Возможно построить ракету на воде?

RLAN> Просто 250-300С думаю много для стеклопластика.

Пожалуй да.

RLAN> Этанол имеет значительно меньшую критическую температуру и давление

Этанол где-то выше 200 будет разлагаться с выделением газов.

Serge77> Этанол где-то выше 200 будет разлагаться с выделением газов.

Это при атмосферном давлении.
В закрытой камере этого быть не должно, не даром есть справочные данные критической температуры этанола.
А если и разложится на выходе из камеры - что, заберет много энергии?
Пропеп дает у.и. перегретого до 200С этанола ок 130с.
Для воды не считает.

RLAN> В закрытой камере этого быть не должно

Тебе же PROPEP именно в закрытой камере и посчитал, что спирт разложится на газы и твёрдые компоненты, которые и дадут УИ 130. Сам спирт столько не даст.

RLAN>> В закрытой камере этого быть не должно
Serge77> Тебе же PROPEP именно в закрытой камере и посчитал, что спирт разложится на газы и твёрдые компоненты, которые и дадут УИ 130. Сам спирт столько не даст.

PROPEP'у в вопросах разложения доверять нельзя. Попробуй вбить ему в качестве топлива атмосферный воздух (в самом примитивном виде - 80% N₂ + 20% O₂ при давлении в 50 атмосфер/температуре 20C и посмотри на результат.

Собственно, как я понимаю, PROPEP сначала "в уме" разлагает всё на простые вещества, а потом пытается для заданного давления и с поправкой на энтальпию исходных веществ посчитать баланс. При 2500K это ещё куда ни шло, но при 300K, и даже 500K вообще не соответствует реальности.

Про ракету на перегретой воде: ИМХО, основной проблемой будет газификация воды до среза сопла. Иначе большая часть энергии будет вылетать наружу вместе с жидкой водой.

Как я знаю из детского опыта (делал стрелялки на перегретой воде ) при давлении в 5-10 атмосфер в момент вышибания пробки - вода полностью газифицируется до среза, но после отработки значительная часть воды остаётся внутри "пушки", да и в конце струи уже явные брызги идут, а не сконденсированный туман.

AXT> Про ракету на перегретой воде: ИМХО, основной проблемой будет газификация воды до среза сопла. Иначе большая часть энергии будет вылетать наружу вместе с жидкой водой.
Тогда надо не всю воду греть: отделить подогреваемый объём, скажем, разрушаемой мембраной-теплоизолятором.

AXT> Про ракету на перегретой воде: ИМХО, основной проблемой будет газификация воды до среза сопла. Иначе большая часть энергии будет вылетать наружу вместе с жидкой водой.

Трубку от критики до почти верней крышки внутри баллона - пусть в нем и газифицируется. Но это если тяга паровая, а не жидкостная...

Кстати, насчет стеклопластика - греть можно сквозь стенки микроволнами

killik> Трубку от критики до почти верней крышки внутри баллона - пусть в нем и газифицируется. Но это если тяга паровая, а не жидкостная...

В вариантах такой конструкции можно предположить следующий процесс. Заполнение камеры водой до критического уровня. При этом в трубке воды нет. Но зато есть сообщение с атмосферой. Нагрев по внешнему контуру, расширение воды, образование пара над границей раздела и ... свободный выход струйки пара с брызгами конденсата в атмосферу через отверстие сопла. Самовар наооборот, называется. Если отверстие закрыть и нагревать до критического давления, переведя всю воду в пар, а потом открыть отверстие, то пары воды в камере мгновенно сконденсируются в жидкую фазу. Ведь давление упадёт. Проходя по длинной трубке остатки пара будут продолжать конденсироваться на стенках.Из сопла полетит суспензия пара с жидкой фазой... Импульс будет весьма низким. Ракетный двигатель на паровой тяге всегда будет иметь эту проблему. Конденсат. Ведь жидкость не газифицируется при температурах кипения, а переходит в пар. То есть это те же молекулы воды, но со скоростями, позволяющими разорвать силы сцепления жидкости. У любой жидкости - рабочего тела реактивного ("водомётного") двигателя есть только один способ произвести работу - разогнаться до высокой скорости на выходе из сопла от давления какого-нибудь газа над границей с ней в камере. Все остальные способы основаны на сгорании и истечении продуктов сгорания через то же сопло. Ну это уже другая история.

a_centaurus> В вариантах такой конструкции ...

