РД на метане

[Salo]

http://www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=36420
К вопросу обеспечения безопасности отработки и эксплуатации двигательных установок РКС на криогенных компонентах топлива
Автор: Галеев А. Г.
http://www.mai.ru/upload/iblock/e6c/e6c0062ab69d0afa82fbff2b8822ff32.zip

В отечественных перспективных разработках ракетно-космической техники предусматривается создание одноразовых средств выведения (РН легкого, среднего и тяжелого классов) и многоразовых ракетно-космических систем (МРКС) с использованием экологически чистых компонентов топлива:
- на первых ступенях кислородно-керосинового или кислородно-метанового топлива;
- на верхних и разгонных ступенях кислородно-водородного топлива.
На первых ступенях РН указанных классов рассматривается использование кислородно-керосиновых двигателей РД180 (тяга ~ 4000 кН) или РД191 (тяга ~ 1900 кН) разработки ОАО "НПО Энергомаш им. академика В.П. Глушко".

Следует отметить, что в современных одноразовых средствах выведения, когда вопросы повторного применения ЖРД не являются определяющими, использование кислородно-керосинового топлива в ДУ первых ступеней характеризуется приемлемым уровнем экологической безопасности. При этом использование кислородно-керосиновых двигателей РД191 и РД180, выполненных с дожиганием окислительного генераторного газа (ДОГГ) и высокими параметрами (рк = 26 МПа), абсолютно оправдано благодаря высокой экономичности указанных ЖРД и энергетической эффективности РКС.

Однако, их эксплуатация для МРКС с учетом комплексного показателя надежности, безопасности полетов и стоимости изготовления ЖРД становится проблематичным. Это связано с тем, что достижение требуемого уровня безопасности для ЖРД с ДОГГ сопряжено со значительными, порою не оправданными трудностями и затратами, прежде всего, потому, что закрытая схема с окислительным газогенератором имеет повышенную склонность к возгоранию. Кроме того, аварийные процессы в высокотемпературной кислой среде развиваются настолько быстро (<0,02...0,06 с), что создание эффективной САЗ двигателя оказывается практически невозможным, способной своевременно, до взрыва отключить аварийный ЖРД. Защита от возгораний газовых трактов ЖРД с ДОГГ осуществляется за счет применения дорогостоящих специальных конструкционных материалов и технологически сложных теплозащитных покрытий.

В этом плане создание кислородно-метановых ЖРД представляет особый интерес для их использования в составе МРКС-1. Метан не ядовит, в отличие от керосина проливы сжиженного природного газа (СПГ) с содержанием метана не менее 95 % быстро испаряются, не нанося вреда окружающей среде. СПГ как ракетное горючее занимает промежуточное положение между водородом и керосином по своим физико-химическим свойствам. В сравнении с керосином метан обладает следующими преимуществами:
- стоимость сжиженного метана вдвое ниже стоимости керосина;
- прирост удельного импульса тяги ЖРД на кислородно-метановом топливе на 196 м/с больше, чем на кислородно-керосиновом топливе, а температура продуктов сгорания с кислородом снижается на 200°С при одинаковых внутрикамерных параметрах;
- сгорание метана с кислородом не вызывает сажеобразования, что позволяет использовать в схеме ЖРД дожигание восстановительного газогенераторного газа (ДВГГ);
- метан превосходит керосин по охлаждающим свойствам.

 Недостатками метана в сравнении с керосином являются: более низкая температура кипения (Ткип=111,5 К) и меньшая плотность (ρ=424 кг/м3).

Исследования, проведенные в [7], показывают, что к числу основных преимуществ применения кислородно-метановых ЖРД в составе МРКС относятся:
- обеспечение повышенного удельного импульса тяги (примерно на 196 м/с) при умеренно напряженных параметрах (рк=16...19 МПа) по сравнению с кислородно-керосиновыми ЖРД с высоконапряженными параметрами (рк до 26 МПа);
- более низкая температура газов перед турбиной (до 600 К), являющейся предпосылкой для создания многоразового двигателя с большой кратностью применения;
- после останова двигателя остатки метанового топлива и жидкого кислорода газифицируются и удаляются полностью из магистралей двигателя и баков на баллистическом участке траектории полета возвращаемого ракетного блока (ВРБ);
- кислородно-метановые ЖРД с умеренно напряженными параметрами позволяют реализовать форсирование тяги (для горячего резервирования ЖРД);
- из-за отсутствия коксообразования при сгорании метанового горючего могут быть созданы высокоэффективные ЖРД с восстановительным газогенератором, аварийность которых в 4-8 раз ниже, чем у ЖРД, работающих по окислительной схеме. Время протекания аварии газового тракта (в двигателе с ДВГГ) до потери герметичности, как правило, cоставляет 0,1...0,5 с, что позволяет реализовать эффективную систему САЗ.

