Безгенераторная схема ЖРД (по мотивам "40-ка тонника")

Исходная ссылка: http://www.kerc.msk.ru/ipg/papers/expander1.pdf

Хотелось бы «пожевать» со Старым на пару тему запавшего мне в мозк ЖРД Тем более,что я регулярно "вкидываю" ссылочку - но ее игнорируют.

А именно:
Метан-кислородного ЖРД безгенераторной схемы с регенеративным охлаждением КС третьим компонентом

Такая схема, несмотря на некоторое, кажущееся усложнение конструкции, IMHO идеальна именно для коммерческого ракетостроения ввиду:
-ненапряженности конструкции, что позволяет резко удешевить производство и конструирование ЖРД
-высокой надежности, отказоустойчивости и безопасности ЖРД по такой схеме
-высоких, почти предельных, характеристик такой схемы, близких к характеристикам ЖРД с ТНА по закрытой газогенераторной схеме, с возможностью управления размерностью тяги в большом диапазоне.

Суть схемы следующая:
Криогенные компонеты топливной пары поступают на отдельный для каждого компонента насос высокого давления,. После сжатия до необходимого давления, от 2 до 5% массы каждого компонента, подается в теплообменник-газификатор, в котором циркулирует теплоноситель, где газифицируется, охлаждая теплоноситель, и дальше срабатывается на опять же отдельной для каждого компонента турбине, вращающей в свою очередь насос данного компонента. После срабатывания на турбине, и отбора части газа для надува баков и использования, например, в системе управления вектором тяги, «мятый» газ попадает в струйный холодильник-конденсатор, расположенный перед насосом, где полным потоком компонента снова ожижается. Одна из турбин (например турбина метана) вращает также гидравлический насос, обеспечивающий циркуляцию теплоносителя. Теплоноситель, в качестве которого выступает органический или водный р-р или даже просто вода , циркулируя в замкнутом контуре, протекает через рубашку КС, нагревается, следует в теплообменник-газификатор, далее в насос и обратно в КС. Органические теплоносители предпочтительнее , ввиду очень большого температурного диапазона работы (от -80⁰C до +320⁰C), отсутвия расширения при замерзании (р-р просто теряет подвижность) и почти такой же высокой теплоемкости, как и у воды.
Преимущества данной схемы:
- отсутствуют самые тепло и механически напряженные узлы ЖРД – система ГГ, газовод высокого давления и температуры, система запуска ГГ.
- турбины работают в оптимальном, нетеплонапряженном режиме (вплоть до околокриогенных т-тур), что дает возможность делать их даже из алюминиевых сплавов. Несмотря на наличие двух валов, их общая длинна меньше, чем одиночный вал в схеме ЗГГ, так нет необходимости в относе криогенных насосов от горячей турбины, и самих насосов друг от друга – в турбине и ее насосе циркулирует тот же компонент. Полностью отпадает необходимость в редукторах, т.к. каждое ТНА связанно только со своим компонентом. Резко упрощаются вопросы смазки подшипников ТНА.
- резко падает максимальное давление в трактах компонентов. При охлаждении КС одним из компонентов, его давление повышают с учетом большого гидросопротивления рубашки охлаждения КС, что требует превышения давления, над конечным давлением в КС более,чем в 2,5 раза. В данной схеме давление компонентов выше конечного в КС только на величину гидросопротивления форсунок КС. Например, в РД-171 для достижения давления в КС 200атм, давление на выходе кислородного насоса пришлось повышать выше 500атм, и, соотвественно, расчитывать рубашку охлаждения КС на то же давление. В данной схеме для достижения давления 200атм потребуется компрессия не выше 220-240атм.
- ввиду двух вышеперечисленных фаторов резко снижается потребная суммарная мощность ТНА.
- повышается надежность и отказоустойчивость двигателя по вышеперечисленным причинам. Падает взрывопожароопасность – компоненты не встречаются в трактах гидросистемы ТНА, вплоть до форсунок КС, и могут быть разнесены в пространстве, вплоть до организации пожарной перегородки между ними.

