РД на метане

[Бичпакет]

Этилена я так понимаю там  должно быть немного (менее 20% кажется), чтоб влиять на импульс так плохо как вы описываете

УИ у этилена выше чем у этана (незначительно), человек ошибается. Я больше скажу, по таким рассуждениям, у ацетилена удельный импульс будет наинизший, ведь у него C/H = 1/1. Ха ха но нет, всё наоборот, УИ у ацетилена не только выше чем у его более "водородного" собрата пропина (C3H4), но даже выше чем у этана (C2H6) и выше чем у метана! А вот бензол менее импульсный, хотя тоже C/H=1/1. Потому что энергии в молекуле не очень много (связь двойная), а у ацетилена очень много (связь тройная).
Ацетилен это самое высокоимпульсное углеводородное горючее (ну разве что циклопропан чуть лучше, уже не помню). Именно поэтому у Пок-мока (POCКОСМОС) одно время было уникальное ноу-хау под названием Ацетам. Но почему-то не сложилось хмм, интересно почему (нет)
Что касается смесей. Мешать лучше не алканы с алкенами, а алканы с алканами. Алкены, алкины, арены и любые вещества с кратными связями будут коксоваться в каналах, полимеризоваться в трубах/баках при плохой очистке поверхностей, давать сажу в сладком газогенераторе. С алканами проблем таких нет, и сажи они не дают, если это метан, этан или пропан. Вот эти трое и нужно смешиват, к тому же температура замерзания у всех троих одинаково низкая, самая низкая из всей органики вообще (90К).
Мой личный выбор - это переохлаждённая эвтектика метан+этан в основном баке, и эта же смесь, но при 140К в пусковом баке. При такой температуре в смеси можно растворить несколько % ацетилена. А этого достаточно для самовоспламенения с кое чем другим (оксислителем во втором пусковом баке). Вот тебе и гиперголь без гептильной вонючки и без триэтилбора. Зелено, нетоксично. Это уже моё собственное ноу-хау, пользуйтесь...

[Prokrust]

Ацетилен это самое высокоимпульсное углеводородное горючее (ну разве что циклопропан чуть лучше, уже не помню). Именно поэтому у Пок-мока (POCКОСМОС) одно время было уникальное ноу-хау под названием Ацетам. Но почему-то не сложилось хмм, интересно почему (нет)
Что касается смесей. Мешать лучше не алканы с алкенами, а алканы с алканами. Алкены, алкины, арены и любые вещества с кратными связями будут коксоваться в каналах, полимеризоваться в трубах/баках при плохой очистке поверхностей, давать сажу в сладком газогенераторе. С алканами проблем таких нет, и сажи они не дают, если это метан, этан или пропан. Вот эти трое и нужно смешиват, к тому же температура замерзания у всех троих одинаково низкая, самая низкая из всей органики вообще (90К).

Они там мешали в такой пропорции, что этот ацетам не сильно отличался от чистого ацетилена. Так что скорее всего у них это сразу взрывалось в смеси с кислородом. Слишком уж много хотели.
А варианты есть, например смешать аммиак с умеренным количеством ацетилена и попробовать с амилом. Может и прокатит. Впрочем все эти варианты плохи тем, что не понятно чем охлаждать движок. Ацетилен даже в смеси с аммиаком - вряд ли подойдет.

[Бичпакет]

Они там мешали в такой пропорции, что этот ацетам не сильно отличался от чистого ацетилена

Были разные сорта. В первоначальных оптимистичных сообщениях сообщалось "мы сейчас работаем с Ацетамом 50/50, но скоро перейдё на Ацетам 40/60, а в дальнейшем несомненно и до 30/70 доберёмся". Не добрались. Ну а так-то, в принципе, Ацетам 30/70 давал бы неплохой УИ, может даже секунд на 5 в плюс к керосину. Потому что аммиак керосину не особо-то и уступает. И плотность хорошая была бы, а криоген умеренный 
Охлаждать без коксования кстати может и можно, если с большой скоростью качать (то есть и перепад давления большой). Но в принципе это какая-то избыточная сущность, Ацетам. Смысл мне мутить всё это, проще взять простой советский этан, температура кипения ≈та же