Подумал - получается, для steamjet нет лучшего, чем прогонять перегретую воду через критику а дальше пусть в маленьком расширяющемся сопле и происходят все преобразования энергии? С каплями и туманом, так куда ж деться

a_centaurus> У любой жидкости - рабочего тела реактивного ("водомётного") двигателя есть только один способ произвести работу - разогнаться до высокой скорости на выходе из сопла от давления какого-нибудь газа над границей с ней в камере.

Работу по разгону "до высокой скорости на выходе из сопла" выполняет сжатый газ "над границей". Модель этого процесса хорошо освоена.

Как только давление в перегретой воде уменьшится, она превратится в пар.

Далее (это мои собственные "измышлизмы") - все зависит от формы расширяющейся части сопла. Пар расширяется (в сопле типа Лаваля), происходит два явления: скорость его истечения увеличивается, пар конденсируется в воду. Работу по ускорению пара выполняет энергия, запасенная в перегретой воде.
Какая часть этой энергии теряется впустую на обратную конденсацию, а какая часть идет на увеличение суммарного импульса ? - зависит от температуры перегрева и расширяющейся части сопла. Скорее всего, при отсутствии расширяющейся части сопла, суммарный импульс не увеличится по сравнению с чисто "пневматическим" выталкиванием.

Ckona> Работу по ускорению пара выполняет энергия, запасенная в перегретой воде.
Ckona> Какая часть этой энергии теряется впустую на обратную конденсацию, а какая часть идет на увеличение суммарного импульса ?

Никакая. В результате конденсации пара происходит выделение тепловой энергии, которая будет только сильнее разогревать воду, уже находящуюся в состоянии пара. И этот разогрев, в идеальном случае исполнения сопла Лаваля, будет уходить на совершение работы пара при его расширении.

Ckona> Какая часть этой энергии теряется впустую на обратную конденсацию, а какая часть идет на увеличение суммарного импульса ?

Ага понятно, ты наверно хотел написать так:

Какая часть этой энергии остаётся в конденсированной фазе, а какая часть идет на увеличение суммарного импульса ?

А я не знаю, какая часть. Но можно поискать примеры проектирования паровых турбин, чтобы примерно определиться с геометрией сопла.

Ckona> Не уверен я, что расчет паровых турбин поможет.

Эта тема на грани фола. В смысле поведение паро-жидкостной фазы воды в сопле Лаваля относится к очень серьёзной области флуодинамики. Лучше её здесь не "переобсуждать". А то сразу появляются очень сомнительные сентенции о превращении энергии в фазовых процессах. Если кто-то серьёзно хочет ознакомиться с проблемой, могу предложить литературу. А нам было бы интересно обсудить какие-то рабочие схемы подобных двигателей. Например, кроме известного Aquarius project, существуют системы водяных трастеров реально работающих на орбите. Выполнены они по схеме electrojet, когда импульс водяного пара формируется электрическим нагревателем, установленным внутри конвергентной части сопла и повторяющим геометрию до критики. То есть, жидкая фаза, проходя через узкую щель в критике, превращается в пар и выбрасывается через дивергентную часть. В вакуум. То есть уже на срезе сопла происходит сублимация конденсата. Тем самым частично проблема снимается и т. такого типа, несмотря на меньшую эффективность по сравнению с гидразинным, вполне справляется с задачей. Всё окупается дешивизной подобного устройства. Конечно, для парового бустера ракеты такая техника вряд ли применима, поскольку требуется одномоментный выброс рабочего тела... И нагрев всего обьёма воды на старте до превращения его в перегретый пар, очевидно единственно возможная техника. И со всеми проблемами в сопле, она работает эффективно. Однако производство такого парового котла высокого давления с мобильным клапаном штука не тривиальная. Я бы не рекомендовал даже пробовать гнаться за командой А. А вот подумать об альтернативных двигателях на воде или иной рабочей жидкости было бы интересно. В смысле подумать об альтернативной системе (aлтернативной той, которую использует ув. Skona) создания давления над границей жидкости. Завтра попробую представить один концептуальный дизайн для такой системы. А пока схема процесса в сопле Л. для водяного пара. И таблица основных т.д. констант для воды. Взято из тезиса дисертации (есть в пдф).

a_centaurus> ... один концептуальный дизайн для такой системы.
Это экспромт: дизайн ракетного гидробустера с автономным генератором газа, включённым в конструкцию. Надеюсь, что всё понятно из эскиза. Пока не думал всерьёз о пиротехнической смеси. Надо что-то сравнительно долго горящее и дающее много газов относительно холодных. Ну и посчитать обьёмы. В правой части камеры находится поплавок из фоама с наклейкой изолятора. По моему мнению должен увеличить эффективность процесса. В последней фазе он разрушается и даёт выход отработавшим газам через сопло. С удовольствием послушаю критику. На сам двигатель можно не обращать внимания. Он просто взят для ускорения графической работы.

