Стоит ли сейчас делать РД на замкнутой схеме?

[Дмитрий В.]

Ну вот некоторые цены:

Многоразовый замкнутый SSME: 90 млн. $
Одноразовый замкнутый SSME: 60 млн. $

Давление в камере: 204.08 bar
http://www.astronautix.com/engines/ssme.htm

Одноразовый незамкнутый RS-68, manrated: 20 млн. $
Одноразовый незамкнутый RS-68 для грузовой РН: 10 млн. $

Давление в камере: 95.92 bar
http://www.astronautix.com/engines/rs68.htm

Разница в стоимости этих ЖРД обусловлена не столько схемой, сколько примененными технологиями.

[fagot]

Чем сложнее конструкция, тем легче в ней напортачить.
Чем выше давление, тем выше требования к качеству деталей.

ИМХО На семёрке "портачат" гораздо меньше.

И тем не менее она тоже падает иногда. Если нет минимальной культуры производства, то никакая схема не поможет.

[fagot]

У безгенераторной схемы нет никакой особой простоты. Посмотрите статью и посчитайте там количество ТНА. Ее достоинство в другом -- надежность.

Я говорил о простоте обычной безгенераторной схемы, а не этой, вот в сравнении с обычной у нее преимущество и теряется. Статью я естественно читал, только вот увеличение количества агрегатов не очень хорошо для надежности, даже при низких температурах на турбинах.

Принципиальна. Разница между ЖМ и кросином в плотности 2 раза, а между ЖМ и ЖК -- в три раза. Вполне достаточное основание делать раздельные ТНА даже в газогенераторном двигателе.

И тем не менее отношение оптимальных скоростей отличается от керосина незначительно, потому что зависимость нелинейная. Раздельные ТНА целесообразны только для водородников.

И потом один ТНА другому рознь. На общем ТНА хитроумных уплотнений немерено, а в ТНА на один компонент они намного проще: уплотнение между турбиной и насосом на одном компоненте не обязано быть полностью герметичным. Грубый подсчет по количеству ТНА слишком приблизителен. Имхо одна лишняя турбина вполне компенсируется простотой конструкции ТНА и оптимальностью для жидкостей с разной плотностью. Не говоря уж о большей надежности "раздельной" схемы.

Уплотнения не определяют сложность двигателя, а увеличение количества агрегатов снижает надежность. Главное преимущество все же низкие температуры на турбинах, а не упрощение уплотнений, по идее прогореть там может только камера.

[Lev]

Yegor писал(а):

Ну вот некоторые цены:

Это цифры за какой год?

[Вадим Семенов]

Я говорил о простоте обычной безгенераторной схемы, а не этой, вот в сравнении с обычной у нее преимущество и теряется.

Обычная безгенераторная схема тоже с раздельными ТНА. С той разницей, что водородная турбина крутит насос кислорода (в водороднике) либо турбина на кислороде крутит насос керосина (в двигателе из статьи центра Келдыша). И в том и в другом случае компоненты топлива смешиваются в одном ТНА и как следствие возрастает его сложность и потенциальная аварийность.

Уплотнения не определяют сложность двигателя, а увеличение количества агрегатов снижает надежность.

Уплотнения в немалой степени. Потенциально слабое звено. А "количество агрегатов" -- штука условная, не надо делать из нее фетиш. Фактически же появляется всего лишь турбина, зато упрощается вся конструкция ТНА. Это разумно. Ставят же бустерные насосы, поскольку так проще, хотя агрегатов формально больше. Так что считайте вместо трех с половиной ТНА (два бустерных и "полтора" основного с двумя насосами и общей турбиной) будет четыре. Зато более простые и надежные -- однокомпонентные, без соседства горючего и окислителя.

[fagot]

Обычная безгенераторная схема тоже с раздельными ТНА. С той разницей, что водородная турбина крутит насос кислорода (в водороднике) либо турбина на кислороде крутит насос керосина (в двигателе из статьи центра Келдыша). И в том и в другом случае компоненты топлива смешиваются в одном ТНА и как следствие возрастает его сложность и потенциальная аварийность.

В двигателе из центра Келдыша добавляются элементы, которых нет в обычной схеме, они и усложняют двигатель. И раздельные ТНА на кислород-керосине или метане ни к чему.

Уплотнения в немалой степени. Потенциально слабое звено. А "количество агрегатов" -- штука условная, не надо делать из нее фетиш. Фактически же появляется всего лишь турбина, зато упрощается вся конструкция ТНА. Это разумно. Ставят же бустерные насосы, поскольку так проще, хотя агрегатов формально больше. Так что считайте вместо трех с половиной ТНА (два бустерных и "полтора" основного с двумя насосами и общей турбиной) будет четыре. Зато более простые и надежные -- однокомпонентные, без соседства горючего и окислителя.