Таким образом, использование кислородно-метановых ЖРД на ВРБ позволяет выполнить требования по надежности и безопасности МРКС-1 в полном объеме.

[Дмитрий]

А не слышно, как развиваются работы по теме
http://globalscience.ru/article/read/19008/
Может можно его к метану добавлять?

[Salo]

Seerndv пишет:

"ЦСКБ-Прогресс" ведет работы по созданию ракеты "Союз-5"


Самарское ФГУП "ЦСКБ-Прогресс" ведет работы по созданию ракеты-носителя "Союз-5", сообщил генеральный директор предприятия Александр Кирилин в интервью Волга Ньюс.
"Вы знаете, что объемный хороший проект носителя "Русь-М" по решению государства был остановлен. Тем не менее сейчас предприятие в качестве собственного инициативного проекта ведет разработку нового современного носителя среднего класса - так называемый "Союз-5". Сейчас мы с этим проектом вошли в программу НИР Роскосмоса "Магистраль" и в текущем году эту работу должны "защитить". Проект примечателен тем, что в составе топлива здесь применяется сжиженный природный газ", - сообщил Кирилин.
По словам гендиректора "ЦСКБ-Прогресс", ракета создается по абсолютно новой схеме - двухступенчатый носитель с двумя боковыми блоками.
 http://vkonline.ru/news/247320/20130328/cskbprogress-vedet-raboty-po-sozdaniyu-rakety-soyuz5.html

- "Кавалергарда век недолог" (С)?  

[Наперстянка]

 Защита от возгораний газовых трактов ЖРД с ДОГГ осуществляется за счет применения дорогостоящих специальных конструкционных материалов и технологически сложных теплозащитных покрытий. 

В этом плане создание кислородно-метановых ЖРД представляет особый интерес для их использования в составе МРКС-1. 

В этом плане годится только водород,а все остальное - инсинуации.

[SFN]

Из этих трех предложений никаких планов составить не смог )

Среднее предложение явно выбивается из рлоскости плана.
"В этом плане создание кислородно-метановых ЖРД представляет особый интерес для их использования в составе МРКС-1. Метан не ядовит, в отличие от керосина проливы сжиженного природного газа (СПГ) с содержанием метана не менее 95 % быстро испаряются, не нанося вреда окружающей среде. СПГ как ракетное горючее занимает промежуточное положение между водородом и керосином по своим физико-химическим свойствам. В сравнении с керосином метан обладает следующими преимуществами:
- стоимость сжиженного метана вдвое ниже стоимости керосина;
- прирост удельного импульса тяги ЖРД на кислородно-метановом топливе на 196 м/с больше, чем на кислородно-керосиновом топливе, а температура продуктов сгорания с кислородом снижается на 200°С при одинаковых внутрикамерных параметрах;
- сгорание метана с кислородом не вызывает сажеобразования, что позволяет использовать в схеме ЖРД дожигание восстановительного газогенераторного газа (ДВГГ);
- метан превосходит керосин по охлаждающим свойствам.
 "

[pragmatik]

SFN пишет:
Из этих трех предложений никаких планов составить не смог )
сжиженного природного газа (СПГ) с содержанием метана не менее 95 % быстро испаряются, не нанося вреда окружающей среде.
- стоимость сжиженного метана вдвое ниже стоимости керосина; 
и.т.д.
 "

Но вот из за меньшей плотности, объём баков должен быть больше, а у нас "игольное ушко" жд.дорога.
Если переходить на метан, то производить "баки" около космодрома, как когда то Н1.... а иначе прелести газа изчезают.

[Saul]

А в СПГ метановом есть тяжелые фракции, которые при длительном хранении естественно оседают вниз. Где-то здесь выше было описание аварий вызванных резким вскипанием при догрузках. Неплохо бы их параметры изучить. Плотность выше, диаметр меньше, может влезет в ЖД габарит "2 лошадиные задницы", раз самолёт лень делать.

[Artemkad]

pragmatik пишет:
Но вот из за меньшей плотности, объём баков должен быть больше, а у нас "игольное ушко" жд.дорога.
Если переходить на метан, то производить "баки"около космодрома, как когда то Н1.... а иначе прелести газа изчезают.

Да, кстати, была у меня когда-то дурацкая мысль. Для такой пары можно сделать коаксиальные баки с общей тонкой легкой теплоизолируюше стенкой. Внутренняя полость для кислорода, наружная для СПГ. Разница температур между этими двумя жидкостями порядка 20-40 градусов, что не потребует серьезной внутренней теплоизоляции и такая конструкция снизит потери на испарение. Площадь сечения баков можно сделать такой, что-бы по мере расходования компонентов уровень их менялся примерно равномерно. При таком подходе наружный диаметр для разных объемов топлива остается одинаковым.

