Переохлаждение компонентов.

[Salo]

Переохлаждене компонентов уже обсуждали  здесь

Вот действительно о чём надо сожалеть, так это о том, что для модернизации космических ракет семейства Р-7 была использована только вторая ступень Р-9. На её основе был создан блок "И" РН "Восход", "Молния" и "Союз".
Но не были использованы следующие перспективные разработки:
- глубокое захолаживание кислорода (это не только снижает потери на испарение, но и существенно повышает энергетику движков, а также позволяет увеличить массу заправляемого топлива);
- двигатели на кардановом подвесе, которые так и просятся для установки на "пакете".
В 1980-х годах в отчёте одного из ведущих ракетно-космических НИИ прочитал, что эти мероприятия позволили бы увеличить массу полезного груза, выводимого на низкую орбиту:
- в 1,5 раза - при сохранении габаритно-массовых характеристик РН,
- в 2 раза - при сохранении габаритов, но некотором увеличении стартовой массы!

Переохлажденный кислород энергетику двигателя не повысит, скорее наоборот, зато может добавить проблем с ВЧ и усложняет наземное оборудование.
 А какие двигатели предлагалось ставить на РН, в отчете не говорится? Рост массы ПН в 1,5 раза при той же стартовой массе выглядит сомнительным.

Но ведь возрастает плотность и значит масса кислорода в ступенях, уменьшаются потери кислорода, ускоряется заправка, отпадает процедура захолаживания. Кстати НК-33 ведь были расчитаны на переохлаждённый кислород. :wink:
Да нужно будет заправлять из емкости с холодильником а не из кислородной ж/д цистерны. Но ведь и потери уменьшаются в разы!

А действительно почему переохлаждённый кислород не применялся нигде кроме Р-9 и Н-1? Кстати а на Энергии использовали?

Усложнение наземного оборудования при незначительном выигрыше, к тому же перевод на переохлажденный кислород уже существующих двигателей может быть затруднен. На Р-9 он в применялся в основном для повышения боеготовности, ну а из Н-1 надо было выжать последние крохи ПН. На Энергии использовался обычный кислород. Еще с 11К63 не совсем понятно - НДМГ на 2-й ступени там переохлаждался, а про кислород точно не известно.

Кислород довольно дешев, для небоевой ракеты его можно получать на КАЗе незадолго до заправки и везти далеко не нужно, поэтому экономить на потерях особого смысла нет. Опять же и существенно ускорять заправку для РН ни к чему. Переохлаждение осуществляется испарением части кислорода с последующим улавливанием и конденсацией газообразной части, в общем муторный процесс.
Двигатель конечно можно переделать, проблема это не принципиальная, хотя с РД-111 Глушко изрядно промучился, в замкнутой же схеме проблема ВЧ менее существенна.

Кислород на 11К25Ц применяли переохлажденный. Да и водород тоже.

Дмитрий, а почему тогда на Зените был кипящий? Если это даёт выигрыш в РЗТ, то почему не использовали? Двигатели ведь те же ,что и на Энергии.

А точно - кипящий?

Это только при хранении и заправке, а пускали с обычным. Хотя при давлении наддува конечно можно считать его и переохлажденным. Но на Энергии тоже выжимали ПН, а на обычных ракетах это ни к чему.

Вы хотели сказать - доохлажденный? :lol:

Ну а по сути. На Зените тоже доохлаждённый? И даёт ли это выигрыш в РЗТ за счёт большей плотности? Или только ускоряет и упрощает заправку?

Ни то и ни другое. В хранилище перед заправкой  на 1-2 градуса доохлаждается за счет испарения с зеркала. И все ради уменьшения потерь при захолаживании магистралей и баков. В баки большим расходом поступает кипящий :cry:

[Salo]

В.Е.Гудилин:

