МАКС и АН-225

Предлагаю для улучшения характеристик системы МАКС использовать в качестве топлива самолета-носителя Ан-225 жидкий водород.
Теплофизические свойства водорода таковы, что при испарении одной тонны жидкого водорода поглощается количество тепла достаточное для конденсации (сжижения) более двух тонн кислорода из атмосферного воздуха.
Бак для 50 тонн жидкого водорода размещается в пустующем внутрифюзеляжном отсеке самолета Ан-225. Система взлетает с частично заправленным кислородом внешним баком. Во время полета самолета-носителя к точке старта второй ступени его двигатели будут работать не на керосине, а на газообразном водороде. При этом из атмосферы в специальном устройстве за счет тепла, которое поглощается жидким водородом при испарении, конденсируется 100 тонн кислорода и закачивается во внешний топливный бак второй ступени системы МАКС.
Известно, что по теплотворной способности в расчете на единицу массы водород превосходит обычное авиационное топливо в 2,8 раза - т.е. 50т водорода заменят 140т керосина.
Таким образом, реализация этого предложения позволит либо снизить взлетный вес системы (за счет дозаправки жидким кислородом из атмосферы в полете), либо увеличить дальность полета до точки старта второй ступени.
Увеличение дальности позволит при старте с аэродрома на Российском Дальнем востоке долететь до плоскости экватора, что важно при запуске спутников на геостационарную орбиту.
Жидкий водород в качестве авиатоплива предлагается давно, но в системе МАКС есть уникальное сочетание благоприятных факторов для его использования:
1. Можно использовать жидкий водород не только как топливо, но и как источник холода для получения жидкого кислорода из атмосферы в полете.
2. Можно использовать огромный пустующий объем внутри фюзеляжа самолета-носителя.
3. Не нужно дополнительное заправочное оборудование – вторая ступень все равно заправляется водородом.

Увы, нереально. Существующие двигатели на Ан-225 не работают на водороде, а разрабатывать новые --- миллиарды, и нужны они будут для одного-единственного самолета.

Есть еще десяток-другой сложных проблем.

> При этом из атмосферы в специальном устройстве за счет тепла, которое поглощается жидким водородом при испарении, конденсируется 100 тонн кислорода и закачивается во внешний топливный бак второй ступени системы МАКС.

Хорошо, давайте дальше. Делаем следующий шаг - прикидываем устройство.
У него должны быть следующие обязательные части:
1. Заборник. Часов за 5 заправка? Ну, порядок тот. Не за час и не за 10. Выходит 20 тонн в час. Но это по кислороду, по воздуху - 100 тонн/час. Плотность на высоте .4 kg/кубометр. 250000 куб. м/час - 100 кубов в секунду. Скорость - 200 м/с? По площадью полквадратных метра. По порядку проходит
2. Теплообменник?
3. Разделительная установка?

Требуется указать когда делить будем - до или после ожижения. Я на всякий случай написал до, поскольку с мембранным/сорбентным делением надо ждать прорыв - не впишутся в габариты самолета установки минимум на порядок.
А так мое предложение - ожижение с последующей ректификацией. Как и делается.
Ну и посчитать в том же стиле дальше?

To Varban: Не иначе, Вы набрели на старую подшивку ХиЖ... Прекрасный был журнал... Только вот там и о гелии-2 и о жидком кислороде - отрывки... Да и в сборнике "Краткий миг торжества", помнится, тоже... Не подскажете, где в инете полные тексты почитать?

Про турбодетандеры - конечно, интересно узнать . А то до сих пор принципы сжижения вспоминаю по книжке Майлена Константиновского... как там она называлась? а, кажется, "Холодно... Теплее... Горячо!", для детей, там про жидкие газы очень здорово рассказывалось.

Кстати, а разве в процессе сжижения нельзя разделять кислород и азот? Так же вроде делают - у них температуры разные, когда один собирается на дне, другой ещё в гозообразной фазе - можно просто слить жидкость...

Shustoff, Вы правы. И ХиЖ, и "Краткий миг торжества" есть. Еще кусок из "Мастеровые науки" сканил, "Он может стать знаменитым".
В инете ни полных, ни коротких текстов я не нашел, тогда и начал сканить.

Насчет разнеления при температуре кипения - не делают этого. И по одной причине - слышком они близки (у кислорода и азота). Вот углекислый газ другое дело. С ним не цацкаются, полностью освобождают еще газообразного воздуха от CO² прямо в теплообменников... кстати, теплообменники делают обычно регенеративными - металлическая лента охлаждается, потом она же отнимает тепла из охлаждаемого воздуха. Слышком мала эффективность обычных (проточных) теплообменников.

По теме: А может отбирать из компрессоров внутренных моторов воздух? Нужно давление около 5...6 атмосфер, такое имеет место в современных двухконтурных ТРД?

agoldin> Увы, нереально...

Согласен, но что мешает пофантазировать? Тем более у меня сомнения по массо-габаритам установки разделения.

Кстати, о кислороде. Интересно будет космическому люду узнать, как Капица делал турбодетандерную установку разделения воздуха?
Потому как тема - строго эхотажная.
Хотя Капица не имел ввиду космос, его работы как нельзя кстати были...