[Prokrust]

Были разные сорта. В первоначальных оптимистичных сообщениях сообщалось "мы сейчас работаем с Ацетамом 50/50, но скоро перейдё на Ацетам 40/60, а в дальнейшем несомненно и до 30/70 доберёмся". Не добрались. Ну а так-то, в принципе, Ацетам 30/70 давал бы неплохой УИ, может даже секунд на 5 в плюс к керосину. Потому что аммиак керосину не особо-то и уступает. И плотность хорошая была бы, а криоген умеренный
Охлаждать без коксования кстати может и можно, если с большой скоростью качать (то есть и перепад давления большой). Но в принципе это какая-то избыточная сущность, Ацетам. Смысл мне мутить всё это, проще взять простой советский этан, температура кипения ≈та же

Сама идея ацетама была хорошей. Аммиак сам по себе хорош.
Плотность значительно больше чем у метана. Будет ли он вообще уступать в конечном итоге на 1 ступени метану, чье превосходство в УИ не значительно?
И что важно, аммиака намного больше чем метана. Соотношение к окислителю примерно 1.4. Что означает что только на сладком тракте аммиаке выжать давление в 250 атмосфер можно легко. А скорее намного больше.
Ну а с ацетиленом как с добавкой можно поиграться, упростить зажигание и может слегка повысить УИ, так как аммиака много, то таки да, с большой скоростью прокачивать можно для охлаждения.
Жаль что так вышло.

[Bell]

Именно поэтому у Пок-мока (POCКОСМОС) одно время было уникальное ноу-хау под названием Ацетам. Но почему-то не сложилось хмм, интересно почему (нет)

Потому что удельный импульс "революционного некриогенного топлива" перекиси-ацетама оказался ниже, чем у керосина и метана с кислородом, плотность тоже меньше, а проблем на проверку больше. Про Ацетам есть отдельная ветка, заглохла лет 10 назад, как и сабж.

https://forum.novosti-kosmonavtiki.ru/index.php?topic=12447.0

[Бичпакет]

Про Ацетам есть отдельная ветка, заглохла лет 10 назад, как и сабж.

Аммиак сам по себе хорош.

Может пора возродить аммиак? Вот уж точно "азотное удобрение", как про вонючку говорили, зеленее некуда. РД на аммиаке сажи не даёт, сладкий газ, ароматный! Заправлять по аммиакопроводу

[Владимир Шпирько]

Этилена я так понимаю там  должно быть немного (менее 20% кажется), чтоб влиять на импульс так плохо как вы описываете

УИ у этилена выше чем у этана (незначительно), человек ошибается. Я больше скажу, по таким рассуждениям, у ацетилена удельный импульс будет наинизший, ведь у него C/H = 1/1. Ха ха но нет, всё наоборот, УИ у ацетилена не только выше чем у его более "водородного" собрата пропина (C3H4), но даже выше чем у этана (C2H6) и выше чем у метана! А вот бензол менее импульсный, хотя тоже C/H=1/1. Потому что энергии в молекуле не очень много (связь двойная), а у ацетилена очень много (связь тройная).

Ну если почитать, что я написал, а не урезанную цитату... (в данном случае я без претензий).  То у меня было - ПРИ прочих равных условиях. Т.е. при одинаковых давлениях и температурах.  Ну давление не сильно влияет на УИ, а вот температура....

[Бичпакет]

Поэтому непредельный углеводород - этилен, с более низким содержанием водорода хуже, чем даже керосин.