Насколько я понимаю, после поджига шашки продукты сгорания оказывают давление на пенопластовый поршень, в результате чего разрушается разрывная перегородка и жидкое рабочее тело выталкивается через сопло, обеспечивая реактивную тягу.

Время горения шашки должно быть равно времени выталкивания жидкости, для обеспечения равномерного рабочего давления.
Небольшой буферный объем правее поршня (по чертежу) обеспечит лучшие условия работы в начальный период горения.

Разрывная диафрагма должна разделяться на несколько лепестков, которые "выстраиваются" по стенкам сходящейся части сопла и никогда не перекрывают его.

Предлагаю в конструкции съемного пироэлемента 1) исключить маленькое отверстие - чтобы не разрушить поршень струей газа; 2) левый (по чертежу) торец пироэлемента выполнить с большим числом газовых отверстий 3) шашка должна быть с торцевым горением для стабильного длительного времени горения.

Расчеты по конструкции следует проводить в такой последовательности:
- выбирается рабочее давление, под него подбирается труба (нужно знать сопромат),
- по заданной тяге и выбранному давлению рассчитывается сопло(диаметр), массовый расход и объем жидкости,
- исходя из времени работы определяется требуемый объем газа, объем шашки, ее длина и диаметр (при торцевом сгорании), нужна цифра - молярная масса продуктов сгорания шашки,
- оценивается полная масса конструкции, расчет уточняется.

Ощутимые результаты по дальности полета и времени работы двигателя могут быть получены при рабочих давлениях не ниже 50 атмосфер, то есть удельном импульсе более 10 с. (однозначная связь при жидком рабочем теле).

Поскольку в области сопла жидкость не нагревается, разрывную диафрагму предпочтительнее заменить многоразовой механической защелкой в составе стартового стола, сопловое уплотнение выполнять традиционным резиновым кольцом (о-ring), использовать разгонный стержень.

Сильная сторона двигателя - электрический запуск при отсутствии каких бы то ни было механизмов, великолепная "вторая ступень", "третья ступень".

Рекомендуемое (мной, интуитивно) время работы "тестового" двигателя - 2...4 с.