Другой особенностью комплекса ракеты Р-9 явилось системное решение проблем, связанных с длительным хранением жидкого кислорода. Этому предшествовал комплекс научно-исследовательских, проектно-конструкторских и опытных работ, направленных на существенное сокращение потерь кислорода от испарения при хранении в наземных емкостях, при транспортировке и после заправки в баки ракеты.
     За счёт применения принципиально новых видов изоляции емкостей с жидким кислородом (порошковая, экранно-вакуумная теплоизоляция ЭВТИ) в сочетании с вакуумом в теплоизолирующем пространстве емкости и выбора оптимальной формы наземных и транспортных емкостей хранения кислорода и баков ракеты, разработки специальных конструкций подвесок и опор емкостей хранения кислорода, новых конструкционных материалов, выбора оптимального способа термостатирования криогенных жидкостей, внедрения переохлаждения удалось сократить потери кислорода от испарения с 15% на начальном этапе до 0,05-0,2% в конце, перед выходом ракеты Р-9 на лётные испытания.
     Замена существовавших видов изоляции (мипоры, шлаковаты) на порошки (аэрозоль, перлит и др.), которыми заполнялось пространство между емкостью и наружным кожухом, и вакуумирование этого пространства превращало емкость для хранения кислорода в большой термос и резко сокращало теплоприток к емкости кислорода, а следовательно, и его потери от нагревания и испарения. Это сходство ещё более усиливалось при использовании ЭВТИ, которая представляла собой маты из листов блестящей тонкой фольги (около 100 штук), разделенных друг от друга редкой стеклотканью. Блестящая поверхность фольги резко уменьшала передачу тепла к емкости с кислородом, а вакуум в теплоизолирующем пространстве емкости довершал дело.
     Для создания системы вакуумирования на многочисленных объектах хранения кислорода был спроектирован и создан специальный форвакуумный насос в сочетании с двумя адсорбционными насосами с применением нового синтетического материала - цеолита, предварительно охлаждаемого жидким кислородом или азотом. Такая конструкция позволила довести вакуум с уровня 5x10-2 мм рт.ст. до 1x10-3-1x10-4. Это также потребовало освоения новой технологии сварки для получения полной герметичности многометровых сварных швов емкостей хранения, создания методики и аппаратуры контроля их качества. Все описанные выше мероприятия сводили к минимуму испарения криожидкости.
    Для полного решения проблемы была создана специальная газовая холодильная машина на кислородном уровне температур, которая, будучи установлена на емкости с жидким кислородом, конденсировала испарившийся из емкости газообразный кислород и возвращала его обратно в емкость уже в жидком состоянии. Так впервые в отечественной практике была решена проблема хранения жидкого кислорода практически без потерь.
     Однако, исследования показали, что есть ещё возможность повысить эффективность применения жидкого кислорода: если его температуру понизить ниже точки кипения при нормальных условиях (переохладить до температуры минус 203-210 оС), то он приобретает новые качества, среди которых главное для заправки - высокая текучесть. Это позволяло резко сократить время заправки (с 25...30 до 3...8 мин), при этом вместо насосов можно было использовать сжатый воздух, который выдавливал жидкий переохлажденный кислород из емкости хранения (стационарной или транспортируемой) в баки ракеты.
     Для переохлаждения жидкого кислорода применялась передвижная установка, в которой использовался принцип эжекции и уноса паров с поверхности жидкого кислорода в емкости за счёт перепада давления в эжекторе. Позже переохлаждение криожидкостей (кислорода, водорода, азота, гелия) нашло широкое применение в ракетно-космических комплексах Н1 и "Энергия-Буран" на тысячах тонн криокомпонентов.
     Жидкий кислород может заправляться в баки ракеты с расходом до 700 т/ч, жидкий водород - 110 т/ч. Будучи переохлажденным, жидкий кислород обеспечивает готовность ракеты Р-9 к пуску в течение десяти часов при высоком уровне безопасности работ при заправке.
     Полученные результаты потребовали коренной перестройки процессов получения, хранения, транспортировки и заправки криожидкостей. Была принципиально перестроена промышленная база, вышло соответствующее Постановление Правительства СССР, в 1972 г. создана крупнейшая научно-промышленная организация по этой проблеме - НПО "Криогенмаш" (г. Балашиха, Московской области), объединившая научные и производственные коллективы.

[Salo]

Вот что писал Дмитрий В. в своём посте "Пределы модернизации РН «Союз»."

Кроме того, за счет высвобождения объемов в ХО блоков, а также переохлаждения компонентов топлива ( с целью повышения их плотности), возможно увеличение заправки ББ и ЦБ, предположительно на 10% при неизменной сухой массе и габаритах блоков (впрочем, переохлаждение компонентов может прилично повысить эксплуатационные затраты).

[Salo]

Переохлажденный кислород энергетику двигателя не повысит, скорее наоборот, зато может добавить проблем с ВЧ и усложняет наземное оборудование.
 

Проблемы с ВЧ могут возникнуть только на двигателе открытой схемы (РД-107-108 или РД-0110 скажем).В случае замкнутой схемы с кислым газом весь ЖК газифицируется в газогенераторе. А переохлаждение должно снизить угрозу кавитации из-за большей текучести и улучшить охлаждение КС и сопла за счёт более низкой температуры.

[Salo]

Кислород довольно дешев, для небоевой ракеты его можно получать на КАЗе незадолго до заправки и везти далеко не нужно, поэтому экономить на потерях особого смысла нет. Опять же и существенно ускорять заправку для РН ни к чему. Переохлаждение осуществляется испарением части кислорода с последующим улавливанием и конденсацией газообразной части, в общем муторный процесс.

Кстати на форуме была информация, что КАЗ на Байконуре работает два раза в год. В остальное время ЖК и ЖА хранится. Видимо с использованием схемы переохлаждения (доохлаждения).  :wink:

[Андрей Суворов]

не только на форуме.
На самом деле, Байконур ещё и продаёт ЖК на сторону, для медицинского применения.

[Salo]

Андрей, напомните, это в новостях было?

[Salo]

http://www.roscosmos.ru/NewsDoSele.asp?NEWSID=2796

24.01.2008 Сегодня на космодроме Байконур проводится запуск в работу кислородно-азотного завода (КАЗ) космодрома.
   Сегодня на космодроме Байконур проводится запуск в работу кислородно-азотного завода (КАЗ) космодрома.
КАЗ расположен на площадке 3 космодрома и создавался по программе "Энергия-Буран". Завод предназначен для производства кислорода и азота, необходимых для пусков ракет с космодрома Байконур. Сейчас мощность КАЗа является избыточной, поэтому завод запускают два раза в год - в начале и конце года, в холодный период, чтобы меньше тратить электроэнергии при производстве кислорода и азота.
   В эту компанию заводу предстоит выработать продукты, необходимые для пусков весны - осени 2008 года. В связи с тем, что на космодроме начинается эксплуатация ракеты "Зенит-3SLБ", компонентов будет выработано больше, чем в предыдущие годы.
Помимо ракетных пусков, кислород, вырабатываемый на КАЗе Байконура, используется в медицине - он имеет высокую чистоту и был сертифицирован для применения в системе здравоохранения.
 

[Bell]

И что? Наработанный жидкий кислород потом хранится целый год???  :roll:

[Salo]

Угу! :lol:
И эта схема была предложена ещё Мишиным для Р-9.

[fagot]

Проблемы с ВЧ могут возникнуть только на двигателе открытой схемы (РД-107-108 или РД-0110 скажем).В случае замкнутой схемы с кислым газом весь ЖК газифицируется в газогенераторе. А переохлаждение должно снизить угрозу кавитации из-за большей текучести и улучшить охлаждение КС и сопла за счёт более низкой температуры.

