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

Fakir> Всё-таки надо смотреть на конкретные параметры и условия.
Fakir> Всё в общем сильно неочевидно, требует достаточно специальных знаний и расчётов.
Да. Но все же принципиально, видимо, возможно. Существуют фреоновые турбины мегаваттных мощностей, турбоустановки цикла Ренкина хвастаются компактностью.
И выгоды от этого очевидны.

Ник

Fakir> Ну так в ЖРД нужно минимум десяток-другой мегаватт.
Это для сотнетоннотяговых. Для ЖРД тягой 213тонн дана мощность ТНА 44 МВт
Геотермальные станции с циклом Ренкина на фреоне есть по 1000МВт, работают при перепаде температур +80⁰C до +5⁰C


Fakir>И размеры теплообменника-нагревателя сильно играют роль - в ЖРД как бы принципиально ограничены габаритами рубашки на КС
Так фреон много лучший охладитель, чем керосин, например, и лучше, чем жидкий кислород (больший диапазон температуры, гораздо выше критическая)
И теплобменник-охладитель будет много меньше.

Кстати, там можно все посчитать


Ник

Wyvern-2>> Пришла в голову другая мыслЯ...
расотища!

Bell> Ник, может вопрос и ламерский, но интересно.
Bell> Почему нельзя использовать весь или часть кислорода - гнать прямо в рубашку КС, там газифицироать, оттуда напрямую на привод ТНА, ну и дальше в расход?

Можно - но получается ТАК только с водородом См.RL-10 Это и называется безгазогенераторная регенеративная схема (ну, еще с метаном, но уже в пределе)
С жидким кислородо е не пройдет

Ник

Alexandrc> Все это хорошо, но вот вопрос: а запускаться двигатель, как будет?
Alexandrc> Поставим мужика с веревочкой накрученной на вал турбины?

Пороховой старовый ГГ.

Bell> Ник, мож я туплю, но поясни подробнее - почему только водород? Что с кислородом не так?

Не с кислородом, а вааще со всеми жидкими газами (за исключением водорода, гелия и метана) Проблема в том, что нельзя допустить кипения в рубашке охлаждения: газ имеет много меньшую теплоемкость и теплопроводность, чем жидкость и при появлении пузырьков гаа КС тут же прогорит. Только водород (гелий и отчасти метан) в газообразном состоянии имеют сравнимые с жидким состоянием термодинамические параметры.
У кислорода же низкая крит.температура и если греть его в КС только до нее (т.е. с -182 до -101⁰C) то на то, что бы крутить турбину банально не хватит энергии(у водорода еще и у пругость паров много выше)

(фреон же можно нагреть с -182 до +122⁰C, при почти такой же теплоемкости, как и у ЖК)

Ник

Alexandrc>> Все это хорошо, но вот вопрос: а запускаться двигатель, как будет?
Alexandrc>> Поставим мужика с веревочкой накрученной на вал турбины?
Bell> Пороховой старовый ГГ.

Ничего не надо. При старте фреон будет иметь, к примеру, комнатную температуру(а можно его подогреть пиропатроном) и уже начнет работать в турбине.

Ник

Bell>> Ник, мож я туплю, но поясни подробнее - почему только водород? Что с кислородом не так?
Wyvern-2> Не с кислородом, а вааще со всеми жидкими газами (за исключением водорода, гелия и метана) Проблема в том, что нельзя допустить кипения в рубашке охлаждения: газ имеет много меньшую теплоемкость и теплопроводность, чем жидкость и при появлении пузырьков гаа КС тут же прогорит.
Дык вот этим и надо заниматься! Отрабатывать озлаждение газифицированным теплоносителем.
Противоток - подача холодного кислорода сначала на КС, а не на сопло. Отдельная каера испарения, оттуда уже гомогенный газ подавать в наименее горяцю счасть двигателя, на сопло. Подавать кислород не одним потоком, а распределить - часть на КС, часть на критику, т.е. подавать холодный кислород в самые теплонапряженные места.
Пусть греется до критической температуры. Потом газифицируем и опять на охлаждение, пока не нагреется до 300-400К, допустим.

Bell>>> Ник, мож я туплю, но поясни подробнее - почему только водород? Что с кислородом не так?
Wyvern-2>> Не с кислородом, а вааще со всеми жидкими газами (за исключением водорода, гелия и метана) Проблема в том, что нельзя допустить кипения в рубашке охлаждения.
Bell> Дык вот этим и надо заниматься! Отрабатывать озлаждение газифицированным теплоносителем.
Да не возможно это. Нехватит теплоемкости и теплопроводности газа, что бы отвести теплопоток от стенок КС.

