Альтернативная схема насоса для подачи топлива в ЖРД

deldup

Fakir> Тут есть еще проблема во времени заполнения. Успеет ли промежуточный бак заполниться из основного за то время, пока второй промежуточный выдаёт компонент в КС.

Ну это фигня. Сделать входную трубу толще чем выходную и всё.

Fakir> Да хоть бы и вытеснением. Там-то подавать не много надо, бак под высокое давление - небольшой, расход газа на подачу - тоже.

Расход газа точно такой же какой потребовался бы для вытеснения из всего основного бака. Объём то топлива не меняется, просто в классическом случае оно вытесняется всё сразу, а тут - по частям.

Fakir> При большом желании можно поизвращаться с чем-то а-ля гидравлический таран

Не знаю что это такое, но любое извращение сразу усложняет систему и смещает равновесие в сторону обычного ТНА.

Fakir> Не так уж важно полностью исключить всякую необходимость подачи чего-либо под высоким давлением в промежуточный бак - важно исключить необходимость высокого давления в баке основном.

Необходимость промежуточных баков с высоким давлением да ещё и подачи в них чегото под давлением сразу же смещает целесообразность в пользу ТНА. Вот и сам диггер уже начал изобретать какойто микро-ТНА для накачки в бачёк второго компонента.

Fakir> А как это сделать - возможны варианты. Обсуждаемо.

И в результате обсуждения всё быстро переходит к обычному ТНА...

Fakir> Само по себе тоже не фатально. Вопрос только баланса. Часть топлива из бачка в КС подали? Подали. Уже хорошо. Дальше - доливаем снова доверху, цикл повторяем.

Даже если расходовать только половину объёма то давление падает уже вдвое. Потом вакуумировать - часть топлива испарится...

Старый> Ну это фигня. Сделать входную трубу толще чем выходную и всё.

Ну так надо ж еще всё это ровненько-точёно вывести на ровную подачу в КС.

Fakir>> Да хоть бы и вытеснением. Там-то подавать не много надо, бак под высокое давление - небольшой, расход газа на подачу - тоже.
Старый> Расход газа точно такой же какой потребовался бы для вытеснения из всего основного бака. Объём то топлива не меняется, просто в классическом случае оно вытесняется всё сразу, а тут - по частям.

Это если из предбака "честно" вытеснять.

А вы ж сначала говорили за подачу топлива в газогенератор, так? А уж газ из газогенератора вытесняет компонент из предбака.
В такой схеме расход вытеснительно газа на порядок-два меньше.


Fakir>> При большом желании можно поизвращаться с чем-то а-ля гидравлический таран
Старый> Не знаю что это такое, но любое извращение сразу усложняет систему и смещает равновесие в сторону обычного ТНА.

Ну есть такая штука, совсем несложная, двести с гаком лет как придумана - грубо говоря, позволяет израсходовав 3 литра воды с напором 1 метр водяного столба поднять поллитра на три метра. Всех делов - железяка да пара клапанов.
С газом, конечно, сложнее, и потери ощутимы, но в принципе попробовать поколупать можно.
Но извращение, факт Годится разве что если нужно совсем немного газа высокого давления.


Fakir>> Не так уж важно полностью исключить всякую необходимость подачи чего-либо под высоким давлением в промежуточный бак - важно исключить необходимость высокого давления в баке основном.
Старый> Необходимость промежуточных баков с высоким давлением да ещё и подачи в них чегото под давлением сразу же смещает целесообразность в пользу ТНА.

Промежуточный бак высокого давления - копейки; он маленький, да и не надо там бороться за каждый грамм веса.
А по деньгам разница может ну очень ощутимой оказаться.
Хотя может и не оказаться
Тут только считать.

Да не сразу, далеко не. Особенно в плане стоимости.

Старый> Вот и сам диггер уже начал изобретать какойто микро-ТНА для накачки в бачёк второго компонента.

Если он реально "микро", если это не монстр на тонны в секунду мощью в десятки и сотни тысяч л.с. - то ТНА может быть простой насосик, приводимый простым электромотором от простых аккумуляторов (что-то вроде есть на некоторых космических ЖРД малых тяг).
То есть конструкция не сверхнапряжённая, не предельная, ergo - недорогая.
Если это только маленький бустер, обеспечивающий малую долю мощности от всей системы напорной подачи - то всё хорошо.

Старый> Даже если расходовать только половину объёма то давление падает уже вдвое. Потом вакуумировать - часть топлива испарится...

Ну, да. Если вот именно так делать.
Насколько это приемлимо-неприемлимо - ну надо считать для каждого случая конкретно.

Fakir> Выгоднее - с КАКОЙ ТОЧКИ ЗРЕНИЯ?