В ГГ тоже бывают ВЧ, однако я нигде не говорил, что это неразрешимая проблема. Что касается охлаждения, то кислород тут не очень стремятся использовать, разве что в РД-170 для ГГ и газоводов.

[Salo]

Так вроде бы керосин тоже переохлаждённый?  :wink:

[fagot]

Так вроде бы керосин тоже переохлаждённый?  :wink:

Ну в том значении, что применяется слово переохлаждение к кислороду, керосин переохлажден очень глубоко даже в жаркий летний день.

[Salo]

А почему в блоке ДМ не использовали переохлаждённые компоненты?
Бак ЖК да и керосина тоже в ЭВТИ. РЗТ в РБ маленький (16,6 т) и проблем с переохлаждением быть не должно. А массовое совершенство сразу возрастёт и ПН тоже. Думаю для Зенита -3SLБ с Байконура увеличение ПН на ГПО лишним бы не было. :wink:

[Salo]

Так вроде бы керосин тоже переохлаждённый?  :wink:

Ну в том значении, что применяется слово переохлаждение к кислороду, керосин переохлажден очень глубоко даже в жаркий летний день.

А что его термостатируют? И до какой температуры?

[fagot]

А что его термостатируют? И до какой температуры?

Термостатируют вроде, а температура очевидно от конкретной РН зависит. Вован наверняка знает, но он вроде в отпуске.

[Salo]

Shin сказал что Вован скоро будет на форуме. :lol:

[fagot]

Это хорошо

[mihalchuk]

А почему в блоке ДМ не использовали переохлаждённые компоненты?
Бак ЖК да и керосина тоже в ЭВТИ. РЗТ в РБ маленький (16,6 т) и проблем с переохлаждением быть не должно. А массовое совершенство сразу возрастёт и ПН тоже. Думаю для Зенита -3SLБ с Байконура увеличение ПН на ГПО процентов на 10 лишним бы не было. :wink:

Все блоки Зенита -33SLБ заправляются из одной бочки. Приспособление двигателя 1-й ступени к переохлаждённому кислороду вылетит в копеечку. ИМХО, конечно.

[Salo]

Агрегат-заправщик РБ жидким кислородом снят с колес и установлен на фундаменте

[Salo]

А почему в блоке ДМ не использовали переохлаждённые компоненты?
Бак ЖК да и керосина тоже в ЭВТИ. РЗТ в РБ маленький (16,6 т) и проблем с переохлаждением быть не должно. А массовое совершенство сразу возрастёт и ПН тоже. Думаю для Зенита -3SLБ с Байконура увеличение ПН на ГПО процентов на 10 лишним бы не было. :wink:

Все блоки Зенита -33SLБ заправляются из одной бочки. Приспособление двигателя 1-й ступени к переохлаждённому кислороду вылетит в копеечку. ИМХО, конечно.

Почему?
В крайнем случае его можно подогревать в теплообменнике. Но  какие собственно проблемы?

[Salo]

Кстати переход на переохлаждённый кислород максимальный эффект должен дать на Зените, с его автоматической заправкой и коротким предстартовым периодом.
А выигрыш в РЗТ и ПН в 10% был бы совсем не лишним.

[fagot]

Ну в ПН все же выигрыш будет меньше 10-ти % И керосин тоже нужно охлаждать.

[Salo]

Да, наврал.  :oops:
Так что совсем нет смысла этим заниматься?
Неужели выигрыш не перекроет расходы?

[Shestoper]

Водородом надо заниматься, водородом. И будет Вам счастье  

[Salo]

И ТТУ на первой ступени. :wink:

[Salo]

Водородом надо заниматься, водородом. И будет Вам счастье  

То что в новые ракеты надо закладывать водород это понятно. Что КРБ надо водородные делать тоже. Но выжать последние крпохи из существующей ракеты, скажем из Зенита, тоже заманчиво. Кстати на Морском старте вроде бы водород даже не планируется. А ПН на ГПО приподнять можно. :wink:

[fagot]

Да, наврал.  :oops:
Так что совсем нет смысла этим заниматься?
Неужели выигрыш не перекроет расходы?

Так считать надо. Надеюсь те, кому это по должности положено, соотношение выгод и затрат прикидывали. Но в целом выигрыш мал, процентов 5 может быть.

[KrioG]

А почему в блоке ДМ не использовали переохлаждённые компоненты?

Отчего же не использовали? Использовали, используют и будут использовать.
 

Все блоки Зенита -33SLБ заправляются из одной бочки.

Ошибаетесь. Разгонный блок заправляется из своей бочки, баки первой и второй ступени - из своей. Температуры заправляемого кислорода тоже разные.

В крайнем случае его можно подогревать в теплообменнике. Но какие собственно проблемы?

Проблем никаких. Но посудите сами: сначала вы переохладите ~300 тонн ЖК, а потом, поскольку переохлажденного требуется только ~10 тонн, вам придется нагревать 290 тонн. Как то это...нерационально.

[mihalchuk]

Все блоки Зенита -33SLБ заправляются из одной бочки.

Ошибаетесь. Разгонный блок заправляется из своей бочки, баки первой и второй ступени - из своей. Температуры заправляемого кислорода тоже разные.

Интересные подробности. Система заправки другая, не как на Морском Старте? А где берут переохлаждённый кислород?

[Salo]

Дык отсюда и берут:

Агрегат-заправщик РБ жидким кислородом снят с колес и установлен на фундаменте

[Salo]

В крайнем случае его можно подогревать в теплообменнике. Но какие собственно проблемы?

