Вопрос по ракете "Сатурн 5"

[Дима.]

Нет, не кипит. Там все захоложено еще при заправке.

Температура замерзания водорода = ~ 14 K, температура кипения = ~ 20 K. Понятно, что в бак не твёрдый водород засыпали, поэтому его температура при заправке была, наверное = ~ 15 K.

Но это температуры кипения и замерзания при атмосферном давлении, так..

При увеличении давления температура кипения повышается, а при уменьшении - понижается, я не ошибаюсь ?

В баке - да, был бы жидкий водород, а трубопроводах, на входе в насосы - кипящий.

В этом плане особенно интересно выглядит трубопровод жидкого водорода на том участке, где он выходит за пределы корпуса:



Поэтому как раз для того, чтобы за время от старта ракеты до запуска двигателей 2-й ступени - в трубопроводах не "накипело" слишком много газа - в системе питания двигателей осуществляется непрерывная рециркуляция топлива.

Так ?

[Bell]

На шаттле диафрагмы в баках, скорее всего.

на шаттле хитрый мелкодырчатый заборник, диафрагм нет.

[Bell]

Учитывая степень полноты баков и большое расстояние газовой подушки от топливозаборника, при разделении ступеней в ряде случаев осадку топлива можно не проводить ВООБЩЕ - газ не успеет попасть к топливозабору.

Возможно, я ошибаюсь ( тогда поправьте ), но ведь жидкий водород в баке непрерывно кипит.

он кипит не сильнее, чем вода при 70-80 гр.

Вообще злые дяди специально сделали всё так, чтоб при эксплуатации криогенной ступени не было проблем с кипением водорода.

[Bell]

Нет, не кипит. Там все захоложено еще при заправке.

Температура замерзания водорода = ~ 14 K, температура кипения = ~ 20 K. Понятно, что в бак не твёрдый водород засыпали, поэтому его температура при заправке была, наверное = ~ 15 K.

Опровергателям всегда все наперед понятно.
Чем меньше они понимают в вопросе - тем понятнее

Но это температуры кипения и замерзания при атмосферном давлении, так..

При увеличении давления температура кипения повышается, а при уменьшении - понижается, я не ошибаюсь ?

А кто сказал, что давление вообще изменялось?

В этом плане особенно интересно выглядит трубопровод жидкого водорода на том участке, где он выходит за пределы корпуса:

Поэтому как раз для того, чтобы за время от старта ракеты до запуска двигателей 2-й ступени - в трубопроводах не "накипело" слишком много газа - в системе питания двигателей осуществляется непрерывная рециркуляция топлива.

Даже если накипело за АУТ, то выкипело вверх, а трубопровод заполнился холодной жидкостью из расположенного выше бака.

[fagot]

на шаттле хитрый мелкодырчатый заборник, диафрагм нет.

Сетчатый разделитель именно в РСУ?

[Дима.]

он кипит не сильнее, чем вода при 70-80 гр.

Кстати, вода при 70-80 градусах иногда кипит за милую душу ( или я ошибаюсь ? ).

А в процессорных кулерах на тепловых трубках температура кипения воды и того хуже - задаётся злыми дядями = ~ 30 C ( или я опять ошибаюсь ? ).

Вообще злые дяди специально сделали всё так, чтоб при эксплуатации криогенной ступени не было проблем с кипением водорода.

И помимо прочего - придумали как избежать вскипания криогена в области заборных горловин после расстыковки с предыдущей ступенью.

Для этого ( на 2-й и 3-й ступенях ракеты Сатурн 5 ) нужно обеспечивать  осадку топлива.

[kulch]

...как избежать вскипания криогена в области заборных горловин после расстыковки с предыдущей ступенью.

Для этого ( на 2-й и 3-й ступенях ракеты Сатурн 5 ) нужно обеспечивать  осадку топлива.

На 2-й ступени не нужно, на третьей - нужно при втором запуске.

[kulch]

на шаттле хитрый мелкодырчатый заборник, диафрагм нет.

Сетчатый разделитель именно в РСУ?

Там сетка вокруг заборника. После часов и дней невесомости все нормально запускается. Не так страшны эти пузыри...

[kulch]

В этом плане особенно интересно выглядит трубопровод жидкого водорода на том участке, где он выходит за пределы корпуса:

Поэтому как раз для того, чтобы за время от старта ракеты до запуска двигателей 2-й ступени - в трубопроводах не "накипело" слишком много газа - в системе питания двигателей осуществляется непрерывная рециркуляция топлива.

Так ?

Да, именно так. Не не потому что часть трубопровода снаружи, а потому что надо охладить всю трубу на протяжении от бака до пускового клапана. Это и называется "захолаживание". Я не помню, когда этот процесс запускается - с момента старта или в полете, но понятно, что он должен быть непрерывным до момента запуска двигателей захолаживаемой ступени.