При прочих равных? Температура? Но у нас химический двигатель, и температура определяется конкретной химической реакцией, конкретным веществом. Нет никаких двух сортов этилена - один горит поярче, а второй потусклее. Так что всё однозначно

Ну и вот, собственно, ваш вывод, вывод неверный. Думаю лучше двигаться дальше, а не отрицать.

[Владимир Шпирько]

Поэтому непредельный углеводород - этилен, с более низким содержанием водорода хуже, чем даже керосин.

При прочих равных? Температура? Но у нас химический двигатель, и температура определяется конкретной химической реакцией, конкретным веществом. Нет никаких двух сортов этилена - один горит поярче, а второй потусклее. Так что всё однозначно

Ну и вот, собственно, ваш вывод, вывод неверный. Думаю лучше двигаться дальше, а не отрицать.

Всё-таки отвечу.   Температура определяется не только теплотворностью топливной пары, но тем значением, которое может выдержать конструкция двигателя.  Для этого например на V-2 спирт разбавляли водой... И как не странно это понижало молеукулярную массу продуктов сгорания.  Да и сейчас соотношение компонентов сдвинуто от стехиометрического в сторону недостатка окислителя.  Окисление СО до СО2 повышает температуру => должно повышать и УИ.  Но одновременно и снижает УИ за счет повышения молекулярной массы продуктовсгорания.  А повышение температуры так же требует большего охлаждения.... и большего геммороя. 

[fagot]

Понижение УИ при стехиометрическом сгорании происходит за счет потерь на диссоциацию, недостаток окислителя уменьшает потери на диссоциацию и повышает показатель адиабаты недиссоциированного газа, тем самым повышая термический КПД и УИ даже несмотря на уменьшение теплотворности, но, разумеется, только в определенных пределах.
А с охлаждением давно уже особых проблем нет.

[Владимир Шпирько]

Понижение УИ при стехиометрическом сгорании происходит за счет потерь на диссоциацию, недостаток окислителя уменьшает потери на диссоциацию и повышает показатель адиабаты недиссоциированного газа, тем самым повышая термический КПД и УИ даже несмотря на уменьшение теплотворности, но, разумеется, только в определенных пределах.
А с охлаждением давно уже особых проблем нет.

А вот про " повышает показатель адиабаты недиссоциированного газа "  пожалуйста поподробней....  У одноатомного газа показатель адиабаты выше, чем у двухатомного, а у него выше, чем у трехатомного....  диссоциированный газ - кстати какой? - имеет среднюю молекулярную массу ниже, а показатель адиабаты выше!
 А на счет охлаждения, решенная проблема, не перестает быть проблемой.

[Буцетам]

Каков актуальный положняк по двигателям? Прошу внести ясность по:

- РД-0169А
- РД-0169В
- РД-0177
Если 0169А окислительный, а 0169В восстановительный, то прототипом которого из них является 0177?
Ещё вопрос по тяге. Изначально для 0177 рисовали 85т, теперь уже 100т. 0169 предполагается 100-тонником с форсированием до 133т?

[Буцетам]

Отбой, 0169В и -А один и тот же кислый двигатель, известен как "головешка" и "чистюля" (очень любит гореть если видит малейшую пылинку в ТНА).
По сообщениям уважаемого дедушки-ветерана, метанового патриарха Завьялова, КБХА и Энергомаш давно состряпали альянсик чтоб делить все деньги мимо КБХМ. КБХА там на подсосе и делает что скажут, т.е. кислый цикл. Это хотя бы объясняет истоки преступной бездеятельности в области ДВГГ, и тотального закисления мозгов у отечественнных двигателистов...но не объясняет как нам выбираться из данной ситуации.
И откуда тогда в статьях две версии 177-го, на кислом и сладком газах? Каковы мнения уважаемых знатоков?

[fagot]

А вот про " повышает показатель адиабаты недиссоциированного газа "  пожалуйста поподробней....  У одноатомного газа показатель адиабаты выше, чем у двухатомного, а у него выше, чем у трехатомного....  диссоциированный газ - кстати какой? - имеет среднюю молекулярную массу ниже, а показатель адиабаты выше!

