кислородно-водородных ЖРД.
Электроискровое зажигание осуществляется помощью электроискровых свечей
поверхностного разряда, питаемых от высоковольтного трансформатора.
Тепловая энергия, выделяемая свечами ограничена. Поэтому чаще всего зажигание выполняется двухступенчатым: свеча поджигает компоненты в камере
малых размеров, которая воспламеняет компоненты в основной камере. Это
устройство называют воспламенителем (рис. 2.10)




 

Взято из методички альма-матер:
 
http://tdla.ssau.ru/uop/ksrd/conspect.pdf

- я никак не мог вспомнить как называется специальная маленькая камера для искры и смеси :oops:  ( воспламенитель)

В таких случаях ещё хороши учебники для техникумов  

А вот температуры кислород -  метан  не приведено  
Будем считать средней - 700 К  

[Буцетам]

Seerndv пишет:

В таких случаях ещё хороши учебники для техникумов    

Для ВТУЗов  

[Seerndv]

А вот наврал про температуру воспламенения. Она близка к водородной и вообще там не всё так просто ( из
http://chem21.info/info/269252/ )

[Seerndv]

Уж не помню было или нет:

Особенности построения заправочной системы сжиженного природного газа на стартовом комплексе

авторы: Бармин И. В., Королев Н. С., Чугунков В. В.
 
Рассмотрено построение заправочной системы сжиженного природного газа, исключающее возникновение режима ролловера и повышающее безопасность хранилища перспективного ракетного горючего на стартовом комплексе. Методы исключения режима ролловера при эксплуатации хранилищ СПГ в составе заправочного оборудования стартовых комплексов основаны на поддержании стабильного состава СПГ в хранилище и организации перемешивания топлива при выполнении операций пополнения заправочной системы новыми порциями топлива и при сливе его из топливных баков ракеты при отмене старта. Для поддержания стабильного состава СПГ при его хранении рассмотрено применение в хранилище заправочной системы испарителя-конденсатора, установленного в паровом пространстве резервуара, с помощью которого осуществляется конденсация метана в паровом пространстве хранилища.
http://engbul.bmstu.ru/file/754946.html?__s=1

[Seerndv]

Про примеси  загадочное, то ли уточняющее, то ли смущающее высказывание   почтенного "перегрева" последовавшее за цитируемым:




Цитата: mse от 26.04.2015 18:58:12
Ну, криотехника там полюбому будет, разделят легко.


Дык как сказать... Емнип там речь о 2%, т.е. 98% чистого метана не дают серьезной прибавки к УИ, а вот на 99% уже очень здорово подскакивает

[Salo]

Интересно, с чего бы это?.

[Seerndv]

Вот и я задумался ... :oops:
Какие чудеса м.б. от двух сотых?
Они даже на теплоту сгорания. если верить графикам, не шибко влияют.

[Кубик]

Да если и есть роль примесей, по мне больший страх - "кессонная болезнь" - выделение растворённого газа и отказ насосов, хотя уж это, думаю, не ожидается...

[dmitryskey]

Вот что Кларк писал по поводу запуска


Ещё одной хитрой проблемой с кислородными двигателями был их запуск. Начиная с A-4 и вплоть до Тора и Юпитера пиротехнический старт являлся обычным делом, но это было значительным усложнением с низкой надежностью. Зангер использовал инициатор из диэтилового цинка, и Bell Aerosystems превзошла его путем применения триэтилового алюминия для запуска двигателей на кислороде-PR-1. Запечатанная ампула, содержавшая смесь 15 процентов триэтилалюминия и 85 процентов триэтила бора, раздавливалась под давлением в топливной магистрали при запуске, реагировала с самовосламенением с жидким кислородом, и вы получали нужный результат. Все это было просто и очень надежно.

...


 Водород и кислород сами по себе не самовосламеняются, но их горение очень легко инициализировать. Газообразный кислород и водород поступают в небольшую вспомогательную камеру, где они зажигаются при помощи электрического разряда, после чего пламя из вспомогательной камеры запускает процесс в главной камере. Некоторая работа была проведена с самовосламенением кислорода с водородом, Л.А.Дикинсон,А.Б.Амстер и проч. в Stanford Research Institute докладывали в 1963 году, что незначительное количество (меньше чем одна десятая 1 процента) O3F2 в жидком кислороде должно давать нужный эффект, и данная смесь была стабильна в течение по крайней мере недели при 90К (точке кипения кислорода). Соединение O3F2 , иногда называемое фторидом озона, является темнокрасной, нестабильной и чрезвычайно химически активной жидкостью, производимой с помощью электрического разряда в смеси кислорода и фтора при температуре около 77К. Недавно было доказано, что на самом деле это смесь O2F2 и O4F2. Однако не похоже на то, что электрическое зажигание водород-кислородных двигателей будет через какое-то время вытеснено чем-то иным.

[TDMS]

октоген пишет:
В минусах дифторида кислорода токсичность. Однако вонючкой РБ заправляют в изолирующих костюмах. Так что ничего не поменяется.

Проблема очевидно не в заправке. Нужно ответить на вопрос, что произойдет:
а) при проливе (утечке),
б) при аварии на старте,
в) при аварии на высоте.

Если в любом из этих трех случаев есть риски получить экологическую катастрофу или потравить кучу людей - никто не будет связываться с дифторидом, какими бы супер-пуперскими свойствами он не обладал. 

В вонючке и ее стандартном окислителе нет веществ, которые после разложения будут долго напоминать о себе. А фтор он и в Африке фтор (( 

[Буцетам]

TDMS пишет:

Нужно ответить на вопрос, что произойдет:
а) при проливе (утечке),
б) при аварии на старте,
в) при аварии на высоте.

Вот, казалось бы, фтор - опаснейшее вещество! Ан нет, только второй класс опасности. У озона - первый, у гидразина - тоже первый. Поэтому при утечке фтора проблем (с отравлением) не больше чем при утечке гидразина. Но пожар, конечно, возможен.
Авария на старте: тут сложно сказать. Гидразин ведь, скорее всего, тут же сгорит. А фтор может и не прореагировать (особенно если окислитель - флокс, а не чистый фтор). То есть опять, фтор не архиопасен. Хотя если прореагирует, то будет фтороводород (1-й класс опасности, плавиковая кислота - 2-й класс).
Авария на высоте, рискну предположить, наименее опасная из всех аварий.

В общем, я - за фтор. В качестве добавки. Процентов 20. Такой флокс может быть гипергольным, если в горючее добавить вещество с двойными или тройными связями. Например, раствор ацетилена в этане, или смесь этилена и метана.

То есть фтор даёт нам повышение УИ секунд на 5-7 (для 20%-й смеси) и упрощение двигателя за счет гипергольности.
Кстати, кто объяснит, почему у  "вонючих" двигателей такая высокая тяговооруженность? Неужто плотность и гипергольность дают такой выигрыш? Пример:
LR-87-3 - керосин/кислород, тяговооруженность 87
LR-87-5  - аэрозин/тетраоксид, тяговооруженность 150

[Вернер П.]

Копатыч пишет: В общем, я - за фтор.

Давайте только не здесь