Private Space Launch - создание ракеты на ГРД

shadowjack> Вроде для парафина в реальных конструкциях лучший УИ достигается при значительном избытке горючего.

Лучший достигнутый УИ не может быть больше максимального теоретического. А значит, если он достигнут при другом соотношении, то он гораздо меньше максимального. Это получается просто демонстрация несовершенства процесса. Зачем тогда парафин?

Serge77> Лучший достигнутый УИ не может быть больше максимального теоретического.
Строго говоря, это не доказано. Обычно меньше.
Serge77> он гораздо меньше максимального.
Не "намного меньше" а просто "не больше". Исходя из определения максимума.
Serge77> Зачем тогда парафин?
Горит быстро, технологичен.

Serge77>> Лучший достигнутый УИ не может быть больше максимального теоретического.
shadowjack> Строго говоря, это не доказано. Обычно меньше.

Это из серии "очевидно, что"
И откуда возмется энергия для достижения удельного импульса, больше, чем максимального теоретического?

ПС: А! Я понял! Константу неправильную взяли...

varban> Это из серии "очевидно, что"
Как говорил мой учитель математики, "Очевидно то, что легко доказать".
varban> И откуда возмется энергия для достижения удельного импульса, больше, чем максимального теоретического?
Она может взяться из невыполнения предположений, для которых propep, Астра и Ко считают равновесие системы - температура всех веществ одинакова, все реакции и изменения агрегатного состояния завершены. Процессы, идущие в двигателе, идут не только с выделением тепловой энергии, но и с её поглощением: эндотермические реакции, плавление, кипение. Если скорость этих процессов такова, что они не успевают протечь за время нахождения вещества в двигателе, то импульс может быть больше расчестного. То же самое с реакциями, уменьшающими количество вещества.
Это верно и для других процессов, которые, наоборот, понижают импульс - и обычно они превалируют, и из-за этого реальный импульс меньше расчетного. Но нет никаких гарантий, что так будет всегда - для любых составов топлива, давлений и размеров реального двигателя.
varban> ПС: А! Я понял! Константу неправильную взяли...
Тоже бывает, но я не про это.

shadowjack> Она может взяться из невыполнения предположений, для которых propep, Астра и Ко считают равновесие системы - температура всех веществ одинакова, все реакции и изменения агрегатного состояния завершены. Процессы, идущие в двигателе, идут не только с выделением тепловой энергии, но и с её поглощением: эндотермические реакции, плавление, кипение. Если скорость этих процессов такова, что они не успевают протечь за время нахождения вещества в двигателе, то импульс может быть больше расчестного. То же самое с реакциями, уменьшающими количество вещества.

ГРД априори не сжигает 100% топлива. Полнота сгорания в ГРД является проблемой и требуются специальные конструктивные средства для её повышения, особенно это касается небольших двигателей и метализированных топлив. Если программа считает стехиометрически оптимальные реакции, то мы можем с 100% уверенностью сказать что полностью смесь не сгорит, зная специфику данного типа двигателей. Следовательно удельный импульс всегда будет меньше расчетного. + Как вы правильно подметили программа не учитывает энергию затраченную на нагрев и испарение топлива. Газификация топлива идет в режиме теплового удара. Этот режим отличается от простого "постепенного" нагрева.

Yalex> Если программа считает стехиометрически оптимальные реакции
Считает любые реакции, в предположении, что все они пройдут до установления равновесия (т.е. не учитывается кинетика).
Yalex> не учитывает энергию затраченную на нагрев и испарение топлива.
Как я понимаю, учитывает (поправка: похоже, действительно не учитывает - учитывает только для продуктов реакции).
Yalex> Газификация топлива идет в режиме теплового удара. Этот режим отличается от простого "постепенного" нагрева.
Конечно отличается, только сомневаюсь, что при этом нужно затратить меньше энергии на нагрев до той же температуры.

Yalex>> Газификация топлива идет в режиме теплового удара. Этот режим отличается от простого "постепенного" нагрева.
shadowjack> Конечно отличается, только сомневаюсь, что при этом нужно затратить меньше энергии на нагрев до той же температуры.

Насколько я понимаю энергии при таком режиме затрачивается меньше. Т.к. в этом режиме прогревается не весь объем материала, а лишь тонкий поверхностный слой. Который в случае аморфного( либо частично аморфного) вещества быстро теряет вязкость и испаряется не успев передать тепло в объем материала. Скорость выхода на режим определяется временем за которое успевает прогреться этот слой. Металлические добавки ускоряют этот процесс повышая теплопроводность материала шашки, об этом упомянул a_centaurus выше. Вероятно основной вклад металла в УИ именно в ускорении прогрева деструктирующего слоя.