Диссоциация уменьшает показатель политропы, термический кпд и УИ, а показатель адиабаты выше, например, у СО в сравнении с СО2 или у водорода в сравнении с водой.

[Владимир Шпирько]

А вот про " повышает показатель адиабаты недиссоциированного газа "  пожалуйста поподробней....  У одноатомного газа показатель адиабаты выше, чем у двухатомного, а у него выше, чем у трехатомного....  диссоциированный газ - кстати какой? - имеет среднюю молекулярную массу ниже, а показатель адиабаты выше!

Диссоциация уменьшает показатель политропы, термический кпд и УИ, а показатель адиабаты выше, например, у СО в сравнении с СО2 или у водорода в сравнении с водой.

Так и я о том же.  КАК? можно поднять показатель адиабаты у "недиссоциированного газа"?  У Вас так написано.
Может проще  не доводить весь СО до СО2?   Вода у углеводородов будет всегда и у водорода нет других окислов. А у углеводов первым "выгорает" Водород.  

[fagot]

Так и я о том же.  КАК? можно поднять показатель адиабаты у "недиссоциированного газа"?  У Вас так написано.
Может проще  не доводить весь СО до СО2?   Вода у углеводородов будет всегда и у водорода нет других окислов. А у углеводов первым "выгорает" Водород.  

У меня и написано, что неполным сгоранием и, соответственно, недоведением части СО до СО2 в случае углеводородов, либо же просто разбавлением в случае водорода. Просто многих вводит в заблуждение классическая формула для УИ и они думают, что уменьшение молекулярной массы продуктов сгорания в химическом РД повышает УИ само по себе, а это не так, повышение опосредованное через подавление диссоциации, увеличение показателя адиабаты и как следствие термического КПД, что до определенных пределов превышает потери от уменьшения теплотворности при неполном сгорании. Причем тут углеводы, вообще не понял.

[Prokrust]