[Дм. Журко]

О первенстве. Не знаю точно, вспоминал ли кто тут, но первым жидкий метан применил Винклер -- редактор немецкого журнала "Ракета" -- в 1931.

[Mark]

Топливо будущего. 07.04.2013

Анализ мировых энергетических проблем показывает, что в ближайшем будущем природный газ оттеснит на второй план наиболее популярные ныне энергоносители – нефть и уголь. Ожидается, что к 2020 году доля природного газа в общем энергопотреблении достигнет 45-50%, вместо «нефтяной эпохи» приходит эпоха «метана» (природного газа). Если промышленных запасов нефти, по различным прогнозам, хватит еще примерно на 20-30 лет, то газа – более чем на 100 лет, и, по мнению зарубежных экспертов, в будущем на мировом рынке газа будет доминировать именно сжиженный природный газ (СПГ). В настоящее время сектор СПГ является одним из самых динамичных в энергетической отрасли: мировое потребление сжиженного газа растет на 10% в год, тогда как газопроводного только на 2,4%.

В США НАСА успешно испытала метановый ракетный двигатель. Предполагается, что топливо на основе сжиженного метана вытеснит водородное в ракетной технике, так как имеет ряд преимуществ. Специалисты НАСА убеждены, что использование двигателей на основе жидкого метана и кислорода в космических аппаратах имеет большое будущее.

http://kapital.kz/details/13679/toplivo-buducshego.html

[Salo]

vekazak пишет:
Русь - М на метане. С 2 РД-0164. А гигантов типа РД-170 и РД- 175 на свалку.

Большой пишет:
РД0164? Что за зверь? на основе РД0162?

vekazak пишет:
На базе. Тяга более 250 +- 30, СПГ+О2

[Alexandr_A]

http://kbkha.ru/?p=8&cat=11&prod=59
Небольшие изменения на странице метанового проекта КБХА
МТКС теперь называется МРКС-1
Для РД0162 - Давление в камере, кгс/см² (МПа)  Было 175 (17,2)  Стало  160 (15,7)
Из заголовка убрали РД0162М

[frigate]

От "Байкала" до "Амура" мы проложим "Магистраль"  :?:

[SFN]

про сжижение ПГ


Установка сжижения природного газа ОП-1
 
 

Основные параметры:
Производительность установки	~	1100 кг/час
Параметры получаемого СПГ:
давление (избыточное)	-	2,5 атм (0,25 МПа)
температура	-	124 K
Площадь, занимаемая установкой	~	800 м².
Энергозатраты на получение 1 кг СПГ	-	0,6 кВт.час.

http://www.cryobzkm.ru/lng/

[Mark]

Тоже и в Германи, DLR - Institut für Raumfahrtantriebe - Raketenantriebe, идут ислодоватениа ракетной технологией. В центре работы, процессы горения и технологии для жидкостных ракетных двигателей на LOX/водород и LOX/метан.  Давление КС лежат в диапазоне от нескольких бар до 330 бар, температура жидкости в диапазоне 40 K до 3500 K.


http://www.dlr.de/ra/desktopdefault.aspx/tabid-8482/14617_read-36472

[Mark]

Технологические основы для дизайна термических и механических высоконагруженных компонентов будущих космических транспортных систем. Моделирование инъекций смешивания и сжигания в ракетных двигателей для топлива LOX/CH4.

http://www.sfbtr40.de/index.php?option=com_content&view=category&layout=blog&id=36&Itemid=60&lang=de

[Salo]

Mark пишет:
 Розработка жидкостного ракетного двигателя на компонентах топлива метан и кислород для многоразовой ракетно-космической системы. Много интересных детали, страница 253-259.
 
Авторы: А.Ф. Ефимочкин, С.П. Хрисанфов, В.В. Голубятник, П.В. Кафарена, А.В. Елисеев, ОАО КБХА.
 

ВЫВОДЫ:
 Испытания подтверждают возможность сосдания маршевого кислородно-метанового ЖРД по новой принципиальной схеме: две турбины росположены на общем валу ТНА, одна из которых приводится в движение генераторным газом с избытком окислителя, а вторая- парами горючего, нагретыми в рубашке охлаждения камеры сгорания.

http://www.ssau.ru/files/editions/vestnik/vestnik2012_3_1.pdf

[Salo]

[Дем]

Испытания подтверждают возможность сосдания маршевого кислородно-метанового ЖРД по новой принципиальной схеме

Создать можно любую хрень. А чем он лучше-то?

[blik]

Salo пишет:

позволяет ... при низких температурах газов перед турбиной. Что создает предпосылки долговечности турбины ... и позволяет свести к минимуму опасность возгорания элементов конструкции окислительного тракта, поскольку температура газа (600К) значительно ниже порога поджига применяемых материалов.

Ага, но уж если подожгется, например ротор там заденет или стружка попадет, то гореть будет здорово, как прежде.