Проблем никаких. Но посудите сами: сначала вы переохладите ~300 тонн ЖК, а потом, поскольку переохлажденного требуется только ~10 тонн, вам придется нагревать 290 тонн. Как то это...нерационально.

Имелось ввиду подогревать в теблообменнике в ЖРД перед газогенератором.  :wink:

[Salo]

Ну в ПН все же выигрыш будет меньше 10-ти % И керосин тоже нужно охлаждать.

У Губанова о Зените:

Увеличение заправки топливных баков первой ступени дает прирост массы полезного груза до одной тонны, при перезаправке на 10 %. В настоящей схеме ракеты масса топлива первой ступени составляет 318т, второй - 80,8 т.

Тонна это примерно
14,8т/13,8т*100%=107,25%  
Что-то даст и вторая ступень. Так что почти 10%. :wink:

[Salo]

Кстати переход на переохлаждённый кислород максимальный эффект должен дать на Зените, с его автоматической заправкой и коротким предстартовым периодом.
А выигрыш в РЗТ и ПН в 10% был бы совсем не лишним.

Есть тут одно но. У АМг6-Н с понижением температуры снижается прочность. А тут ещё и РЗТ возростает, а значит и нагрузки.

[Salo]

Ещё один вариант использования переохлаждённого кислорода:

Ещё один вариант модернизации Союза 2-1б. :wink:
РД-0155К судя по всему умер. РД-120  делают в Днепропетровске.
НК-39К имеет слишком малую тягу у Земли (30тс), да и УИ у него не лучше чем у РД-107А, РД-108А.  
Остаётся НК-33. Но у него в исходном варианте слишком большая тяга (154 тс).
Однако его можно дефорсировать  http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/content/numbers/240/25.shtml :


Как видим давление в КС можно снизить вплоть до71,2 атм. Но нам столько не нужно. Снижаем его до 100-110 атм. Т.е. примерно на треть.
На боковушках тяга в вакууме бкдет  116 тс, на ЦБ 112 тс.  Бак ЖК наддуваем подогретым в теплообменнике кислородом. Бак керосина наддуваем генераторным газом забалластированным керосином. Первоначальный наддув баков гелием из шар-баллонов в баке ЖК. ХО с целью предотвращения пожара наддуваем тем же гелием.
Тороидальные баки перекиси и жидкого азота ликвидируем за ненадобностью.
НК-33 длиннее РД-107А и РД-108А на 840 мм.  Если получится баки еросина немного удлиняем увеличивая заправку керосином. Объём баков ЖК оставляем без изменения, но заливаем переохлаждённый кислород. Это позволит увеличить заправку кислородом на 10% (каждой боковушки на 2,75т,  а ЦБ на 6,5т). В результате соотношение компонентов с 2,39-2,47 изменится на 2,6-2,7 и станет близким к оптимальному (2,62).
Стартовая масса возрастёт до 329т, а ПН на НЗО 200 км до примерно 10-11т в зависимости от УИ которое удастся получить при таком понижении давления в КС. :wink:

Плюс состоит в том, что переделки баков боковушек в этом случае минимальные, а соотношение компонентов можно изменить под двигатеь замкнутой схемы.

[Salo]

Вот что писал Дмитрий В. в своём посте "Пределы модернизации РН «Союз»."

Кроме того, за счет высвобождения объемов в ХО блоков, а также переохлаждения компонентов топлива ( с целью повышения их плотности), возможно увеличение заправки ББ и ЦБ, предположительно на 10% при неизменной сухой массе и габаритах блоков (впрочем, переохлаждение компонентов может прилично повысить эксплуатационные затраты).

Под эксплуатационными затратами видимо имеется ввиду доохлаждение кислорода и керосина. Снизить эти затраты можно видимо дополнительной термоизоляцией баков. Скажем задуть рипором. Но тут сразу растёт сухая масса и эффект от 10% выигрыша в РЗТ тает на глазах.

[Salo]

Наилучшим образом переохлаждение компонентов подходит видимо для кислородно-метановых ступеней. Все компоненты криогенные.
Температура кипения метана -162 градуса, температура замерзания -184 градуса. У кислорода -183 градуса и -219 градусов соответственно.

[Peter]

Температура кипения метана -162 градуса, температура замерзания -184 градуса. У кислорода -183 градуса и -219 градусов соответственно.

Тут нужно помнить о давлении (наддув в баках).
Вообще, переохлаждение нужно только по причине плохого массового совершенства баков... На Атласах оно было ни к чему... Сейчас уже есть хорошие материалы*, снимающие с повестки дня эту идею - только их надо осваивать. Но некому - прикладная наука, слабая и в СССР - сейчас практическм убита.

*например, слойка титан - алюминий, сваренные вакуумно, нанометровыми слоями, и затем опрессованная.

[fagot]

Тут нужно помнить о давлении (наддув в баках).
Вообще, переохлаждение нужно только по причине плохого массового совершенства баков... На Атласах оно было ни к чему... Сейчас уже есть хорошие материалы*, снимающие с повестки дня эту идею - только их надо осваивать. Но некому - прикладная наука, слабая и в СССР - сейчас практическм убита.

Переохлаждение дает выигрыш при любом совершенстве. На Атласах от той технологии отказались, видно была очень простой и удобной. :wink:

*например, слойка титан - алюминий, сваренные вакуумно, нанометровыми слоями, и затем опрессованная.

Чтобы дороже было?

[Дмитрий В.]

Вообще, переохлаждение нужно только по причине плохого массового совершенства баков...

Кроме повышения массового совершенства, переохлаждение позволяет также сократить потери криогенных компонентов на испарение.

[Peter]

Переохлаждение дает выигрыш при любом совершенстве.

Неправда ваша.