Всё с той же - стоимость/эффективность.

Fakir> Ведь ну вроде бы всем ясно, что движок с высоким давлением в КС, газогенератором на "родных" компонентах, с дожиганием, и по схеме "газ-газ", с подкачкой бака парами соотв. компонента - ну всяко выгоднее по массовому совершенству, величине УИ...

Далеко не факт. Сложные системы с замкнутым циклом и высоким давлением по схеме газ/газ очень сложны и дороги но не дают существенного прироста УИ которое бы окупило их сложность. Наддув баков основными компонентами тоже не имеет решающих преимуществ перед наддувом дополнительным компонентом, например гелием. И даже ГГ на основных компонентах при открытой схеме не столь уж очевиден по сравнению с перекисью. И вобще высокий УИ и массовое совершенство проигрывают более умеренным по критерию стоимость/эффективность.

Fakir> ан вон "Союзы" чуть не по сей день летают с приводом ТНА перекисью, с баками азота для поддува баков... И ничо, выгодно так - чуть не самый дешёвый носитель Несмотря на.

А чего "несмотря"? При открытой схеме двигателя перекись по энергетике ненамного уступает основным компонентам. Зато полноценный ГГ со всеми системами не нужен. В минусах только сложность обращения с дополнительным компонентом, ещё и таким "неудобным" как перекись.
Наддув дополнительным компонентом счас вобще в моде. Все пыжаться наддувать гелием. А чем он лучше азота кроме что легче? А азот по любому легче чем генераторный газ.
Так что не всё так очевидно. Главным критерием остаётся не абстрактно понимаемое "техническое совершенство" а стоимость/эффективность. Если нововведение не даёт существенного приращения по этому критерию то никто на нововведение не пойдёт каким бы "прогрессивным" оно ни выглядело.

Fakir> Главное - чтоб проще, и еще более главное - дешевле.

Критерий стоимость/эффективность включает не только стоимость но и эффективаность. Если ракета вообще потеряет способность дотягивать груз до орбиты то какая дешевизна никому не будет нужна.

Fakir> ТНА как-никак практически самый сложный и дорогой узел ЖРД - попадаются даже утверждения, что стоимость ТНА составляет чуть не 80% стоимости всего движка.

Ну это наверно для замкнутых схем с давлением в КС за 200 атмосфер?

Fakir> Ну, будет агрегат потяжелее, УИ пониже... Велика ль беда? Нальём лишние десять тонн керосина - жалко, что ль? Копейки.

Стоить вся эта система баков, клапанов, труб, наддува тоже будет не слабо. И всегда остаётся другая альтернатива - сделать обычную вытесниловку - без бачков.

Fakir> Цель - обеспечить работу при малом давлении в основных баках.

Цель - снизить доллары за кг. Если ТНА или обычная вытесниловка окажутся дешевле то применят их.

Fakir> Как не то Факас, не то Варбан сформулировал хорошо в соседней теме - "ТНА - не для двигателя, ТНА - для баков"

Верность этого тезиса подвергается сомнению. Для баков без разницы с каким давлением ТНА подаёт топливо в КС. Однако ж его поднимают до изрядных величин. Очевидно дело таки не в баках...

Fakir> И вот тут развязываются руки - если с ростом массы топлива сухая масса железа растёт не слишком быстро (как при насосной подаче), то любой недостаток УИ можно тупо парировать увеличением массы топлива.

И тем не менее предпочитают делать довольно высокие давления вместо увеличения массы топлива.

Fakir> С вытеснительной же всё срастается намного хуже - если хотим тупо решить проблему нехватки ХС, увеличив массу топлива, то сухая масса слишком быстро растёт, есть большие шансы, что всё не увяжется.

Чтото мне кажется что при росте стартовой массы сухая масса растёт с одинаковой скоростью и для насосной подачи и для вытесниловки...

Fakir> Вот тут и вилка - дорогой и сложный ТНА, но развязывающий руки по весам против простой и дешёвой вытесниловки, требующей тяжёлых и/или дорогих (скажем, композитных под высокие давления) баков.

Да никаких развязок. Банальная стоимость/эффективность. Вытесниловка/насосная это примерно то же что и керосин/водород.

Fakir> Если как-то можно просто и дёшево обеспечить подачу при малом удельном весе баков...

Нет. Надо говорить "при высоком УИ двигателя". При малом весе баков обеспечить подачу легко - делаем давление в КС 2 атмосферы и дело в шляпе. Но задача стоит не облегчать баки а повышать УИ.

Fakir> - это может оказаться вкусным, даже если параметры движка и будут далеки от совершенства.

Ну делаем в камере сгорания 2 атм, в баках - 3. Баки нам ещё и спасибо скажут за разгрузку внутренним давлением. Вкусно это будет?