[Дима.]

...как избежать вскипания криогена в области заборных горловин после расстыковки с предыдущей ступенью.

Для этого ( на 2-й и 3-й ступенях ракеты Сатурн 5 ) нужно обеспечивать  осадку топлива.

На 2-й ступени не нужно, на третьей - нужно при втором запуске.

Напомню, что в документах NASA нет ни одной строчки, где сообщалось бы, что есть хотя бы теоретическая возможность запуска двигателей 2-й или 3-й ступени ракеты Сатурн 5 без осадки топлива.

Кстати, вот последовательность разделения ступеней AS-512 ( Аполлон 17 ):




Как Вы интерпретируете вторую строчку снизу..

...

Вот ещё интересные материалы по теме осадки топлива:



A time interval of 4.4 seconds elapses between S-IC cutoff and the time the J-2 engines of the S-II stage reach the 90% operating thrust level. During this period, ullage rockets are fired to seat the S-II propellant, the S-IC/S-II separation occurs and the retrorockets back the S-IC stage away from the flight vehicle.

An interval of 6.5 seconds elapses between S-ll cutoff and the time the S-IVB J-2 engine attains 90% operating thrust level (mainstage). During this coast period, the S-IVB ullage rockets are fired to seat the stage propellant, the S-II/S-IVB separation occurs, and retrorockets back the S-ll stage away from the flight vehicle.



Как видим, инженеры NASA утверждают, что даже при выходе из строя любого из 4-х ускорителей осадки топлива - тяги оставшихся 3-х будет минимально достаточно для обеспечения осадки топлива, необходимой для запуска двигателей 2-й ступени.

[kulch]

Напомню, что в документах NASA нет ни одной строчки, где сообщалось бы, что есть хотя бы теоретическая возможность запуска двигателей 2-й или 3-й ступени ракеты Сатурн 5 без осадки топлива.

Ага, еще в документах НАСА нету ничего про теоретическую возможность антигравитации... Вы сами-то видите свои проблемы с логикой? Или вы действительно изучили ВСЕ документы НАСА по Сатурну-5?

Ну обсуждали же уже все это....
Вы спросили - почему сняли двигатели усадки топлива. Ответ - потому что стало ясно, что двигатель нормально запускается без усадки, если невесомость была кратковременной. Вы с этим не согласны? Ну и ладно. Каждый остался при своем.

[Дима.]

стало ясно, что двигатель нормально запускается без усадки, если невесомость была кратковременной.

Если бы это стало ясно - убрали бы осадочные ускорители и у 3-й ступени. Ведь именно 3-я ступень отделяется в невесомости.

2-я ступень отделяется в плотных слоях атмосферы ( на высоте ~ 60 км и при скорости ~ 2700 м/с ).

Кстати, какое сопротивление воздуха преодолевает там "Сатурн 5" ?

Поэтому, если суммарная тяга двигателей осадки топлива будет меньше силы сопротивления воздуха, то ускорение ракеты сменится торможением, а верх и низ в баках мгновенно поменяются местами.  Насовцы утверждают, что только 3 из 4-х ускорителей создают достаточную тягу для преодоления сопротивления воздуха и обеспечения осадки топлива. Вы же считаете, что зарубежным криогенам физика не указ и предлагаете попробовать завести двигатель через ~ 2 сек нахождения вверх ногами.


Вот уровни заправки баков второй ступени "Сатурн 5":



Водородный бак залит под самую завязку. Что происходит в нём при перевороте вверх ногами - мы подробнее обсудим позже.

Но кислородный бак залит только на 3/4.

Думаю, даже Вы согласитесь, что 2 секунды жидкому кислороду на потолке не провисеть.

Вообще-то и 0.1 секунды не провисеть ( физика - упрямая вещь ) и не только на потолке, но даже и в невесомости. Возможно, как раз поэтому ускорители и 2-й и 3-й ступеней запускаются до разделения.

[Bell]

стало ясно, что двигатель нормально запускается без усадки, если невесомость была кратковременной.

Если бы это стало ясно - убрали бы осадочные ускорители и у 3-й ступени. Ведь именно 3-я ступень отделяется в невесомости.

2-я ступень отделяется в плотных слоях атмосферы ( на высоте ~ 60 км и при скорости ~ 2700 м/с ).

Кстати, какое сопротивление воздуха преодолевает там "Сатурн 5" ?

Кстати, в репортах есть таблицы, в которых есть специальная графа, где это прямо указано.

Поэтому, если суммарная тяга двигателей осадки топлива будет меньше силы сопротивления воздуха, то ускорение ракеты сменится торможением, а верх и низ в баках мгновенно поменяются местами.