Снижение температуры компонентов уменьшает УИ. И удорожает, к слову( об этом - в следующем абзаце). При высоком массовом совершенстве баков уже нужно считать - что мы выигрываем - заливая больше вещества в те же баки, или баки нужно удлиннить?

А теперь о слойке. Да, будет дороже. Но - при той де массе - будет держать втрое большее давление, или при том же давлении иметь существенно ( не втрое, конечно... Раза в полтора, максимум - в корень из 3) меньшую массу.

[Дмитрий В.]

Снижение температуры компонентов уменьшает УИ.

А вот с этого места - поподробнее, пожалуйста! :?:

[Salo]

Наилучшим образом переохлаждение компонентов подходит видимо для кислородно-метановых ступеней. Все компоненты криогенные.
Температура кипения метана -162 градуса, температура замерзания -184 градуса. У кислорода -183 градуса и -219 градусов соответственно.

Делаем совмещённое днище без термоизоляции. Бак ЖК сверху, бак ЖМ снизу. Наддув основными компонентами подогретыми в теплообменниках двигателя. Жидкий метан переохлаждается за счёт испарения с зеркала поверхности. Пары метана конденсируются на днище бака ЖК и стекают обратно. Т.е. доохлаждать нужно только кислоролд. :wink:

[Peter]

Снижение температуры компонентов уменьшает УИ.

А вот с этого места - поподробнее, пожалуйста! :?:

А чего подробнее? Энергия уменьшается. Отнимаем мы ее, охлаждая. КПД не меняется, следовательно, УИ меньше. Не сильно меньше, но меньше.
Если интересно - качественно этот вопрос меняется при перемене фазовых состояний. Вы же профи, не то, что я...

[Salo]

Снижение температуры компонентов уменьшает УИ.

А вот с этого места - поподробнее, пожалуйста! :?:

Очень хотелось бы получить аргументированный ответ с цифрами.  :shock:

[Дмитрий В.]

Снижение температуры компонентов уменьшает УИ.

А вот с этого места - поподробнее, пожалуйста! :?:

А чего подробнее? Энергия уменьшается. Отнимаем мы ее, охлаждая. КПД не меняется, следовательно, УИ меньше. Не сильно меньше, но меньше.
Если интересно - качественно этот вопрос меняется при перемене фазовых состояний. Вы же профи, не то, что я...

И это снижение УИ составит, вероятно, десятые или сотые доли процента от номинала (т.е. явно в пределах точности термодинамических расчетов). Между тем снижение массы конструкции за счет переохлаждения (уменьшение объема баков, криогенное упрочнение, сокращение тепловых остатков незабора топлива, снижение давления наддува) достигает порядка 10%.

[Peter]

Снижение температуры компонентов уменьшает УИ.

А вот с этого места - поподробнее, пожалуйста! :?:

Очень хотелось бы получить аргументированный ответ с цифрами.  :shock:

ъ

Цифер не будет. НЕт справочника под рукой. Но я химик, для меня это закон природы.

Если не лень, залезьте в Propep, и посмотрите дельту G при разных температурах - кое где оно там есть.

Другое дело, что при охлаждениии без фазовых переходов - это малые величины.

[Peter]

Снижение температуры компонентов уменьшает УИ.

А вот с этого места - поподробнее, пожалуйста! :?:

А чего подробнее? Энергия уменьшается. Отнимаем мы ее, охлаждая. КПД не меняется, следовательно, УИ меньше. Не сильно меньше, но меньше.
Если интересно - качественно этот вопрос меняется при перемене фазовых состояний. Вы же профи, не то, что я...

И это снижение УИ составит, вероятно, десятые или сотые доли процента от номинала (т.е. явно в пределах точности термодинамических расчетов). Между тем снижение массы конструкции за счет переохлаждения (уменьшение объема баков, криогенное упрочнение, сокращение тепловых остатков незабора топлива, снижение давления наддува) достигает порядка 10%.

Оно, в общем, верно. Но:
1) десятые доли процента - верно. Но не сотые.
2) криогенное упрочнениение - это к нынешним материалам (сплавам алюминия, довольно паршивым), а не "вообще"
3) Незобор топлива - технологическая проблема из другой оперы.
4) снижение давление наддува - это не ясно, плюс или минус. Для меня (лично для меня) - это кажется минусом.

[Salo]

2) криогенное упрочнениение - это к нынешним материалам (сплавам алюминия, довольно паршивым), а не "вообще"

Речь идёт о замене АМг-6 и АМг-6Н на алюмо-литиевые криоупрочняемые сплавы, что позволяет снизить массу конструкции как за счёт более лёгких сплавов, так и за счёт того что при низкой температуре прочность конструкции увеличивается. :wink:

3) Незобор топлива - технологическая проблема из другой оперы.
4) снижение давление наддува - это не ясно, плюс или минус. Для меня (лично для меня) - это кажется минусом.

Уменьшение давления наддувва позволяет уменьшить невыработанны остатки топлива и конечную массу блока. :wink:

[fagot]

Неправда ваша.

Снижение температуры компонентов уменьшает УИ. И удорожает, к слову( об этом - в следующем абзаце). При высоком массовом совершенстве баков уже нужно считать - что мы выигрываем - заливая больше вещества в те же баки, или баки нужно удлиннить?

Эффект снижения УИ практически не заметен, так как преохлаждение составляет несколько десятков градусов максимум. Никаких фазовых переходов там естественно нет.

А теперь о слойке. Да, будет дороже. Но - при той де массе - будет держать втрое большее давление, или при том же давлении иметь существенно ( не втрое, конечно... Раза в полтора, максимум - в корень из 3) меньшую массу.