Несмотря на то, что в конструкцию ЖРД вводяться дополнительные устройства - теплообменники-газификаторы и струйные холодильники-ожижители – общая масса двигателя не увеличивается, в сравнении с закрытой газогенераторной схемой, или увеличивается, но на массу меньшую, чем дает выигрыш в эффективности схемы.


?

Ник

А если метан и кислород в т.я. и крутить сверпроводящий насос.

Господи, ну что вы несёте, какой сверхпроводящий насос?! Тут же речь о "больших" ракетах, а Андрей Суворов говорил о преимуществах электропривода (только по простоте!!!) по ср. с вытеснительной подачей, т.е. для малых ракет - "взрослые" делают нормальные ТНА с турбинами, газогенераторами и всем чем надо.

По сабжу: мне - идея нравится
Особенно в свете потенциального снижения напряжённости движка => путь к относительно простой и дешёвой многоразовсти

Жаль, у них экономическая часть как-то не освещена, и теплообменники некоторые вопросы вызывают.

Насчёт теплообменников вызывает вопросы масса на необходимую мощность - там даны довольно грубые оценки по аналогиям. Ну и там по мелочи...

Fakir> Господи, ну что вы несёте, какой сверхпроводящий насос?! Тут же речь о "больших" ракетах, а Андрей Суворов говорил о преимуществах электропривода (только по простоте!!!) по ср. с вытеснительной подачей, т.е. для малых ракет - "взрослые" делают нормальные ТНА с турбинами, газогенераторами и всем чем надо.
Ну, у больших ракет подача из бака в ТНА - таки вытеснительная

И вообще говоря, электросхема - это тоже сабж, только на электронном газе...

"Не преувеличивай, Ферри" (с)

Упрощается, по сути, лишь ТНА. Сопло с его охлаждением, КС, система впрыска топлива и зажигания - остаётся без изменений. Напротив - появляется специфика с теплообменниками. Нехилой, кстати, мощности.

Не, теплоообменник это ерунда- тяжелый, непонятна рабочая температура ( низкая- КПД турбины плохой, высокая- непонятно что будет теплоносителем). Надо попробовать сделать двухкомпонентную охлаждающую рубашку двигателя, совмещенную с газогенератором. Т.е каналы охлаждения в перемешку для горючего и окислителя, сечением в соответствии с расходом и теплоемкостью компонент. Проблема конечно запуск такого двигателя- он будет слишком плавный, с растянутым переходным процессом. Но современными методами матмоделирования это все можно просчитать.

Что значит "непонятно, что будет теплоносителем"? Русским же по белому написано - вода
А двухкомпонентная охлаждающая рубашка КС и сопла тем и плоха, что куда сложнее - а именно от этого, от сложности и дорогов изны, мужики и хотят уйти.

Да вовсе не факт, что вода там будет испаряться. ЕМНИП, она там под давлением, и фазового перехода быть не должно (и слава богу - гемор только от него).

А к теплообменнику прицепились по той простой причине, что он из всего необходимого, судя по всему, наименее просчитанная деталь. Не то что более сложная - просто наименее отработанная и являющаяся принципиально новым элементом в схеме.

Новая статья по безгенераторной схеме: http://www.kerc.msk.ru/ipg/papers/art1.pdf

Вот тут: - Мы собрали для вас все файлы в одном месте! есть пример рассчета теплообменника

Ник

Ой, только вот этого не надо... Тов. Михальчук (с форума НК, и, насколько я понимаю, в некотором смысле мой компатриот ) ОЧЕНЬ сильно увлёкся - там он ваще теплообменник на гигаваттные мощи и дикие температуры хочет делать...
Надёжность оценок особого доверия не вызывает...

Вообще есть RL-10, он, вроде именно так и устроен или нет?
Кстати, насколько я знаю Ни Единого Отказа в штатном полёте.

Кстати, а что там с РД-0146? Оно же вроде как раз...

При чем здесь 40 лет? Я сравниваю с RL-10B2, которому всего-то лет 5-7.