Fakir> Ну будет РН на полтонны ПН весить на старте под двести тонн - если это тонны дешёвого керосина/метана с кислородом, дешёвого алюминиевого бака, и несложного недорогого движка - то и пусть их, тонны эти.

А движок на 50 тонн с ТНА или на 250 тонн без?

Fakir> Ну сами переключения...

Дык гидроаккумулятор какраз и демпфирует переключения.

Fakir> Да, конечно, легко может статься, что на круг проще и дешевле окажется движок с максимально кондовым ТНА ненапряжных параметров

Путём длительного созерцания действительности я пришёл к заключению что дешевле/эффективнее в конечном итоге оказывается "золотая середина". Ракеты с умеренно-высокими параметрами двигателей и конструкции оказываются выгоднее чем суперсовременные навороченые вылизанные изделия и с другой стороны кондовые монстры с низкими параметрами.

Fakir> Еще возможный вариант подачи компонентов из промежуточных "напорных" баков - давлением паров самих компонент (криогенных, типа кислород-водорода, или метан-кислорода). Может, и увяжется. Тогда в сами напорные бачки вообще ничего подавать под высоким давлением не надо, но нужно обеспечить хороший и "быстрый" теплоподвод от КС.

Тоже интересный вариант. Но почти наверняка в деталях окажется такой дьявол который опять сделает всё дорогим/неэффективным.

>>Вот как обеспечить постоянство давления подачи по мере опорожнения бачков
digger> Разве есть такая проблема, в обычной вытеснительной подаче тоже?

Да.

digger> Высоким давлением в бак подается 2-й компонент

Откуда высокое давление то берётся?

digger> он горит и генерирует газ, мониторится давление и регулируется подача 2-го компонента.

Даже обеспечить нормальное горение и контроль без форсунок и нормального смесеобразования будет серъёзной проблемой. На РС-20 эта схема применяется только для быстрого стартового наддува.

digger> Газ в конце цикла не пропадает, а выходит через свое сопло и создает тягу.

Газореактивное сопло вместо нормального ЖРД? А что будет с удельным импульсом?

digger> Чем подавать 2-й компонент? Хоть центробежным насосом от мотоциклетного движка или маленького ТНА.

То есть ТНА уже появился? А почему вы думаете что маленький ТНА будет намного дешевле большого?

digger> Идею я придумал под "ракету до $500К".

Вряд ли получится дёшово. Дешевле уж обычную классическую вытесниловку как на Диамантах.

digger> Вопрос по временам. Цифры с потолка для ракеты стартовой массой 20 тонн

У... Тогда берите Диамант и флаг вам в руки!

digger> Сколько времени займет опорожнение бачка с газом через сопло и налив бачка из большого бака?

Насчёт времени даже не заморачивайтесь. Этой проблемы нет, она мнимая.

digger> P.S. Напоминает сливную систему унитаза,

Хорошая аналогия...

digger> Обычные шаровые краны, с гидроцилиндром,

От чего будет работать гидросистема?

Fakir> Это если из предбака "честно" вытеснять.
Fakir> А вы ж сначала говорили за подачу топлива в газогенератор, так? А уж газ из газогенератора вытесняет компонент из предбака.

Вобщето я говолрил про вашу идею честного вытеснения из предбака. Но если вытеснять основными компонентами то то же самое. Объём необходимого газа равен объёму топлива независимо от того вытесняется оно одним куском или множеством маленьких кусочков.
В случае предбачков может быть выигрыш только в том что газ сбрасывается за борт постоянно и к концу пассивная масса газа в ступени окажется меньше.

Fakir> В такой схеме расход вытеснительно газа на порядок-два меньше.

А какая разница - газ или основные компоненты? Расход не зависит от того вытесняется топливо всё сразу или по частям.

Fakir> Ну есть такая штука, совсем несложная, двести с гаком лет как придумана - грубо говоря, позволяет израсходовав 3 литра воды с напором 1 метр водяного столба поднять поллитра на три метра.

Хммм... Если мы израсходуем три литра топлива низкого давления чтоб поднять давления для одного литра то боюсь это не подойдёт...

Fakir> Промежуточный бак высокого давления - копейки; он маленький, да и не надо там бороться за каждый грамм веса.

У него баки по полкуба. 4 штуки. Трубы к ним, клапана. Система регулирования. Распылитель, теплозащита чтоб при сгорании одного компонента в другом ничего не прогорело...

Fakir> Если он реально "микро", если это не монстр на тонны в секунду мощью в десятки и сотни тысяч л.с. - то ТНА может быть простой насосик, приводимый простым электромотором от простых аккумуляторов (что-то вроде есть на некоторых космических ЖРД малых тяг).