На старом Атласе стальные баки имели примерно такое же преимущество, но от них отказались, потому что сейчас всё стараются делать по критерию стоимость-эффективность, а сами по себе предельные параметры мало что значат.

[Peter]

1) алюминий-скандиевые, легированные бором, вы не рассматривали?
Если честно, я не знаю, как у них с криоупрочнением, просто уточняю - что оно (криоупрочнение) - есть сугубо ситуативная вещь.

2) "откройте мне векм" (Вий)
Если у нас в баках есть газ, почему его нельзя откачать? Да, будут дрсселироваться ступени... Может быть...Чем больше давление - тем лучше жить ТНА...
И чем больше давление (в пределах ускорений в полете, по крайней мере, а может, и больше) - тем легче можно сделать баки.

3) навело на мысль. Надувной щарик. Бак в транспортировке не обязан быть таким, как на старте. Мысль заслуживает отдельной темы, но совсем сырая.

[Дмитрий В.]

навело на мысль. Надувной щарик. Бак в транспортировке не обязан быть таким, как на старте. Мысль заслуживает отдельной темы, но совсем сырая.

Кажется, эту идею уже выдвигали на Форуме. :roll:

[Peter]

навело на мысль. Надувной щарик. Бак в транспортировке не обязан быть таким, как на старте. Мысль заслуживает отдельной темы, но совсем сырая.

Кажется, эту идею уже выдвигали на Форуме. :roll:

Не подскажете, где? (или ключевые слова) А то мантра 3,9м/4,1 м изрядно надоела

[Дмитрий В.]

навело на мысль. Надувной щарик. Бак в транспортировке не обязан быть таким, как на старте. Мысль заслуживает отдельной темы, но совсем сырая.

Кажется, эту идею уже выдвигали на Форуме. :roll:

Не подскажете, где? (или ключевые слова) А то мантра 3,9м/4,1 м изрядно надоела

Не помню, к сожалению. Попробуйте пробежаться по разделу "Средства выведения". Тема была что-то вроде "Надувная ракета"... если склероз не подводит. :cry:

[Peter]

Спасибо большое. Тема есть:
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=3124&highlight=%ED%E0%E4%F3%E2%ED%E0%FF+%F0%E0%EA%E5%F2%E0
ПО первому впечатлению - чушь, но буду читать

[fagot]

Если у нас в баках есть газ, почему его нельзя откачать? Да, будут дрсселироваться ступени... Может быть...

Если это газообразный компонент топлива, его уже не откачать, а если нейтральный газ, то в этом и вовсе нет смысла.

Чем больше давление - тем лучше жить ТНА...

Но сильно увеличивать его нельзя, поэтому применяют бустерные насосы и ТНА живется неплохо.

И чем больше давление (в пределах ускорений в полете, по крайней мере, а может, и больше) - тем легче можно сделать баки.

С определенного давления масса газов наддува начинает превышать выигрыш от разгруки баков от сжимающих усилий, а для баков определяющей становится не устойчивость, а прочность, поэтому при турбонасосной подаче выгодны довольно низкие давления наддува.

[Peter]

Газообразный компонент топлива, находящийся под давлением, безусловно можно откачать. Вопрос в весе насоса.

Абстрактно, это интересно в пакетах с переливом.

А насчет того - с какого "определенного давления" - это нужно считать.

[fagot]

Зачем его откачивать-то? Когда газ наддува становится ненужным, ступень пора отделять, а не откачкой заниматься :wink:

[Peter]

Все, сдаюсь, по  большинству пунктов убедили (хотя вариант ранних атласов все равно нравится..).
Благодарю за корректную дискуссию и потраченное время.

PS а насчет "складывающихмя" при транспотировке баков, ИМХО, имеет смысл думать...) Чем на досуге и займусь...

[fagot]

На старом Атласе это во многом было вынужденное решение. Были некоторые проблемы с запуском двигателя в космосе, значит нужно делать пакет, а ставить его в шахту удовольствие сомнительное, поэтому был выбран моноблок со сбросом стартовых двигателей, но тогда массовое совершенство баков должно быть высоким, отсюда и появились "надувные" стальные баки.

[Вован]

А что его термостатируют? И до какой температуры?

Термостатируют вроде, а температура очевидно от конкретной РН зависит. Вован наверняка знает, но он вроде в отпуске.

Термостатируют РГ-1 до около минус 30, а после заправки в баки получается около минус 18. Перед пуском конкретная температура учитывается в автоматике двигателя

[Salo]

С возвращением Вован! :wink:
А до какой температуры переохлаждают жидкий кислород в блоке ДМ?

[Андрей Суворов]

На старом Атласе это во многом было вынужденное решение. Были некоторые проблемы с запуском двигателя в космосе, значит нужно делать пакет, а ставить его в шахту удовольствие сомнительное, поэтому был выбран моноблок со сбросом стартовых двигателей, но тогда массовое совершенство баков должно быть высоким, отсюда и появились "надувные" стальные баки.

Наоборот. Идея тонкостенного надувного бака появилась в 1946 году. Но Конвэру не дали денег на его проработку. Уже в составе Дженерал Дайнемикс его стали прорабатывать детально, и он вылился в то, что вылился. А идея с шахтой появилась уже после 55 года.

[fagot]

Наоборот. Идея тонкостенного надувного бака появилась в 1946 году. Но Конвэру не дали денег на его проработку.

Одно дело - когда появляется идея, а другое - для чего ее в конечном счете применяют. И МХ-774 он на свои средства делал?

Уже в составе Дженерал Дайнемикс его стали прорабатывать детально, и он вылился в то, что вылился. А идея с шахтой появилась уже после 55 года.