Телепортируется чтоли?
Вам, любезный, ньютоновская физика уже не указ? Скорость перемещения топлива уже не зависит от отрицательного ускорения? Я уж упрощаю и не говорю про поверхностное натяжение и вязкость жидкости, которые будут только тормозить это перемещение.

 

Насовцы утверждают, что только 3 из 4-х ускорителей создают достаточную тягу для преодоления сопротивления воздуха и обеспечения осадки топлива. Вы же считаете, что зарубежным криогенам физика не указ и предлагаете попробовать завести двигатель через ~ 2 сек нахождения вверх ногами.

Так они специально несколько полетов подряд выясняли этот вопрос с помощью видеокамер в баках.

Вот уровни заправки баков второй ступени "Сатурн 5":



Водородный бак залит под самую завязку. Что происходит в нём при перевороте вверх ногами - мы подробнее обсудим позже.

А что происходит при перевороте? Топливо мгновенно телепортируется вверх?

Но кислородный бак залит только на 3/4.

Думаю, даже Вы согласитесь, что 2 секунды жидкому кислороду на потолке не провисеть.

А пузырь газа сверху мгновенно телепортируется вниз?

Вообще-то и 0.1 секунды не провисеть ( физика - упрямая вещь )

Ага, и что говорит физика про скорость перемещения жидкости под действием ускорения от одного днища бака до другого?

Димочка, вопрос не в том - сколько секунд топливо провесит на потолке, а в том - через сколько секунд газ с "пола" достигнет "потолка" и топливозаборников. Ферштейн?

Все эти наукообразные рассуждения про мнгновенные перемещения "криогена" в пространстве может еще прокатят на каким-нибудь ламерском Большаке, а тут люди более грамотные, тут "рыбы нет"

[kulch]

Думаю, даже Вы согласитесь...

Что значит "даже"? Я - типа, "умный"? или - типа, "рыжий"?

Bell, зря теряете время. Я же говорю - каждый остался при своем. Какой смысл доказывать? Даже Диме?

[ntil]

Дима, ну не перебулькнется пузырь моментально в другой конец бака. возьмите бутылку с пивом да попереворачивайте. а лудше не переворачивайте а поменяйте значение величиниы ускорения без изменения вектора  (попрыгайте). причем учтите - бак больше чем бутылка, а скорость перемещения пузыря в жидкости та-же. вот так.

[LEKA]

Было интересно почитать изыскания и измышления по вопросу разделения I и II ступений Сатурн-5 поздних версий всех, участвующих в обсуждении, и это тянется более 2 лет. Хотел бы поделиться следующим:
Отделение I ступени
За 0,2 сек, до отделения S IC селектор последовательности операций приборного отсека выдает команду на запуск восьми РДТТ, установленных на нижнем переходнике S II для осадки топлива. Менее, чем через 1 сек после разделения ступеней подается команда на запуск ЖРД ступени S II. Запуск ЖРД J 2 начинается с подачи энергии двум запальным свечам в газогенераторе и к воспламенителю в камере сгорания. Затем начинают работать 2 соленоидных клапана: один для регулировки подачи гелия, другой для управления процессом воспламенения. Гелий используется для поддержания в закрытом положении перепускных клапанов, обеспечивающих начальное охлаждение топливных магистралей, продувки каналов окислителя в днище головки двигателя и каналов окислителя в газогенераторе. После этого открываются основной клапан горючего и клапан подачи окислителя в воспламенитель камеры сгорания. Таким образом создается факел в центральной части форсуночной головки. Начальная раскрутка турбин осуществляется с помощью сжатого газообразного водорода, хранящегося в пусковом баке. Спустя 0,64 сек. с момента подачи сжатого водорода на турбину, клапан пускового бака закрывается и включается основной соленоид управления, который прекращает продувку гелием газогенератора и открывает клапан подачи окислителя. Двигатель выходит на номинальный режим и подача энергии на запальные свечи прекращается.
Пять ЖРД J 2 ступени S II запускаются одновременно, и через 23 сек сбрасывается нижний переходник ступени S II.
Отделение II ступени
Через 700 мсек после выключения ЖРД J 2 ступени S II по сигналу селектора последовательности операций запускаются 2 РДТТ Thiokol TX 280, каждый развивает в течение 4 сек тягу 1540 кг (они установлены на нижнем переходнике ступени S IVB и производят осадку топлива в баках). Через 0,1 сек после запуска РДТТ на S IVB пиротехническими зарядами срезаются планки, соединяющие S II и S IVB, запускаются 4 тормозных РДТТ, установленных на верхнем переходнике ступени S II (каждый с тягой 16 т, продолжительностью работы 1,5 сек, весом 175 кг}.
Запуск ДУ III ступени
Последовательность операций при запуске ЖРД J 2 ступени S IVB такая же, как при запуске J 2 ступени S II, но продолжительность холодной проливки вместо 1 сек увеличивается до 3 сек. Для обеспечения повторного запуска ЖРД J 2 в начальной фазе работы двигателя пусковой бак вновь заполняется газообразным водородом, забираемым из трубопровода, подводящего горючее в камеру ЖРД. Через 8 сек после выхода на режим ЖРД J 2 по команде регулятора последовательности операций сбрасываются два отработанных блока РДТТ вместе с обтекателями и креплением.
Повторный запуск ДУ III ступени
Через 300 мсек после выключения ЖРД J 2 запускаются 2 ЖРД осадки топлива, развивающие тягу по 32 кг и работающие около 86 сек до начала вентиляции бака жидкого водорода. Вентиляционная магистраль начинается у редукционного клапана бака и заканчивается двумя соплами малой тяги, расположенными под 180° на обшивке приборного отсека и дающими тягу, регулируемую пневматическим блоком, от 20 до 3 кг. Система обеспечивает выброс массы, при котором не создается отрицательных ускорений и возмущений, приводящих к кавитации топлива в трубопроводах перед запуском J 2.

