Обсуждение "резюме" Karev1 и его ответы

Влад, Карев, в Вики просто написали в очередной раз ерунду. Там не было ничего подобного, использовался алгоритм linear quadratic guidance law (не знаю как по русски), короче, полиномиальная интерполяция второй степени между исходным и конечным векторами состояния КА.

http://ocw.mit.edu/NR/rdonlyres/.../0/4_23_bennett.pdf

У двигателей открытой схемы с газогенераторами на основных компонентах соотношение сдвинуто в пользу керосина, т.к. ГГ работает на большом избытке керосина, а потом он сбрасывается за борт.

Карев, я бегу, потом отвечу подробнее, пока вопрос: можно ли сказать Покровскому, что он от Вашего имени написал чушь, и сослаться на Вас?

Новые ответы Покровскому:

>> Покровский, как всегда торопится. Зря спасибо говорил. То, что 70% керосина уходило на наружное охлаждение, не означает, что на завесу уходило 30%.
Pokrovsky> Конечно, не означает. А у кого еще, кроме самого Никомо, такая глупая мысль появлялась?

 

А это тогда к чему?

>> на наружное охлаждение уходил не весь керосин, а 70% только от всего общего расхода.
Pokrovsky> Ой! А я написал 3%. - Как для газогенератора.

 

Покровский считал, что на наружное охлаждение уходило 3%? Это что-то странно. Обычно в двигателях используется 100% для наружного охлаждения. Если есть еще и внутреннее, то тогда 95%-97% может быть.

Pokrovsky>
1) Вопрос по пороху - подвис из-за Чесменского сражения. Дело давнее и темное. Может, и вправду не взрывались турки вместе с кораблями, а горели на медленном огне. - Впрочем, как басурамнам, врагам Бога и Истины - и достойно было.
Поскольку эти, становящиеся уже вполне богословскими, вопросы не имеют отношения к камере сгорания(разве что к перспективе ее авторов и защитников), - я готов прекратить прения по вопросу взрываемости/невзрываемости пороха.

 

Принято.

Pokrovsky> Заодно Вы вспомнили про потери скорости на турбине. У меня есть некоторые сомнения в Вашей оценке снижения скорости.

окружная максимальная скорость турбин = 300...400 м/с. Это продиктовано соображениями прочности турбины. И это относится к турбинам в ТНА ЖРД. Про другие турбины речь не идет.

Pokrovsky>
3) По Штернфельду
Вы, наверное, не обратили внимания, что в книге вариант Штернфельда отнесен к разделу "Влияние диссоциации". И вариант Штернфельда полностью игнорирует вопросы теплопередачи на стенку. Просто: в центре температура снижается, а на периферии - она и так не высока. Сгорание дополнительного топлива не шибко ее повышает.
Для завесного охлаждения - важно прежде всего поглощение в слое жидкости на стенке и в парах топлива. И это никак не связывается с тем, что в центре добавили окислителя.Разумеется, работает и эффект Штернфельда.
Но это никоим образом не отрицает того, что, кроме "единственного " способа тупого изменения общего соотношения компонент, есть по меньшей мере и способ снижения температуры, заключающийся в перераспределении топлива и окислителя по разным участкам КС.
Впрочем, если Вы собираетесь оспаривать это утверждение, оспаривайте.
Но с четкой формулировкой типа: перераспределение компонент при постоянном их общем соотношении по объему камеры - температура в камере измениться не может.
И - доказательство, пожалуйста. Ибо - ничего очевидного в такого рода утверждении нет.

 

А говорил Покровский:
Pokrovsky> Честно говоря, мне тоже до чертиков надоело бегать по кругу.

выходит, еще не совсем надоело. Значит так: Покровский полагает, что перераспределением компонентов топлива по КС можно добится снижения температуры горения?
Не буду уже объяснять (объяснения были), так как Покровский общих рассуждений не желает понимать, а приведу нагляднейший пример.
Покровский хочет перераспределения компонентов в КС? А это очень напоминает то, что происходит в SSME (это двигатель Шаттла). Там в КС подаются два потока - один с избытком окислителя, другой с избытком горючего. Температура этих потоков такова, чтобы выдерживали лопатки турбин. Так вот, Покровский что же, так думает, что в SSME температура в КС понижена? Тогда он сильно ошибся. Температура там именно такая же, как если бы просто подавались в КС окислитель и горючее (без этих избытков).
Итак, для того, чтобы реализовать идею Покровского (а не Штернфельда), эти перераспределенные потоки надо как-то изолировать друг от друга. И что предлагает Покровский? Поставить в КС перегородку и сделать второе сопло? Но даже и тут у него облом-с. Та часть, где избыток кислорода, быстро прогорит, потому что избыток окислителя очень способствует прогару стенки, вызывая ее быструю коррозию. Стенки кислородом "на заре ракетной техники" пытался защищать Годдард, но эти двигатели прогорали.
Ну, если и на сей раз до Покровского не дойдет...