Главное тут - запуск двигателей на земле, ну а в выборе моноблока может и не шахта была определяющей, а другие недостатки пакета вроде большего числа блоков, более сложных СОБ, старта, и т.п. Хотя при принятии окончательного решения и про шахту могли задумываться.

[Байконур]

С возвращением Вован! :wink:
А до какой температуры переохлаждают жидкий кислород в блоке ДМ?

Пока у Вована проблемы с компьютером, отвечу я: для протоновского ДМ минус 195, для зенитовского хотят минус 198 :wink:

[Salo]

Спасибо огромное. :wink:

[Вован]

С возвращением Вован! :wink:
А до какой температуры переохлаждают жидкий кислород в блоке ДМ?

Пока у Вована проблемы с компьютером, отвечу я: для протоновского ДМ минус 195, для зенитовского хотят минус 198 :wink:

В агрегате заправки РБ Зенита реально удалось достичь минус 203 :shock:

[KrioG]

И что теперь делать? Ведь им надо минус 198... :shock:

[Вован]

И что теперь делать? Ведь им надо минус 198... :shock:

Процесс регулируется. Следующая порция будет как надо :wink:

[KrioG]

Ну-ну, посмотрим с какого раза они попадут в точку...

[Salo]

http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?p=658978#658978

Salo пишет:
Компьютерный перевод на русский

Даже эксперты в космических ракет в этом году приходит, даже если результаты не могут быть запущены в зимний narohoreul объясняет. Профессор Юн "использовали керосин ракетного топлива (специальный керосин) в зимнее время, тем самым увеличивая вязкость не может работать нормально", сказал: "Запуск ниже минус 4 градуса невозможно", сказал он.

У них бесплатно горючка захолаживается, а они не хотят ?

ZOOR пишет:
Что за керосин?

Вован пишет:
Слышал, что какой-то суперобезвоженный должен для Ангары применяться, причем кто его будет производить в промышленных масштабах - ХЗ :shock:

SpaceR пишет:
 Да ерундень это всё, опять корейские сказки...
Когда повышали грузоподъемность "Зенита-3SL", то вместе с прочим внедрили и переохлажденный керосин, аж до -23 градусов. И это обычный ракетный РГ-1.
А кислород оставили прежним, кипящим.

KrioG пишет:

ZOOR пишет:
У них бесплатно горючка захолаживается, а они не хотят

А что, если она охлаждается до более низкой температуры, чем требуется? Ну, например, до -4, а нужно, чтобы было не ниже 0? Прикажете греть? А как, если ничего не предусмотрено для нагрева? Срочно дорабатывать? Может проще весны подождать?:wink:

SpaceR пишет:
Да ерундень это всё, опять корейские сказки...
Когда повышали грузоподъемность "Зенита-3SL", то вместе с прочим внедрили и переохлажденный керосин, аж до -23 градусов. И это обычный ракетный РГ-1.
А кислород оставили прежним, кипящим.

Зенит летает на РГ-1? :shock: Может РГ-1 и нафтил это одно и тоже? Я слышал, что на Зените применяется специально обезвоженный нафтил. И, вроде как влагосодержание этого нафтила имеет очень большее значение т.к. его сушат и сушат без конца добиваясь кондиционности. Не знаю как растворенная вода сказывается на работе самого двигателя, но вдруг, после охлаждения до температуры ниже нуля, фильтры льдом забьются.
Да и при чем тут Зенит? От KSLV-1 вовсе не требуется повышенная грузоподъемность. Поэтому, сильно охлаждать горючее особого резона нет. А вот кислород почему бы и не охладить на градус-другой... :wink:

KrioG пишет:
Не знаю как растворенная вода сказывается на работе самого двигателя, но вдруг, после охлаждения до температуры ниже нуля, фильтры льдом забьются.

Bell пишет:
Вообще-то строго говоря вода в керосине не растворяется и к тому же имеет бОльшую плотность. Поэтому вполне может собираться внизу бака у самого топливозаборника. Даже если в процентах воды не много, то на сотню тонн горючего в килограммах у топливозаборника наберется изрядно.

Вован пишет:
К сожалению, керосин в воде растворяется

Вован пишет:
На Наземном старте никаких особых мер по обезвоживанию нафтила не предпринимается. Делается стандартное обезвоживание по документации еще и из-за того, что горючее приходит на космодром в цистернах без наддува, воды в каждой оказывается литров 20

KrioG пишет:
На "Морской" приходит в наддутых контейнерах так называемый "обезвоженный" нафтил и все равно иногда приходится делать по несколько циклов осушки, иначе он не удовлетворяет предъявляемым требованиям по содержанию воды. На "Наземном" с водой проще, т.к. там температура охлаждения горючего выше.

Вован пишет:
Какая температура охлаждения горючего на Наземном и на Морском стартах? И еще, информация к размышлению: необезвоженный нафтил кристаллизуется при температуре минус 60 град Цельсия

KrioG пишет:
На "Морском" нафтил обычно охлаждают до -32 градусов Цельсия, в баки он попадает с температурой около -24 градусов. А какая температура охлаждения на "Наземном" Вам виднее, я знаю лишь то, что она выше.

Вован пишет:
Надо было до минус 26, но иногда от усердия охлаждали до минус 30.

[Salo]

Продолжаются работы на стартовом комплексе «Союза» во Французской Гвиане
:: 03.05.2011 http://www.federalspace.ru/main.php?id=2&nid=16753

В Гвианском космическом центре сегодня продолжат работы по «сухому» вывозу российской ракеты-носителя «Союз СТ-Б» с разгонным блоком «Фрегат».

По плану четвертого стартового дня будут проведены испытания по проливке и захолаживанию керосина, отработка программы предстартовой подготовки разгонного блока и другие испытания.