Ни для кого эти уплотнения проблемы не представляют и никто из-за них газ-газ не делает, потому что газ-газ это усложнение двигателя и усложнение регулирования. Вот это уж точно фетиш. Без бустеров обеспечить работу двигателя гораздо сложнее, чем с одновальным ТНА, но и их стараются по возможности упрощать. Тот же Протон прекрасно летает, а у него во всех ТНА самовоспламеняющиеся компоненты по-соседству. На турбине рабочее тело комнатной температуры - вот это действительно преимущество, а вы все о каких-то уплотнениях беспокоитесь.

[Вадим Семенов]

Главное преимущество все же низкие температуры на турбинах, а не упрощение уплотнений, по идее прогореть там может только камера.

Могу согласиться с тем, что отсутствие ГГ и низкие температуры вносят основной вклад в надежность. Хотя потенциально и уплотнения могут потечь с неприятными последствиями, так что сбрасывать их со счетов я бы не стал.

В двигателе из центра Келдыша добавляются элементы, которых нет в обычной схеме, они и усложняют двигатель. И раздельные ТНА на кислород-керосине или метане ни к чему.

Так ведь они возникли не из желания авторов статьи сделать посложнее, добавить то, что не нужно. Низкотемпературный двигатель волей-неволей получается с раздельными ТНА. В отличие от "горячего" газогенераторого двигателя мощности на турбине у него мало и мириться с тем, что насосы работают с невысоким КПД из-за неоптимальной частоты вращения уже вряд ли возможно. Даже на керосиновом двигателе, а у него разница плотности с кислородом всего в полтора раза. Ну а раз такое дело, то имеет смысл извлечь дополнительную выгоду, полностью разделив компоненты.

Ни для кого эти уплотнения проблемы не представляют и никто из-за них газ-газ не делает, потому что газ-газ это усложнение двигателя и усложнение регулирования.

Проблемы не делают, но сложности, о которой вы беспокоитесь, прибавляют. А газ-газ делают чтобы получить максимальную мощность в ТНА, что для безгенераторного двигателя тоже актуально.

[fagot]

Так ведь они возникли не из желания авторов статьи сделать посложнее, добавить то, что не нужно. Низкотемпературный двигатель волей-неволей получается с раздельными ТНА. В отличие от "горячего" генераторого двигателя мощности на турбине у него мало и мириться с тем, что насосы работают с невысоким КПД из-за неоптимальной частоты вращения уже вряд ли возможно. Даже на керосиновом двигателе, а у него разница с кислородом всего в полтора раза.

Они возникли из желания оставить в камере давление, как на прототипе, и выжимания характеристик. При том что основная доля мощности приходится на кислородный насос, который в одновальном ТНА работает в почти оптимальном режиме, так что потери невелики.

Проблемы не делают, но сложности, о которой вы беспокоитесь, прибавляют.

так зачем разменивать меньшую сложность на большую?

А газ-газ делают чтобы получить максимальную мощность в ТНА, что для безгенераторного двигателя тоже актуально.

Если не выжимать из двигателя все возможное, то мощности хватит.

[Вадим Семенов]

Они возникли из желания оставить в камере давление, как на прототипе, и выжимания характеристик. При том что основная доля мощности приходится на кислородный насос, который в одновальном ТНА работает в почти оптимальном режиме, так что потери невелики.

Так я о том и пишу. При том, что не исключено, что при общем ТНА безгенераторный двигатель такой размерности вообще не "завяжется" Обший ТНА -- меньше кпд -- меньше давление в КС -- меньше съем тепла теплоносителем -- еще меньше мощность ТНА. Круг замкнулся. Кстати, для метанового двигателя мощности на обоих насосах уже примено равные, так что неоптимальность имеет еще большее значение.

[Вадим Семенов]

так зачем разменивать меньшую сложность на большую?

Незачем. Я и предлагаю вместо меньшую сложность. Вместо двух сложных ТНА со смешением компонентов в одном из них, два простых с полным разделением компонентов.

Если не выжимать из двигателя все возможное, то мощности хватит.

Не факт. Считать надо. С ростом размера двигателя отвод тепла на единицу тяги падает. Потому как тяга растет как квадрат размера (площадь горизонтального сечения сопла), а теплосьем -- линейно (длина окружности). Так что ниже определенного давления в КС при заданной тяге безгенераторный двигатель вообще работать не будет.

[fagot]

Так я о том и пишу. При том, что не исключено, что при общем ТНА безгенераторный двигатель такой размерности вообще не "завяжется" Обший ТНА -- меньше кпд -- меньше давление в КС -- меньше съем тепла теплоносителем -- еще меньше мощность ТНА. Круг замкнулся. Кстати, для метанового двигателя мощности на обоих насосах уже примено равные, так что неоптимальность имеет еще большее значение.