Ник

Wyvern-2> Да не возможно это. Нехватит теплоемкости и теплопроводности газа, что бы отвести теплопоток от стенок КС.
Wyvern-2> Ник
Ты опять зарапартовался

На это хватает уже теплоемкости и теплопроводности жидкого кислорода

Я говорю о том, чтоб к обычному циклу жидкостного охлаждения добавить вторую ступень газового - в закритической части сопла, где тепловая нагрузка наименьшая и где "теплоемкости и теплопроводности газа" уже хватит. Зато мы получаем газ для турбины.

Wyvern-2>> Да не возможно это. Нехватит теплоемкости и теплопроводности газа, что бы отвести теплопоток от стенок КС.
Wyvern-2>> Ник
Bell> Ты опять зарапартовался
Bell> На это хватает уже теплоемкости и теплопроводности жидкого кислорода
Ну ка, ну ка, хоть один пример движка с регенеративным охлаждением хоть жидким, хоть газообразным кислородом?

Bell> Я говорю о том, чтоб к обычному циклу жидкостного охлаждения добавить вторую ступень газового - в закритической части сопла, где тепловая нагрузка наименьшая и где "теплоемкости и теплопроводности газа" уже хватит. Зато мы получаем газ для турбины.

Жопа, однако, в том, что с ростом размеров движка доля тепла, уходящая в стенку, падает, как степень три вторых. Это и хорошо, и плохо. Хорошо потому, что становится легче охлаждать большие движки. Плохо потому, что этой энергии быстро перестаёт хватать крутить турбину.

У движка в диапазоне тонна-десять тонн в стенку уходит 2-4% тепловой мощности. Во всю стенку, включая сопло и КС. При тяге в 10 тонн и УИ 400 тепловая мощность движка 200 МВт. Значит, в стенку уходит 4 МВт. Беря КПД турбины 15% (он зависит от соотношения температур) и насосов 60% получаем мощность подачи 360 кВт. Всего-то. При УИ 400 и тяге 10 тонн массовый расход составляет 25 кг/с, значит, при 360 кВт мы можем получить ...барабанная дробь... 14 атмосфер после насосов! А, значит, в КС - меньше десятки.

Больше движок - меньше относительная мощность. Приведённые параметры близко коррелируют с действительными параметрами раннего RL-10.

А теплопотока в закритической части сопла хватает обычно лишь на подогрев газа наддува.

А.С.> Больше движок - меньше относительная мощность. Приведённые параметры близко коррелируют с действительными параметрами раннего RL-10.
Можно ничего не придумывать - есть все параметры в тех ссылках, что я дал. АнаСис рисует все на схемках

Ник

Самое интересно, что аффторы предлагают вариант Bell-а Стр. 7-8 А потом без объяснений тут же переходят к варианту с третьим компонентом

Ник

Wyvern-2>>> Да не возможно это. Нехватит теплоемкости и теплопроводности газа, что бы отвести теплопоток от стенок КС.
А.С.> Wyvern-2>> Ник
Bell>> Ты опять зарапартовался
Bell>> На это хватает уже теплоемкости и теплопроводности жидкого кислорода
А.С.> Ну ка, ну ка, хоть один пример движка с регенеративным охлаждением хоть жидким, хоть газообразным кислородом?
Ой-ой-ой! Вот я ламер ушастый... Усё, побежал учить матчасть...
Надо же, все время думал, что ДОХРЕНА ХОЛОДНОГО кислорода хватает на охлаждение двигателя...
Фсё, пошел посыпать голову тонером...

Bell>> Я говорю о том, чтоб к обычному циклу жидкостного охлаждения добавить вторую ступень газового - в закритической части сопла, где тепловая нагрузка наименьшая и где "теплоемкости и теплопроводности газа" уже хватит. Зато мы получаем газ для турбины.
А.С.> Жопа, однако, в том, что с ростом размеров движка доля тепла, уходящая в стенку, падает, как степень три вторых. Это и хорошо, и плохо. Хорошо потому, что становится легче охлаждать большие движки. Плохо потому, что этой энергии быстро перестаёт хватать крутить турбину.
Балин... Вот этого я и боялся

Wyvern-2> Самое интересно, что аффторы предлагают вариант Bell-а Стр. 7-8 А потом без объяснений тут же переходят к варианту с третьим компонентом
Wyvern-2> Ник

Ага, я тоже смотрю - что-то знакомое и какой-то переход непонятный... Вот и полезло в голову всякое...