Pokrovsky>
Видимо, поэтому у Шунейко никакого пленочного охлаждения для стенки КС не обозначено, только регенеративное:
Охлаждение камеры сгорания и сопла - регенеративное, горючим

 

Гахун - конструктор ракетных двигателей. Шунейко не конструктор ЖРД, и не вникал детально в конструкции двигателей.

Pokrovsky>
Керосин в систему охлаждения КС поступает в лучшем случае при комнатной температуре около 300 К(без учета нагрева при сжатии в ТНА)
300 + 304 = 604 К
Без учета перепада температурных сопротивлений на двух границах керосин-инконель и инконель-керосин температура жидкого керосина в самом холодном месте охлаждаемой стенки не имеет права быть ниже 604 К.

 

Это про какое охлаждение? Про наружное или внутреннее? Если наружное, то да. А если внутреннее, то нет. Для внутреннего не используется керосин, подогретый в тракте наружного охлаждения. Так делал разве что Годдард.

Pokrovsky> В тракте охлаждения F-1 давление не ниже 8 МПа.

В тракте охлаждения давление 10 МПа. Падение давления на форсунках 0,66 МПа, падение давления в охл. тракте 1,85 МПа, давление на выходе форсунок 7,75 МПа.

Pokrovsky>
Т.е. даже без учета термических сопротивлений, без учета нагрева керосина в ТНА, без учета собственно прохождения тепла через керосин(тоже теплопроводностного, но при меньшем коэф. теплопроводности, т.е. с большим перепадом температур по толщине слоя керосина), - жидкий керосин имеет возможность омывать около 1/7 поверхности охлаждения. Надо всей остальной поверхностью - это уже вещество в закритическом состоянии.
Повторю: мы пренебрегли термическими сопротивлениями на двух поверхностях теплопередачи и температурным перепадом по самому слою керосина. Добавка этих составляющих расчетной температуры керосина на поверхности стенки КС - делают охлаждаемую жидкостью часть стенки - пренебрежимо малой.

 

Опять: про какое охлаждение речь? Наружное или внутреннее? Кстати, если все же внутреннее, то теплопроводность керосина не имеет значения.

Pokrovsky>
Замечу, что при снижении температуры стенки процентов на 15%, т.е. градусов на 50 для самых холодных участков делает температуру керосинового слоя на холоднях участках около 550 К, а на горячих - около 750. При этом существование пленки жидкого керосина на поверхности КС становится возможным для половины поверхности камеры.

 

Ну, вот тут речь, похоже, уже идет о внутреннем охлаждении. Это новый круг? Я ведь приводил механизм завесного охлаждения.
Ладно, еще раз повторяю:

Если на внутреннее охлаждение подается жидкость, то под действием сильных тепловых потоков она испаряется и над слоем жидкости создается защитный слой из паров жидкости. Таким образом, получается как бы два защитных слоя: пара и жидкости. Вдали от места подачи жидкость испаряется, но защитный слой пара, остающийся у стенки, еще предохраняет на некотором участке стенку от прогорания.
Тепло от горячих продуктов сгорания отдается не непосредственно металлической стенке, а защитной пленке и расходуется на нагревание и испарение пленки, а также на перегрев пленки пара, получающегося при кипении жидкости. Кроме того, пленка жидкости, обладающая отражающими свойствами, может играть роль экрана, защищающего стенку камеры двигателя от воздействия лучистых тепловых потоков.

 

Так кто говорит, что защита стенок обеспечивается только пленкой жидкого керосина? Или Покровский все же имел в виду наружное охлаждение? При чем тогда тут 750 К, существование пленки на поверхности?
А если все-таки завесное, то для расчета завесного охлаждения надо еще учитывать теплоту парообразования керосина и теплоемкость перегретых паров керосина. Тепловой поток расходуется на нагрев пленки, испарение ее, и перегрев пара жидкости до температуры ПС.
И не надо забывать, что охлаждение - комбинированное, то есть наружное+внутрее. Да и если расход керосина сделать несколько побольше (относительно побольше), то слой дотянет и до критики. В целях экономии обычно создают отдельные пояса завес, но в районе критики завеса не подается, разве что на входе в сопло.

Pokrovsky>
Считаем напряжения, возникающие в СТАЦИОНАРНОМ режиме между этими слоями металла.

Е - модуль Юнга никеля - 2*1011.
У сплава он может несколько отличаться, но не принципиально.

m - коэффициент Пуассона. Для никеля - 0.28
a - коэф. термического расширения - для никеля 1.2*10-5

Термомеханические напряжения:

Y~ dT*E*a/(1-m) =304*2*1011*1.2*10-5/0.72 ~ 1 ГПа.
Это превышает напряжения пластической деформации никелевых жаропрочных сплавов(600 МПа) - более, чем в 1.5 раза.