Ну там КПД далеко не на порядок падает, а при падении давления тепловой поток в стенку падает медленнее, чем потребная мощность, так что если не 250 атм, то 150 наверняка можно получить, что вполне достаточно. Собственно промежуточный теплоноситель и введен во многом для завязки схемы, т.к. коэффициент теплопередачи к воде больше, чем к кислороду. А вот актуальность метанового двигателя при такой схеме вообще непонятна, с ГГ у него хоть в сладком газе какое-то преимущество, а возиться с криогенным горючим ради мизерной прибавки УИ смысла нет.

[fagot]

Незачем. Я и предлагаю вместо меньшую сложность. Вместо двух сложных ТНА со смешением компонентов в одном из них, два простых с полным разделением компонентов.

Один ТНА еще проще.

Не факт. Считать надо. С ростом размера двигателя отвод тепла на единицу тяги падает. Потому как тяга растет как квадрат размера (площадь горизонтального сечения сопла), а теплосьем -- линейно (длина окружности). Так что ниже определенного давления в КС при заданной тяге безгенераторный двигатель вообще работать не будет.

Вообще-то у безгазогенераторных двигателей, как впрочем и у генераторных, ограничение именно по максимальному давлению, а не по минимальному, потому что поток тепла в стенку падает или растет при изменении давления не столь быстро, как потребная мощность. И как вы правильно заметили, чем выше тяга, тем меньше располагаемая на ее единицу мощность и ниже максимальное давление.

[Yegor]

Yegor писал(а):

Ну вот некоторые цены:

Многоразовый замкнутый SSME: 90 млн. $
Одноразовый замкнутый SSME: 60 млн. $

Одноразовый незамкнутый RS-68, manrated: 20 млн. $
Одноразовый незамкнутый RS-68 для грузовой РН: 10 млн. $

Это цифры за какой год?

Первые три цифры это информация с форума, от достаточно авторитетного человека:
http://forum.nasaspaceflight.com/forums/thread-view.asp?tid=11586&start=166
За какой год - не знаю. Эти оценки делались в последние три-четыре года.

Цена одноразового грузового RS-68 достаточно старая. ИМХО на конец 90-х. Сейчас наверно дороже.

По SSME пару лет назад ещё бродила информация 80 млн.$ и 50 млн.$.

[Yegor]

Ну вот некоторые цены:

Многоразовый замкнутый SSME: 90 млн. $
Одноразовый замкнутый SSME: 60 млн. $

Давление в камере: 204.08 bar
http://www.astronautix.com/engines/ssme.htm

Одноразовый незамкнутый RS-68, manrated: 20 млн. $
Одноразовый незамкнутый RS-68 для грузовой РН: 10 млн. $

Давление в камере: 95.92 bar
http://www.astronautix.com/engines/rs68.htm

Разница в стоимости этих ЖРД обусловлена не столько схемой, сколько примененными технологиями.

Ну так эти технологии были доступны, когда делалась оценка по поводу стоимости одноразового SSME - 2005, 2006 год.
Там рассчитывался именно новый двигатель. Какие детали можно сделать дешевле для одноразовой версии SSME. Все технологии RS-68 были доступны.

Где то на форуме встречал информацию, что в RS-68 на 40% меньше деталей чем в SSME. Цитата из Вейда: "The RS-68 utilizes a simplified design philosophy resulting in a drastic reduction in parts compared to current cryogenic engines."
http://www.astronautix.com/engines/rs68.htm

На 40% меньше деталей, простой дизайн, на много меньшие нагрузки - более простые детали, результат - значительное уменьшение стоимости.

[Yegor]

Сколько сейчас стоит РД-107/108, РД-275?

Здесь на форуме была информация, что РД-275 стоит где то около 1 млн.$.

[Лютич]

никто из-за них газ-газ не делает, потому что газ-газ это усложнение двигателя и усложнение регулирования.

Китайцы делают

[Дмитрий В.]

никто из-за них газ-газ не делает, потому что газ-газ это усложнение двигателя и усложнение регулирования.

Китайцы делают

Или пишут, что делают? :roll:

[fagot]

Китайцы делают

Весь мир проблем с уплотнениями не имеет, а китайские пионеры вдруг озаботились? :wink: Если они чего реально и делают, то исключительно ради задирания давления в КС или просто экспериментируют. Немцы вон тоже делали замкнутую керосинку, да еще и с охлаждением КС кислородом.

[Лютич]

никто из-за них газ-газ не делает, потому что газ-газ это усложнение двигателя и усложнение регулирования.

Китайцы делают

Или пишут, что делают? :roll:

В презенташке были фотографии прогона форсунки на горячем газе.

[mescalito]

По поводу RS-68 все вопросы может снять вот этот документ

http://lpre.de/resources/articles/PropulsionForThe21stCentury-RS-68.pdf