Yalex> + Как вы правильно подметили программа не учитывает энергию затраченную на нагрев и испарение топлива.

Учитывают и считают, это ещё в них на стадии исходных данных закладывается.

Yalex> Если программа считает стехиометрически оптимальные реакции

Нет, она считает совершенно другое.

> программа не учитывает энергию затраченную на нагрев и испарение топлива

Учитывает.

> Газификация топлива идет в режиме теплового удара. Этот режим отличается от простого "постепенного" нагрева.

Для расчёта УИ это не имеет значения.

Serge77>> парафин 88.3-11.7
shadowjack> Вроде для парафина в реальных конструкциях лучший УИ достигается при значительном избытке горючего.

Наооборот, при некотором переизбытке жидкой фазы окислителя (закись). То есть, конструктивно, РП в ГРД на паре парафин/NOx оптимизируется таким образом, чтобы парафиновая шашка уже выгорела, а закись ещё травила. Тогда будут все импульсы оптимальны (максимальны). В конструкции "tripropellent" это происходит автоматически: парафиновая шашка сгорает при избытке потока окислителя (жрёт вволю), прогревает камеру и туда подаётся жидкое горючее (спирт). РП продолжается уже за счёт жидких компонентов топлива. Но - "заварки не жалеть".
В любом случае парафиновая шашка выгоднее любой другой. Если правильно построен двигатель, то парафин должен сгореть весь (в камере останется только бронировка) , а остатки окислителя сами догорят с остатками паров п. которым пропиталась б. То есть вся масса топлива будет УТИЛИЗОВАНА и ракета не останется с довеском. Вот такой сценарий реального ГРД и ракеты на этой паре.
Как сам уже убедился много зависит от рациональной компоновки двигателя на ракете. Заправка закисью имеет свои особенности и не даёт времени на раздумья или устранение неполадок. Бак под 40 Атм должен травить, чтобы не произошло разгерметизации. Можно, конечно, при запасе прочности закрыть дренаж, но ненадолго. Это заставляет разработчика увеличивать объем бака.

Serge77>>> парафин 88.3-11.7
shadowjack>> Вроде для парафина в реальных конструкциях лучший УИ достигается при значительном избытке горючего.
a_centaurus> Наооборот, при некотором переизбытке жидкой фазы окислителя (закись).

Ты имеешь ввиду избыток по объему или избыток по секундному соотношению Nox/F?

a_centaurus> ... Бак под 40 Атм должен травить, чтобы не произошло разгерметизации. Можно, конечно, при запасе прочности закрыть дренаж, но ненадолго. Это заставляет разработчика увеличивать объем бака.

Целесообразно ли снижать надежность бака в угоду его массового совершенства? Из твоего текста следует, что ты применяешь баки, без запаса прочности, рассчитанного на максимальное рабочее давление в баке. Т.е. бак предохраняется от разрушения тем, что открыт дренаж и давление низкое. Если перекрыл дренаж и поставил в ракету, а она не полетела, то при "разминировании" ты сильно рискуешь? Довольно "тонкое" дело получается.

У нас все баки изначально расчитаны на рабочее давление до 70 атм., а держат 100 и выше. При этом не такие уж тяжелые.

FRC>> Состав горючего Уротропин/н-Гексан/Al.
Serge77> Можно подробнее, в каком виде там гексан?

Схалтурил. Внутри себя называем гексаном каучуковый клей, применяющийся в кач-ве связки уротропина. Там состав: н-нексан, каучук, канифоль и еще ноу-хау фирмы производителя.

FRC>>> Состав горючего Уротропин/н-Гексан/Al.
Serge77>> Можно подробнее, в каком виде там гексан.
varban> А главное, сколько и зачем?

Зачем - связка уротропина.
Сколько - от 2до 5-ти % от веса уротропина. Имеется ввиду, не самого гексана, а сухого остатка, оставшегося после сушки начального состава (клея). Потом прессуется и получается шашка с намеком на пластичность.

FRC> Схалтурил. Внутри себя называем гексаном каучуковый клей

И внутри себя так не называйте, обязательно получите ещё какие-нибудь неожиданности.

FRC> У нас все баки изначально расчитаны на рабочее давление до 70 атм., а держат 100 и выше. При этом не такие уж тяжелые.

А в цифрах? Сколько весят и на какой объем?