Ckona> Насколько я понимаю, после поджига шашки продукты сгорания оказывают давление на пенопластовый поршень, в результате чего разрушается разрывная перегородка и жидкое рабочее тело выталкивается через сопло, обеспечивая реактивную тягу.
Так.
Ckona> Время горения шашки должно быть равно времени выталкивания жидкости, для обеспечения равномерного рабочего давления.
Может даже чуть больше для компенсации падения давления в конце процесса.
Ckona> Небольшой буферный объем правее поршня (по чертежу) обеспечит лучшие условия работы в начальный период горения.
Даже нарисовал его в первой версии (на другом двигателе) а потом забыл перенести. Буферный обьём нужен, хотя и несколько усложняет изготовление.
Ckona> Разрывная диафрагма должна разделяться на несколько лепестков, которые "выстраиваются" по стенкам сходящейся части сопла и никогда не перекрывают его.
Да, так и есть. Скажем 6 лепестков секторов, которые раскрываются и укладываются на поверхность конв. конуса. Есть техника изготовления burst diaphragm, которая вполне доступна.
Ckona> Предлагаю в конструкции съемного пироэлемента 1) исключить маленькое отверстие - чтобы не разрушить поршень струей газа;
2) левый (по чертежу) торец пироэлемента выполнить с большим числом газовых отверстий
Тогда возникнут проблемы с загрязнением отверстий. Да и, как ни странно, тонкая газовая струя имеет большую разрушительную силу. Как игла. В общем-то при таком угле расходимости и торцовом горении шашки + защитная ламина на поплавке (керамический войлок или даже стеклотекстолит, большого разрушения быть не должно. У меня в гибридах есть похожий процесс при открытии пироклапанов. И простой электрокартон хорошо справляется с защитой.
3) шашка должна быть с торцевым горением для стабильного длительного времени горения.
Зависит от типа топлива. Я нарисовал шашку свободного горения по всей поверхности со внешней звездой, базируясь на свою формулу композитного топлива. В торцовом варианте также будет работать. Только проводники надо использовать голые медные, чтобы потом служили в роли катализаторов горения.
Ckona> Расчеты по конструкции следует проводить в такой последовательности:
Ckona> - выбирается рабочее давление, под него подбирается труба (нужно знать сопромат),
Считается так же, как любой РДТТ. Условия даже помягче будут из-за отсутствия фактора высокой температуры. Движок (калибра 1.5") , который я использовал для графики, расчитан на 1600 psi -110 Атм. В баках гибридов, сделанных из той же дюралевой трубы - 48 Атм. Можно с ним и попробовать. Просто сделать другую крышку. А диафрагма зажимается в стык между соплом (сталь) и корпусом.
Ckona> - по заданной тяге и выбранному давлению рассчитывается сопло(диаметр), массовый расход и объем жидкости,
Алгоритм имеется.
Ckona> - исходя из времени работы определяется требуемый объем газа, объем шашки, ее длина и диаметр (при торцевом сгорании), нужна цифра - молярная масса продуктов сгорания шашки,
Propep даст примерные цифры, достаточные для расчёта.
Ckona> - оценивается полная масса конструкции, расчет уточняется.
Ckona> Ощутимые результаты по дальности полета и времени работы двигателя могут быть получены при рабочих давлениях не ниже 50 атмосфер, то есть удельном импульсе более 10 с. (однозначная связь при жидком рабочем теле).
Какой обьём/масса рабочего тела (воды), исходя из твоего опыта, необходим для инженерной модели такого движка?
Ckona> Поскольку в области сопла жидкость не нагревается, разрывную диафрагму предпочтительнее заменить многоразовой механической защелкой в составе стартового стола, сопловое уплотнение выполнять традиционным резиновым кольцом (о-ring), использовать разгонный стержень.
У меня нет опыта пуска таких ракет, но мне кажется, что с диафрагмой (копеечная одноразовая деталь) у такой системы будет гораздо больше автономии. В ракетных системах чем меньше многоразовых деталей, тем надёжнее. А уж с о-рингами и вовсе связываться не хочется. Весь западный мир - цивилизация о-рингов. Они нас уже задушили. Хоть где-то без них хочется обойтись.
Ckona> Сильная сторона двигателя - электрический запуск при отсутствии каких бы то ни было механизмов, великолепная "вторая ступень", "третья ступень".
Ckona> Рекомендуемое (мной, интуитивно) время работы "тестового" двигателя - 2...4 с.
De acuerdo.

a_centaurus> Какой обьём/масса рабочего тела (воды), исходя из твоего опыта, необходим для инженерной модели такого движка?

Ориентировочный расчет некоторых параметров.

Исходные данные.
Масса пустой ракеты - 0,7 кГ.(взято с потолка)
Объем воды - 2,2 литра.(результат расчетных итераций)
Рабочее давление - 60 кГс/кв.см.(Центаурус сказал)
Коэфф.гидравлич.потерь в сопле - 0,15.(опыт)

Результаты расчетов.
Диаметр сопла - 3,6 мм.
Скорость истечения - 93 м/с.
Тяга двигателя - 110 Н.
Время работы водяного двигателя - 2,6 с (потом - газовая фаза.)

Скорость ракеты по завершении разгона - модель дает 210 м/с, сомневаюсь, цифра подлежит проверке !!

Ckona> Ориентировочный расчет некоторых параметров.
Ckona> Масса пустой ракеты - 0,7 кГ.(взято с потолка)
Очень оптимистичный потолок. Под такой обьём (2-2.5 л ) камера из д.а. бесшовной трубы 75 мм (2.5-3.0 мм) будет иметь длину 550 мм и массу (вместе с крышками и пироустройством) около 0.8-1.0 кг.
Ckona> Рабочее давление - 60 кГс/кв.см.(Центаурус сказал)
Как ты заложил, так я и поставил. Но не меньше 50 Атм.
Ckona> Коэфф.гидравлич.потерь в сопле - 0,15.(опыт)
OK.
Ckona> Результаты расчетов.
Ckona> Диаметр сопла - 3,6 мм.
Ckona> Скорость истечения - 93 м/с.
Ckona> Тяга двигателя - 110 Н.
Ckona> Время работы водяного двигателя - 2,6 с (потом - газовая фаза.)
Ckona> Скорость ракеты по завершении разгона - модель дает 210 м/с, сомневаюсь, цифра подлежит проверке !!
Читай пункт 1.
Conclusions.
Со всеми дополнениями камеры (к.- часть структуры) до планера ракеты с обтекателем и стабами её масса не будет ниже чем 1.5 кг. Длина - 1.0 м. То есть скорость её заметно снизится. Можно было бы попробовать стеклотекстолитовую трубу. Но с ней сложнее обеспечить герметичность фланцев. Пока запишем в перспективный план эту разработку. А вот принцип попробовать будет несложно. С небольшой доработкой имеющихся РДТТ.