Как это куда? В движках Мрiи он сгорает. Ну, должен сгорать

А почему собственно в движках Mрии ?
На спине то движки - жрд - водород кислородные -почему бы нет.
Летает же шаттл. При полете до точки запуска жрд работают не на всю катушку - ресурс однако маленький. Все равно со спины только грузы будут запускать - это понятно - т.ч. возвращать эти движки уже никто не будет. а человеков и союз тягает неплохо. Хотя при желании можно и движки вернуть - токма дорого- не потому что дорого возвращать а потому что многоразовые движки дороже.

>Хотя при желании можно и движки вернуть - токма дорого- не потому что дорого возвращать а потому что многоразовые движки дороже.

Собственно, все современные ЖРД и так уже являются многоразовыми: SSME, РД170/180/191/701/120/0120, Vulkan2/Vinci.
Другое дело, что кроме SSME (в будщем возможно 701 и 191) все остальные одноразово применяют - и именно из-за дороговизны возвращения и подготовки к следующему пуску.

Насчет многоразовости Vinci я, конечно, загнул Извиняюсь

то varban: идея то в чем - добывать кислород на борту мрии во время полета к стартовой точке- вопрос куда девать газообразный водород - переделывать мришные движки под водород - денег немерено надо. А Жрд уже есть - пущай работают. Ну водороду чуть больше надо взять - зато керосина меньше - а керосин тяжелее.
Т.е. Жрд-шный бустер который в стандартной схеме включается в точке пуска, а в предлагаемой схеме -начиная с взлета. И все это ради того чтобы уменьшить взлетный вес системы - и соот-но увеличить ПН за счет дозаправки кислородом во время атмосферного полета. При этом производительности установки по сжижению кислорода должно хватать и на полет и на заправку. Увеличение расхода водорода компенсируется уменьшением запаса керосина для движков мрии (например до старта тянут только 2 из 6-ти двигателей мрии - остальную тягу дает жрд). Стоит ли овчинка выделки - вопрос упирается в характеристики установки по сжижению кислорода.
Кстати - вопрос двигателистам - ежели в водород-кислородный жрд подавать водород и атм воздух под давлением (т.е. не чистый кислород - а воздух от ТК на мрии) - не сильно ли упадет тяга или еще может какая беда приключится. У меня складывается впечатление что чистый кислород в ракетах используют только чтобы не таскать с собой лишнюю массу азота в основном.

>Стоит ли овчинка выделки - вопрос упирается в характеристики установки по сжижению кислорода.
А еще в финансирование - англичане прикрыли HOTOL из-за чрезмерных затрат на разработку комбинированого двигателя.

К стати, сейчас они делают ставку на "обычную" Мрию и обычные ЖРД на HOTOL'е. Т.е. они прошли обратный сабжу путь

>И все это ради того чтобы уменьшить взлетный вес системы - и соот-но увеличить ПН за счет дозаправки кислородом во время атмосферного полета.

Технически проще организовать заправку кислородом от второго самолета-заправщика.

> А почему собственно в движках Mрии ?
> На спине то движки - жрд - водород кислородные -почему бы нет.

Потому как воздушно-реактивному двигателю не требуется окислитель на борту.

Kost>А Жрд уже есть - пущай работают.

У ЖРД ресурс - сотни секунд... А полет длиться - часы.

kost>И все это ради того чтобы уменьшить взлетный вес системы - и соот-но увеличить ПН за счет дозаправки кислородом во время атмосферного полета.

Мне лень обьяснять, но по энергетике (и соответсвенно массе) это выйдет хуже. К тому же дороже и т.п. И нормальная Мрия-МАКС - гипотетическая программа, а уж в таком виде... увольте.

Kost>Увеличение расхода водорода компенсируется уменьшением запаса керосина для движков мрии (например до старта тянут только 2 из 6-ти двигателей мрии - остальную тягу дает жрд).

Если не ошибаюсь керосин раз в двадцать меньший обьем занимает, чем сжиженный водород.

kost>Кстати - вопрос двигателистам - ежели в водород-кислородный жрд подавать водород и атм воздух под давлением (т.е. не чистый кислород - а воздух от ТК на мрии) - не сильно ли упадет тяга или еще может какая беда приключится.

А. Двигатель работать не будет
Б. Смешивание перестанет быть эффективны (большое имхо)
В. тяга и УИ упадет раза в 1.5

Думается этого хватит, можно проффесионалам не выискивать еще миллион побочных эффектов.

Резюме - надо разрабатывать новый двигатель. И такой двигатель будет называться ПВРД/ГПВРД и проект называться будет как нибуть типа HOTOzenger или что-то подобное Вобщем ВКС вы получаете на выходе, а не МРИЯ-МАКС.

kost>У меня складывается впечатление что чистый кислород в ракетах используют только чтобы не таскать с собой лишнюю массу азота в основном.

Нууу, как сказать. И тяга и УИ (ваша масса) падает, и фопрос возникает - А НАФИГА?? Если 70% окислителя - балласт - нельзя ли как нибудь с оптимизировать схему, процентов на 70?

AP>Технически проще организовать заправку кислородом от второго самолета-заправщика.

Ой, да ладно вам... МАКС - это вообще некий уродец, что даже ооптимизация никакая не спасет... ну разве что ПОЛНАЯ оптимизация