Это есть на спутниках связи которые и так уже имеют неслабые аккумуляторы. Однако далеко не факт что "микро" окажется существенно дешевле чем "макро".
Однако здесь кажись речь идёт о ракете в 20 тонн с движком тонн максимум на 30. Даже при УИ в 200 сек расход составит 150 кг/с. Мммм... Дааа... Двух полукубовых бачков не хватит и на 10 секунд...
Да, и интересно как компоновать их на столь маленькой ступени...

Fakir> Насколько это приемлимо-неприемлимо - ну надо считать для каждого случая конкретно.

Как всегда дьявол кроется в деталях. И как и следовало ожидать основная принципиальная проблема оказалась в поддержании постоянного давления в вытеснительных бачках. Уже пошли в ход разные микро-ТНА...

digger> Что есть Диамант (Гугл не знает)?

http://space.skyrocket.de/doc_lau_det/diamant-a.htm
http://space.skyrocket.de/doc_lau_det/diamant-b.htm
http://space.skyrocket.de/doc_lau_det/diamant-bp4.htm

digger> Ракеты только на вытесниловке в космос летают?

Ещё как! Дельту-2 знаете? У неё вторая ступень на "честной" вытесниловке. Это конечно не "только" но показательно. Ну а на первой ступени - Диамант.

digger> Так описанная система не годится для привода вытеснительной подачи?

Скорее всего да.

digger> Тогда надо делать газогенератор для наддува обоих баков, вопрос сколько он будет весить и стоить.

Попробуйте для начала просто баллонами. Вон в Космосе-3М первую ступень наддувают баллонами - и ничего...

А 30-тонный движок под вытеснительную подачу у вас уже есть?

varban> Так какие ее венерические генерические недостатки мешают немедленному после прочтения верхнего постинга применению гениального изобретения?

Наверно необходимость этих пресловутых бачков...

digger> Я подозревал,что что-то похожее уже было или предлагалось, мне было интересно где.

Конечно было!
Даже на Макс попало.

Здесь в первой ступени правда обощлись без дополнительных бачков
Поставили факела в баки. Соединили друг с другом трубками.
поставили обратные клапана, пироклапаны, дроссели.
Главное выбросить всю энергию из баков в сопло. Горение в баке приветствуется. Давление желательно поддерживать постоянным.
Использовать запас проочности бака
За 10-15 циклов баки поочерёдно опорожняются .

varban>> Так какие ее венерические генерические недостатки мешают немедленному после прочтения верхнего постинга применению гениального изобретения?
Старый> Наверно необходимость этих пресловутых бачков...

Чем меньше бачки, тем легче насос, но тем больше циклов нужно сделать. Надеждность ПАД'а берем 0.99 , что довольно круто для заряда РДТТ, электрозапала, воспламенительного состава, мембрану, корпуса и резьбу с прокладкой.

Пусть будут 50 циклов, тогда довольно крутое 0.99 превращается в неприемлемых 0.6.
Для достижения надеждности в 0.98 нужна уже фантастическая надеждность ПАД'ов в 0.9995.

varban> Пусть будут 50 циклов, тогда довольно крутое 0.99 превращается в неприемлемых 0.6.

Надёжность ПАДа очевидно можно принять равной надёжности пиропатрона. В каждом Союзе есть 50 пиропатронов? Если бы у пиропатрона была такая надёжность как вы говорите то у Союзов были бы серъёзные проблемы...
А вот 4 бачка общим объёмом 4% от объёма баков вероятно займут изрядно места...

Старый> А вот 4 бачка общим объёмом 4% от объёма баков вероятно займут изрядно места...

И изрядно массы, конечно.

Но это нестрашно, данная схема, хоть и насосная, не является конкурентом ТНА, а вытесниловки.

Самое страшное - что нужно полагаться именно на высокую и непроверяемую надеждность ПАДов и пироавтоматики. Ведь нельзя все это дело приболтить к стенду и запустить для проверки, а потом без перебора поставить в ступень.

ЖРД же можно испытать на стенде и таким образом резко поднять надеждность ДУ.

varban> Так что отказ пиропатрона для случая несрабатывания можно не учитывать.

Я имел в виду что невоспламенение заряда пиропатрона и заряда ПАДа - события одного порядка вероятности (невероятности).

varban> Самое страшное - что нужно полагаться именно на высокую и непроверяемую надеждность ПАДов и пироавтоматики. Ведь нельзя все это дело приболтить к стенду и запустить для проверки, а потом без перебора поставить в ступень.

Ничего страшного, РДТТ тоже не подвергаются предварительному прожигу и ничего, летают, и даже считаются надёжными.