Собрал все в кучу. Инженерная прикидка.
1. Энергия снимаемая турбиной с газа для насоса.
Физический процес сводится к тому, что при выполнении работы, кручении турбины, температура, то есть энергия газа, уменьшается.  А значит количество снимаемой энергии прямо пропорционально количеству газа и его теплоемкости.
2. Энергия требуемая на сжатие жидкости.
Чтобы получить нужное давлениев камере, нужно сначала сжать топливо. Сжимают в виде жидкости. Как посчитать - представьте трубу по которой движется поршень, выдавливая жидкость под давлением. Тогда сила приложенная к поршню равна Давлению * площадь поршня. кодга поршень переместиться, будет затрачена энергия Давление * Площадь поршня * Длину перемещения поршня. То есть можно сказать, что энергия равна Давлению * Объем выдавливаемой жидкости.
Резюмируем - требуемая мощность прямо пропорционально  получаемому Давлению, массе  и обратно пропорциональна плотности жидкости.
3. Метановый движок, считаем
У кислорода плотность =1141 кг/м3. Теплоемкость газа при 500*С =0.979 КДж/(кг*К).
У метана плотность =424 кг/м3. Теплоемкость газа при 500*С =2.912 КДж/(кг*К).
Примем кислород за 1 и пересчитаем энергию метана в единицах кислорода.
Энергия на сжатие =1141/424= 2.69. Энергия получаемая турбиной =2.912/0.979= 2.974
Однако метана в 3.5 раза меньше чем кислорода, пересчитаем для тракта ТНА
Энергия на сжатие =2.69/3.5= 0.77 Энергия получаемая турбиной =2.974/3.5= 0.85
Итак мы видим что на сладком тракте на метане энергии меньше чем на кислом, но сам себя он сожмет лучше.
4. Сравним Раптор с  РД-180 кислый тракт.
У РД-180 кислый тракт сжимает и кислород и керосин. Примем плотность керосина 800 кг/м3. При соотношении 2.6, энергия на сжатие керосина в единицах кислорода равна 1141/800/2.6= 0.55. Значит если бы в РД-180 кислородный тракт сжимал бы только себя, то давление было бы =250 бар *1.55= 387 бар. У Раптора давление в камер 350 бар.
Вывод - в Рапторе кислый тракт выжимает энергию из газа практически также как в РД-180 при большем давлении. Маск выжал максимум из кислого тракта.
5. Вспомним про БЕ-4 и НК-33
У БЕ-4 давление в камере = 132 бар. Кислый тракт в нем при сжатии только кислорода сжал бы = 132*(1+0.77)= 233 бар. (0.77 - энергия для сжатия метана). В 1.5 раза меньше чем у Раптора.
Теперь НК-33. Давлении в камере 147 бар, пересчет на сжатие только кислорода (как и РД-180) получит = 147*1,55= 227 бар.
Итак у Безоса кислый тракт вырабатывает мощность аналогично как на НК-33.
6. Раптор - тракты по отдельности.
Если бы Рапторе был бы только кислый тракт, то давление было бы 350/1.77= 197 бар.
Метан требует больше энергии на сжатие чем керосин, и даже  при серьезной загрузке турбины на  кислого тракте, больше 200 бар не выжать.
Если бы на Рапторе был бы только сладкий тракт и он работал бы аналогично кислому, тогда давление было бы = 350*0.85/1.77= 168 бар. Для сладкого тракта это еще не предел, все же лопатке турбины проще работать когда ее рабочий газ не пытается ее окислить.
7. Пропан как альтернатива
У пропана плотность =606 кг/м3. Теплоемкость газа при 500*С =2.54 КДж/(кг*К).
Пропана в 3 раза меньше чем кислорода, посчитаем для тракта ТНА
Энергия на сжатие =1141/606/3= 0.63. Энергия получаемая турбиной =2.54/0.979/3= 0.86.
Итак пропан удивил, даже чуть лучше метана! Минус только в одном - от пропана ожидается больше сажи. Но это не точно.
8. Аммиак
У аммиак плотность =681 кг/м3. Теплоемкость газа при 500*С =2.45 КДж/(кг*К).
Пропана в 1.4 раза меньше чем кислорода, посчитаем для тракта ТНА
Энергия на сжатие =1141/681/1.4= 1.2. Энергия получаемая турбиной =2.45/0.979/1.4= 1.79
Аммиака банально вдвое больше чем метана. Рассчитаем давление на сладком тракте на аммиаке = 350*1.79/(1+1.2)= 284  бар.
9. Выводы, УИ считаем через propep.
Маск считает что метан лучший выбор. Раптор подтверждает своими характеристиками: УИ метан+кислород, 5000 psi (340 бар) = 334-356.
Однако кислый тракт работает на пределе. Как это скажется при многоразовом использовании? Маск минимизирует риски при прогаре движка, но может их вообще убрать? Какие есть альтернативы.
1. Уменьшить нагрузку кислого тракта до безопасного значения
Это означает давление где-то 230 бар.  УИ при 3500 psi (238 бар)= 326-348
2. Вообще отказаться от кислого тракта, оставить только сладкий. Это очень интересный вариант! УИ при 2500 psi (170 бар)= 318-339
3. Пропан на кислом тракте. УИ при 2000 psi (136 бар)= 311-330
4. Аммиак на сладком тракте. УИ при 4000 psi (272 бар)= 327-341
Итак, при одном тракте аммиак - лучший выбор. УИ практически такой же как с двумя трактами с безопасной загрузке кислого тракта, но при большом давлении - а значит движок будет с большей тягой.