В работах на стартовом комплексе «Союза» сейчас участвуют около 300 специалистов – представителей предприятий Роскосмоса.

Наземная квалификация стартового комплекса «Союза» в ГКЦ продлится до 7 мая.
Пресс-служба Роскосмоса

Salo пишет:
А на Байконуре керосин в тёплое время года тоже захолаживают?

Вован пишет:
И в теплое, и в холодное.

Salo пишет:
А до какой температуры, Владимир Николаевич?

Вован пишет:
На сколько позволяет керосин, чтобы не кристаллизоваться. Обычно на Байконуре захолаживали до минус 30.

bsdv пишет:
Захолаживают - чтобы больше влезло? Или ТНА охлаждают?

Вован пишет:
Чтобы повысить плотность и чтобы килограммов больше влезло.

[Salo]

http://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.2002-4293
 

[НИИзнайка]

Сразу прошу прощения за наивный вопрос.
Ну вот заправили плотным переохлажденным кислородом.
Постояло это всё и нагрелось... давление в баке увеличилось.
Какое давление (при какой температуре выше исходной) выдержит бак ? Реальный бак, они же на какое-то конкретное давление расчитаны.
Ну и  - можно ли сэкономить на наддуве/вытеснении.

[Salo]

На первоначальном наддуве можно. Но в полёте наддувать кислородом накладно.

[vlad7308]

НИИзнайка пишет:
Сразу прошу прощения за наивный вопрос.
Ну вот заправили плотным переохлажденным кислородом.
Постояло это всё и нагрелось... давление в баке увеличилось.
Какое давление (при какой температуре выше исходной) выдержит бак ? Реальный бак, они же на какое-то конкретное давление расчитаны.
Ну и - можно ли сэкономить на наддуве/вытеснении.

насколько я понимаю, в случае использования переохлажденных криокомпонентов, пока заправленная РН стоит на старте, нужна постоянная рециркуляция до момента старта.
иначе нагреется, и плотность уменьшится.

с кипящими куда проще - их температура и, соответственно, плотность фиксированы.

[Дмитрий Инфан]

vlad7308 пишет:

с кипящими куда проще - их температура и, соответственно, плотность фиксированы.

С ними другая беда - их масса постоянно уменьшается. Нужно доливать.

[vlad7308]

Дмитрий Инфан пишет:

vlad7308 пишет:

с кипящими куда проще - их температура и, соответственно, плотность фиксированы.

С ними другая беда - их масса постоянно уменьшается. Нужно доливать.

да ну?! 

дренаж и долив - разумеется есть на любом СК и РН, использующих криокомпоненты

[Дмитрий Инфан]

Но там, где они используются в кипящем виде, доливать приходится больше.

[Salo]

Liquid Oxygen Propellant Densifi cation Production and Performance Test Results With a Large-Scale Flight-Weight Propellant Tank for the X33 RLV
http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20100035154.pdf

[Salo]

https://www.reddit.com/r/spacex/comments/3xkk6g/propellant_densification_and_f9_v11_to_v12/

Propellant Densification and F9 V1.1 to V1.2 Evolution (self.spacex)
отправлено 8 часов назад автор 2p718

It appears that LOX densification has a significant payoff. Cooling LOX from its NBP (Natural Boiling Point) of 89.8K down to 66.5K increases its density by 9.7%. That is a big win! These figures are from Liquid Oxygen Propellant Densification ... for the X33 RLV.
The payoff for RP1 is about 2% for cooling it from 20degC to -6.7degC. Cooling RP1 rapidly increases its viscosity, so going even lower might not be possible. These figures are from data for Kerosine, RP1 should be pretty close).
Assuming F9 V1.1 with 300t of propellants and a LOX/RP1 ratio of 2.56, that would be 216t LOX and 84t RP1. Densification with the published temperature figures would raise that to 236t LOX and 85.7t RP1 in the same tank volumes. To retain the LOX/RP1 ratio of 2.56 the tank volumes would of course have to be adjusted.
We already know that the F9 V1.2 has been stretched to accommodate larger tanks and AFAIK it has 30% more thrust, some of which is needed to propell the increased propellant mass.
Looking at the changes from V1.1 to V1.2 I get the impression that this is a rather bold and big step to take and not at all cautious and incremental.
Some of the questions that pop into my mind are:
 

[/li]
• Was the first stage substantially redesigned or strengthened to cope with the greater forces?
• What is the effect of the lower LOX temperature on thermal stresses and metal embrittlement?
• Can the rapid expansion of LOX potentially lead to it freezing? (LOX freezing point is 54.4K).
• A lot of things cannot be tested on the ground, e.g. dynamic loads in flight, thermal behaviors in diminishing ambient pressure, etc... So, how confident can SpaceX really be that the significant changes it made will not cause unexpected problems in flight?
  

//[–]FoxhoundBat  5 часов назад*

We already know that the F9 V1.2 has been stretched to accommodate larger tanks and AFAIK it has 30% more thrust, some of which is needed to propell the increased propellant mass.
 

No, the engines produce 15.6% more thrust (on S1), not 30%. The sum of all the upgrades (15.6% more thrust, stretched S2, higher thrust + Isp on M1D Vac, densification, etc) all in total give 33% greater payload performance. S1 is not stretched, S2 is by 10%. I have heard murmurs about possible very tiny S1 stretch done on v1.1FT but as i haven't seen any proof i think it can be discarded until proven otherwise.
LOX is densified about 9.9% and RP-1 is 2.6%. And if you think changes between v1.1 and v1.1FT are bold, they are much greater between v1.0 and v1.1. FT is an evolution of v1.1, v1.1 was a completely new rocket vs v1.0.

//[–]scarlaton  6 часов назад 
https://twitter.com/elonmusk/status/677666464208416768