 

Если считать по такой формуле, тогда это означает, что Покровский опроверг всю ракетную технику.
Перепад температур по толщине стенки 300 гр - обычное дело в двигателях. Ну, а когда этот перепад 540 гр (там разные перепады, есть и 300 гр)? Габариты этого двигателя: общая длина 730 мм, длина КС 340 мм, диаметр КС 250 мм, диаметр критики 108 мм, толщина стенки 2 мм. Температура в КС 2853 К, давление в КС 23 кГ/см2, расход топлива 13,9 кг/с. Как видно, двигатель небольшой. По расчету Покровского напряжение тогда у него будет 1800 МПа. Как же он это выдерживает?
Ладно, будем считать так, как Покровский, но не по такой формуле, потому что для трубок считают иначе.
Свойства материала, температура те же. Наружный диаметр R=2.53 см, внутренний - r=2.5 см. Тогда A=E*a/(3*(1-m)*(R-r))=37 МПа/см. B=(R³-r³)/(R²-r²)=3,77 см. Напряжение сигма1=dT*A*(3*R-2*B)=505 МПа снаружи, сигма2=dT*A*(3*r-2*B)=-507 МПа внутри. Получаем в 2 раза меньшие значения, чем у Покровского.
Предел текучести у Инконеля-Х 75 кГ/мм2 = 735 МПа. (график в К.У.Бессер "Инженерный справочник по управляемым снарядам" стр.152 рис.20, при 550 С)
Так что будет еще запас ~30%.

Pokrovsky> Напряжения в режиме стационарной работы двигателя превышают предел пластичности. И могут обеспечивать работу машины только очень кратковременно.

Как видим, это не так. Но вообще-то для более достоверного определения термических напряжений лучше применять программы ANSYS или MSC.MARC.

Pokrovsky> У Покровского не было образцов с облучаемой поверхностью квадратный метр.

И при чем тут квадратный метр? Небольшой лазер за миллисекунду на небольшой площадке создает воздействие с мощностью 100 МВт. Для того, чтобы создать нечто подобное на поверхностях неск. кв.м да еще и в 1000 раз дольше, мощность лазера должна быть несопоставимо больше.
Почему такой вопрос был? А такая мощность приведена в книжке, на которую ссылался Покровский - "Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками" под ред.Поута,Фоти,Джекобсона,перевод Мышкина,Белого,Анищика,под ред.Углова,1987 г.

Никомо, http://supernovum.ru/forum/read.php?2,90109,94440#msg-94440

>Предел текучести у Инконеля-Х 75 кГ/мм2 = 735 МПа. (график в К.У.Бессер "Инженерный справочник по управляемым снарядам" стр.152 рис.20, при 550 С)

Для корректности подобных сообщений необходимы указания:
1) на температуру, при которой измеряется эта величина - с температурой после 500-600 градусов все эти пределы быстро падают

2) на фазовый состав инконеля по результату термической обработки перед измерением - при температурах 700-800 градусов разница в соответствующих величинах для сплава с разным содержанием гамма-штрих фазы - раза в полтора, при температурах за 900 градусов - масштаба порядка величины.

В справочнике 1969 года
Ф.Ф. Химушин. Жаропрочные стали и сплавы. Москва, «Металлургия», 1969 - тоже данные приводятся безотносительно к фазовому составу.

Что поделать, к тому времени только-только узнали о существовании этой важной связи.

Но там хотя бы указывается на зависимость от температуры.
При 650 градусах длительная прочность из расчета 100 часов - 552 МПа, при 815 - 179 МПа, при 982 - 24 МПа.

Длительная прочность, понятно, не равна пределу текучести - несколько меньше его. Но она связана с ним. И, как видите, изменения с ростом температуры - весьма и весьма заметные.

Так для каких условий у Вас предел текучести инконеля составляет 735 МПа? - Без этого цифра АБСОЛЮТНО БЕССОДЕРЖАТЕЛЬНА.

Впрочем, и американцы при проектировании Ф-1 тоже не владели вопросом зависимости предела текучести и предела прочности от состава и от способа обработки.

И точно так же, как Вы, Никомо, - залезли в справочник, обрадовались: "Вот хороший материал!" - А потом не могли понять, что же с ним происходит.

Только об этом я и говорю.
Вы спорите со мной уже который день - и до сих пор, получается, не поняли основного вопроса.

Еще раз повторяю:

1) у инконеля свойства меняются с температурой, с фазовым составом, а сам фазовый состав меняется под действием высоких напряжений - в направлении охрупчивания.