А.С.> Жопа, однако, в том, что с ростом размеров движка доля тепла, уходящая в стенку, падает, как степень три вторых. Это и хорошо, и плохо. Хорошо потому, что становится легче охлаждать большие движки. Плохо потому, что этой энергии быстро перестаёт хватать крутить турбину.
А.С.> У движка в диапазоне тонна-десять тонн в стенку уходит 2-4% тепловой мощности. Во всю стенку, включая сопло и КС. При тяге в 10 тонн и УИ 400 тепловая мощность движка 200 МВт. Значит, в стенку уходит 4 МВт. Беря КПД турбины 15% (он зависит от соотношения температур) и насосов 60% получаем мощность подачи 360 кВт. Всего-то. При УИ 400 и тяге 10 тонн массовый расход составляет 25 кг/с, значит, при 360 кВт мы можем получить ...барабанная дробь... 14 атмосфер после насосов! А, значит, в КС - меньше десятки.
Стоп, но тогда получается, что тепла с рубашки в любом случае не хватит на привод турбины - независимо от того, какой теплоноситель использовать, кислород, аммиак, водород, фреон...

Т.е. построить безгенераторный двигатель больше какой-то мощности в принципе невозможно?

А до нее можно и на кислороде...
Собсно, об этом и толкуют аффторы.

Wyvern-2> Самое интересно, что аффторы предлагают вариант Bell-а Стр. 7-8 А потом без объяснений тут же переходят к варианту с третьим компонентом
Wyvern-2> Ник

А, не, там немного не так - они там используют воду в качестве промежуточного нерасходуемого теплоносителя. А я предлагал греть кислород прямо на рубашке.
В остальном - да, практически то же самое.

Wyvern-2>> Самое интересно, что аффторы предлагают вариант Bell-а Стр. 7-8 А потом без объяснений тут же переходят к варианту с третьим компонентом

Bell> А, не, там немного не так - они там используют воду в качестве промежуточного нерасходуемого теплоносителя. А я предлагал греть кислород прямо на рубашке.
Bell> В остальном - да, практически то же самое.

ПЕРЕД
Но тем не менее - кислородом что то делать...это ж окислитель. Всегда проблема - кислород на металл. Поэтому частенько используют керосин, который гораздо худший охладитель
А с фреоном красота -просто, доступно. Насчет мощности при регенеративной схеме - цикл Ренкина имеет КПД до 50%, а не 10-20%, как ГТД
А что бы энергии хватило - надо использовать двигатель с невысоким давлением в КС

Ник

Wyvern-2>>> Самое интересно, что аффторы предлагают вариант Bell-а Стр. 7-8 А потом без объяснений тут же переходят к варианту с третьим компонентом
Bell>> А, не, там немного не так - они там используют воду в качестве промежуточного нерасходуемого теплоносителя. А я предлагал греть кислород прямо на рубашке.
Bell>> В остальном - да, практически то же самое.
Wyvern-2> ПЕРЕД
А, блин, я не тот файл смотрел
Да, на 7 стр, Фиг. 4 они как раз такой девайс рисуют - кислород с рубашки на турбину.

Wyvern-2> Но тем не менее - кислородом что то делать...это ж окислитель. Всегда проблема - кислород на металл. Поэтому частенько используют керосин, который гораздо худший охладитель
Тут главный вопрос в температуре кислорода - газообразным он становится намного раньше, чем опасным в химическом плане.

Wyvern-2> А с фреоном красота -просто, доступно. Насчет мощности при регенеративной схеме - цикл Ренкина имеет КПД до 50%, а не 10-20%, как ГТД
Wyvern-2> А что бы энергии хватило - надо использовать двигатель с невысоким давлением в КС
Wyvern-2> Ник
Угу. Максимум передачи энергии с рубашки + минимум затрат на сжатие. Всё бы замечательно, но если энергии на стенке на порядок меньше, чем надо подать на ТНА - это уже диагноз...

А.С.> У движка в диапазоне тонна-десять тонн в стенку уходит 2-4% тепловой мощности. Во всю стенку, включая сопло и КС.

Андрей, а откуда цифирь? Я пару недель назад тыркнулся в две-три книжки по ЖРД - и конкретных циферок не нашёл, к своему удивлению&сожалению...
Т.е. "нутром чую", а документальных подтверждений нет

Wyvern-2> Можно ничего не придумывать - есть все параметры в тех ссылках, что я дал. АнаСис рисует все на схемках

Не АнаСис, а АнаСин - "Анализ-Синтез"