Ckona> - выбирается рабочее давление, под него подбирается труба (нужно знать сопромат)
...а я его не знаю

a_centaurus> Очень оптимистичный потолок.

Что поделаешь - ведь я привык к 50-граммовым бутылкам.
Поскольку "не угадал" реальный вес конструкции, предлагаю увеличить диаметр сопла до 4-х мм и поднять рабочее давление, с сокращением времени работы двигателя.

Самостоятельно провести эксперимент не берусь - пироэлемент не осилю.
Что реально: изготовить сопло и выдавить воду из водопроводной трубы, создавая давление ручным насосиком (для велосипедной гидравлики) на 25 атмосфер.

Хотя - "вода и пламя", очень интересно.
Что поджигать в пироэлементе ? Из какого материала выполнять его корпус ?

a_centaurus> ...С небольшой доработкой имеющихся РДТТ.

А сколько газа дают "имеющиеся РДТТ" ?

Ckona>> - выбирается рабочее давление, под него подбирается труба (нужно знать сопромат)
Ckona> ...а я его не знаю
Не беда. Есть простые рабочие формулы и программы. Всё легко считается. Ты думаешь в мире Эксперименталного ракетостроения много людей знают сопромат? На самом деле самая большая проблема - идентифицировать имеющийся материал. Если он не отрезан от заготовки с сертификатом.
Можно сделать дизайн (я) и оптимизировать под твои материалы.
Ckona> Что реально: изготовить сопло и выдавить воду из водопроводной трубы, создавая давление ручным насосиком (для велосипедной гидравлики) на 25 атмосфер.
С какой целью?
Ckona> Что поджигать в пироэлементе ? Из какого материала выполнять его корпус ?
Ckona> Самостоятельно провести эксперимент не берусь - пироэлемент не осилю.
Пиросмесь. Я вижу композитное топливо простой формулы KNO3+FeO+Mg+эпокси.
Корпус и фланец делается из дюраля.

a_centaurus>> ...С небольшой доработкой имеющихся РДТТ.
Ckona> А сколько газа дают "имеющиеся РДТТ" ?

Имелось в виду использовать один из них в качестве камеры гидравлического двигателя. А переднюю крышку переточить под пироустройство. Вот как в концептуальном дизайне (см выше). Там взят РДТТ Мех_200. С ним можно и попробовать.

Ckona>> ... выдавить воду из водопроводной трубы, ... 25 атмосфер.
a_centaurus> С какой целью?

Уточнить расчеты, измерить тягу, проверить/сравнить/подобрать сопло.

Наименьшим коэфф.гидравлич.потерь обладает отверстие в тонкой стенке.
Но оно не дает узкой направленной струи, что создает большой разброс вектора тяги.
Вроде бы конусное отверстие 1:5 длиной 2,5 диаметра является оптимальным во всех отношениях.

Ckona> Вроде бы конусное отверстие 1:5 длиной 2,5 диаметра является оптимальным во всех отношениях.
Вот и возмём его за основу. Я уже давал ссылки на литературу по холодным покрытиям, где используются сопла такого типа. Расчёт газогенератора на тв. топливе есть в нескольких учебниках. Могу выложить, если интересно.

Кстати, расчёт водяной ракеты F=100N, 1.5 кг, 80 мм диам, 2.6 с в ezalt дает высоту до 370 м. И скорость 80 м/с.

Мне этот вариант ракетного двигателя просто любопытен. Что-то масштабное я делать не собираюсь. Если хочешь, могу проделать некоторые эксперименты и нарисовать сборку такой ракеты. Например 2 ступ. А ты попробуешь реализовать её. Только надо согласовать материалы и технологии, которыми ты можешь оперировать.