2) Трубки, из которых сделан корпус камеры сгорания перед тем, как их напрягла работа двигателя, прошли через пластическую деформацию при прокатке и сварке(имеется в виду сварка трубы как таковой). Затем - на них воздейстовало напряжение, связанное с высокотемпературной пайкой серебряным припоем. Вдоль всех 2х900 метров границ паяного соединения - напряжения после остывания - сохранялись, причем на уровне, близком к пределу пластичности. Все это влияет на фазовый состав. Термомеханические напряжения при работе двигателя - тоже.

3) То, что воздействие высоких напряжений изменяет фазовый состав никелевых жаропрочных сплавов, - наукой выясняется только сейчас.
Когда делался Ф-1 ни о чем подобном нельзя было даже догадываться. Сами прочностные свойства еще не связывались с тем или иным фазовым составом. Теорией не связывались! А до того, что и сам фазовый состав способен претерпевать вредоносные изменения - вообще еще 40 лет никто не мог думать.

Вы уж, пожалуйста, уясните себе предмет дискуссии.
А то ведь спорите невесть о чем.
_________
http://supernovum.ru/forum/read.php?2,90109,94442#msg-94442
Pokrovsky> В тракте охлаждения F-1 давление не ниже 8 МПа.
>В тракте охлаждения давление 10 МПа. Падение давления на форсунках 0,66 МПа, падение давления в охл. тракте 1,85 МПа, давление на выходе форсунок 7,75 МПа.

Спасибо. Информация, никогда лишней не бывает.

Впрочем, кинувшись уточнять, Вы не признали Вашу собственную прошлогоднюю фразу, которую я процитировал, взяв из ветки на форуме Кара-Мурзы.
Цитата мной была использована ради другой цифры - критической температуры керосина 678 К.

__________
Pokrovsky> Заодно Вы вспомнили про потери скорости на турбине. У меня есть некоторые сомнения в Вашей оценке снижения скорости.
>окружная максимальная скорость турбин = 300...400 м/с. Это продиктовано соображениями прочности турбины. И это относится к турбинам в ТНА ЖРД. Про другие турбины речь не идет.

Я несколько о другом.
Вы получили скорость 900 м/с на выходе из турбины простым вычитанием окружной скорости из начальной 1200 м/с.

Я несколько усомнился в правомерности такого вычитания. Но пока не готов это оспаривать. Может, и правильно.
_______________
http://supernovum.ru/forum/read.php?2,90109,94460#msg-94460
> Покровский считал, что на наружное охлаждение уходило 3%? Это что-то странно. Обычно в двигателях используется 100% для наружного охлаждения. Если есть еще и внутреннее, то тогда 95%-97% может быть.

Не заботьтесь об этом. Бывают описки. Пишешь об одном, думаешь о другом.
Тогда, когда цифра стала существенной для расчетов, - она использована уже в правильном варианте.

Сами же 3% использовались в следующем контексте:

"Если уж по трубкам изнутри камеры течет керосин, то мне бы глянуть на Ваши оценки температур в этом потоке керосина, - чтобы дальнейшая передача довольно значительного потока, выносимого 3% общего расхода керосина с нагреванием его на 500 с лишним градусов - выглядела бы правдоподобно."

Как видите, я усомнился в возможности теплопередачи в керосин регенеративного охлаждения - тепла из камеры сгорания в количествах в 23 раза меньше реального потока - если бы по трубкам внутри камеры сгорания тек бы жидкий керосин.

Видите ли, у керосина коэффициент теплопроводности в 200-300 раз меньше, чем инконеля.
Если по поверхности стенки камеры сгорания со стороны пламени течет поток жидкого керосина, как Вы себе позволили сказать, то обязательно надо прояснить, как этому потоку удается передать тепло в керосин регенеративного охлаждения

Впрочем, от этого вопроса Вы увильнули.

А вопрос и вправду интересный. Керосин регенеративного охлаждения входит в трубки с температурой 300 К, выходит с температурой 850 К. Перепад температур на инконеле 300 градусов. Следовательно керосин пленочного охлаждения(или завесного, как Вы выразились) - только для осуществимости теплопередачи должен иметь температуры от 600 К до 1150 К. С учетом весьма низкой теплопроводности керосина и ОБЯЗАТЕЛЬНЫХ температурных перепадов на двух границах керосин-инконель и инконель-керосин - по обе стороны стенки трубки - это еще несколько десятков градусов.

А он уже при 678 К - перстает быть жидким.
Вот я и подумал: может Никомо откажется от своих слов о присутсвии потока жидкого керосина на стенке камеры сгорания. Ляпнул, дескать, сгоряча.

Или хотя бы опишет, как при наличии потока жидкого керосина по внутренней стенке камеры сгорания удается нагреть еще и керосин в системе регенративного охлаждения.

А то ведь неприлично получается. По большей части поверхности охлаждения тепло должно по всем законам идти все-таки от керосина регенеративного охлаждения к жидкому керосину внутри КС.