[Буцетам]

7. Пропан как альтернатива
У пропана плотность =606 кг/м3. Теплоемкость газа при 500*С =2.54 КДж/(кг*К).
Пропана в 3 раза меньше чем кислорода, посчитаем для тракта ТНА
Энергия на сжатие =1141/606/3= 0.63. Энергия получаемая турбиной =2.54/0.979/3= 0.86.
Итак пропан удивил, даже чуть лучше метана! Минус только в одном - от пропана ожидается больше сажи. Но это не точно.

Можешь посчитать для переохлаждённого этана (плотность не помню, 580 вроде, соотношение 3,2) и переохлаждённой смеси метан/этан 50/50 (плотность пускай будет 520, соотношение компонентов 3,3)?

4. Аммиак на сладком тракте. УИ при 4000 psi (272 бар)= 327-341
Итак, при одном тракте аммиак - лучший выбор. УИ практически такой же как с двумя трактами с безопасной загрузке кислого тракта, но при большом давлении - а значит движок будет с большей тягой.

Вот тут удивил, отличная проработка 👍
Как насчёт глянуть ацетам 50/50? Я сейчас подумал что на метане-то сажи нет в газгене, а в ацетаме водороды из аммиака как бы отходят ацетилену при сжигании (раз азот образует N2 и сам по себе).
Может так получиться что ацетам 50/50 достаточно водородный, чтобы тоже сажи не давать. А камеру охлаждаем кислородом тогда, чтоб продуктами разложения не забивать.
Какое соотношение компонентов на ацетаме 50/50? Ну пусть будет 1,8

[Буцетам]

Соотношеник компонентов не 1,8 а 2,0

[Prokrust]

7. Пропан как альтернатива
У пропана плотность =606 кг/м3. Теплоемкость газа при 500*С =2.54 КДж/(кг*К).
Пропана в 3 раза меньше чем кислорода, посчитаем для тракта ТНА
Энергия на сжатие =1141/606/3= 0.63. Энергия получаемая турбиной =2.54/0.979/3= 0.86.
Итак пропан удивил, даже чуть лучше метана! Минус только в одном - от пропана ожидается больше сажи. Но это не точно.

Можешь посчитать для переохлаждённого этана (плотность не помню, 580 вроде, соотношение 3,2) и переохлаждённой смеси метан/этан 50/50 (плотность пускай будет 520, соотношение компонентов 3,3)?

Посчитать то просто, но на что именно? Понятно что будет нечто среднее меж пропаном и метаном.
1. Итак, плотность =580 кг/м3. Теплоемкость газа при 500*С =2.68 КДж/(кг*К). Соотношение 3.2
Энергия на сжатие =1141/ 580 /3.2= 0.615. Энергия получаемая турбиной =2.68/0.979/3.2= 0.855.
Давление для кислого тракта как у Безоса =233 / 1.615 = 144 бар. УИ = 311-333
Давление для кислого тракта как у Маска =350 / 1.615 = 216 бар. УИ = 321-344
Давление для сладкого тракта, нагруженного как кислый у Маска = 350 * 0.615 / 1.615= 133 бар. УИ= 309-331
Я только вот сомневаюсь что кто-то будет делать сладкий тракт для этана.
И к слову, почему этан? От пропана как я понимаю, будет меньше сажи, плотность выше. К слову для пропана я взял не максимальную плотность, не нашел при минимальной температуре.
2. Для метан+этан
Итак, плотность =520 кг/м3. Теплоемкость газа при 500*С =(2.68+2.912)/2= 2.8 КДж/(кг*К). Соотношение 3.3
Энергия на сжатие =1141/ 520 /3.3= 0.665. Энергия получаемая турбиной =2.8/0.979/3.3= 0.867.
Давление для кислого тракта как у Безоса =233 / 1.665 = 140 бар. УИ = 312-333
Давление для кислого тракта как у Маска =350 / 1.665 = 210 бар. УИ = 322-344
Давление для сладкого тракта, нагруженного как кислый у Маска = 350 * 0.665 / 1.665= 140 бар. УИ= 312-333
Вся это не стоит того чтобы считать, все цифры близко.