Если внимательно изучить конструкцию II ступени, то там окажется 12 РДТТ, из них 8 для усадки топлива и 4 тормозных. В NASA действительно откозались, вначале, от 4 РДТТ, а затем ещё от 4, но одной четвёркой РДТТ были тормозные, т.о. остаются ещё 4 РДТТ для усадки топлива, т.е. в NASA от неё (усадки) никуда не ушли   .

[Дима.]

А пузырь газа сверху мгновенно телепортируется вниз?

ну не перебулькнется пузырь моментально в другой конец бака.

Перебулькиваться пузырю действительно долго ( в кислородном баке - где-то миллисекунд 300 ), но зато "телепортируется" он гораздо быстрее. Задержка начала кипения в районе заборных горловин после "переворота" бака определяется скоростью звука в жидком криогене..

И как же пузырь так быстро "телепортируется"..

Уж не за счёт ли конденсации в одном месте и испарения в другом :)

возьмите бутылку с пивом да попереворачивайте

Пузырь воздуха в бутылке с пивом не является одним из агрегатных состояний пива, поэтому "телепортироваться" при перевороте бутылки не может :)))

...

Вот ещё информация из NASA:



Как видим - перспективный двигатель J-2S ( который планировался на смену J-2 ) можно заводить без осадки топлива потому, что он начинает работу на очень "малых оборотах" и может при этом "кушать" водород и кислород в любых агрегатных состояниях и их смесях ( якобы может - в реальности двигатель J-2S не летал ).

Но именно из-за того, что мгновенная смена ускорения торможением приводит к столь же мгновенному вскипанию жидких криогенов в области заборных горловин - двигатель J-2 запустить без осадки топлива невозможно.

А поскольку ускорители осадки топлива сохранили даже у 3-й ступени ( которая отделяется без торможения встречным потоком воздуха ) - то весьма похоже, что даже релаксация упругой деформации баков в невесомости при исчезновении ускорения - приводит всё к тому же вскипанию криогенов в области заборных горловин, делающему запуск двигателя J-2 без осадки топлива невозможным.

каждый остался при своем. Какой смысл доказывать?

Т.е. Вы полагаете, что невозможно доказать Вам абсурдность утверждения, будто после отделения 3-й ступени ( в вакууме ) - завести двигатель J-2 без осадки топлива пороховыми ускорителями невозможно, но в то же время при отделении 2-й ступени ( в атмосфере ) - вполне возможно ( и даже настолько  просто и самоочевидно, что не требуется никаких предварительных тестов ).

А ведь все доступные для изучения документы NASA прямо утверждают обратное - невозможно завести двигатель J-2 ( ни в атмосфере, ни в вакууме ) без осадки топлива.

[Bell]

А поскольку ускорители осадки топлива сохранили даже у 3-й ступени ( которая отделяется без торможения встречным потоком воздуха )

"Ускорители" сохранили ТОЛЬКО потому, что ступень запускается после долгого находжения в невесомости.

- то весьма похоже, что даже релаксация упругой деформации баков в невесомости при исчезновении ускорения - приводит всё к тому же вскипанию криогенов в области заборных горловин,

Опппа...
А почему пиво на дне бутылке не вскипает?

делающему запуск двигателя J-2 без осадки топлива невозможным.

Безапелляционное ничем не подтвержденное категоричное заявление

[Бродяга]

Собственно говоря, пиво вообще не вскипает...

[LRV_75]

Всё Дима, успокойтесь  

http://www.rian.ru/science/20090903/183545631.html