FRC>> У нас все баки изначально расчитаны на рабочее давление до 70 атм., а держат 100 и выше. При этом не такие уж тяжелые.
umbriel> А в цифрах? Сколько весят и на какой объем?

6,2 кг на 22,5 литра. один из.

a_centaurus>> ... Бак под 40 Атм должен травить, чтобы не произошло разгерметизации.
FRC> Целесообразно ли снижать надежность бака в угоду его массового совершенства? Из твоего текста следует,
Нет, не так. Не делай скоропалительные выводы там, где не понял. Баки в моих двигателях выполнены по расчётам на х 2. И из дюраля или стали, по качеству, относящейся к aerospace quality. Дай Бог тебе иметь такие. Речь идёт о том, что закрытие дренажного клапана не должно происходить в климатических условиях, когда может из-за нагрева быстро вырасти давление паровой фазе. И на длительное время. Ведь в любом случае лётный бак не достигает прочности стального баллона, где закись может храниться под охраной предохранительного клапана. Поэтому таким методом лучше не злоупотреблять. Как-то несколько лет назад мы обсуждали эту тему с Б. Колбурном и сошлись во мнении, что это время перед стартом не должно превышать 10 мин. У них при пусках в пустыне Моjave когда жара достигала 50º приходилось непрерывно охлаждать водяной завесой баллоны с закисью перед заправкой. И после заправки дренаж закрывали не более чем на несколько минут. Случаи разрушения баков или магистралей известны. Читай литературу.

FRC>> Схалтурил. Внутри себя называем гексаном каучуковый клей
Serge77> И внутри себя так не называйте, обязательно получите ещё какие-нибудь неожиданности.

Присоединяюсь. А то я уже сделал стойку на манер собаки-медалиста и приготовился рвать вас как Тузик von Dinghi* грелку

---

• Медалист же

FRC>>> Схалтурил. Внутри себя называем гексаном каучуковый клей...

То есть вы используете в качестве биндера для дисперного горючего (уротропин) некое вещество с неизвестными свойствами. H-гексан используется в качестве растворителя для сополимеров каучука и испаряется из связки при сушке. А вот как себя ведёт конгломерат из твёрдой частицы, окружённой каучукоподобными продуктами в процессе реагирования с кислородом закиси - точно не известно. В этом проблема эмпирического подбора компонентов топлива. Ведь в сумме такая композиция не есть то же самое, что по отдельности. А вы считаете performance двигателя как если бы реагировали только NOx и уротропин. Да ещё пытаетесь построить модель процесса в канале. Нет там прямой возгонки уротропина. Есть смазанный процесс, опосредованный выгоранием каучука непонятного происхождения. Это ведь не полибутадиен и не HTPB.

a_centaurus> ... А вы считаете performance двигателя как если бы реагировали только NOx и уротропин. Да ещё пытаетесь построить модель процесса в канале. Нет там прямой возгонки уротропина. Есть смазанный процесс, опосредованный выгоранием каучука непонятного происхождения. Это ведь не полибутадиен и не HTPB.

Как ты написал так и есть. Это же не отменяет необходимость использования связки в принципе, и для данного вида горючего, в частности. Без связки, мех. свойства шашки низкие. В результате опытов мы установили ее минимальное %-ное содержание, которое обеспечивает подходящие свойства, зафиксировались и каждый раз повторяем. Вполне последовательное поведение. Завтра, очередной раз, посмотрим какие результаты будут.

FRC>>>> Схалтурил. Внутри себя называем гексаном каучуковый клей...
a_centaurus> А вот как себя ведёт конгломерат из твёрдой частицы, окружённой каучукоподобными продуктами в процессе реагирования с кислородом закиси - точно не известно.

Вопрос поставлен точно. Решения принимались, как обычно,такие, чтобы не терять темп.
Копировать опубликованные решения оперативно не получается. В оправдание могу сказать,
судя по уже довольно многочисленным прожигам добавка каучука в количестве 0%, 4% и 6% заметных
изменений в скорости сублимации уотропина не вызывает и обеспечивает нужные механические
свойства. Добавка 10% парафина фактически удваивает скорость эрозии шашки и затрудняет прессование.

a_centaurus> Нет, не так. Не делай скоропалительные выводы там, где не понял. Баки в моих двигателях выполнены по расчётам на х 2. И из дюраля или стали, по качеству, относящейся к aerospace quality. Дай Бог тебе иметь такие.

Не скромный вопрос. С нашей, т.е. потребительской точки зрения, какая разница между aerospace quality и нагартованной Д16Т? Гарантированные хим.состав и мех. свойства? При должной проверке изделия, разница, наверно, почти исчезает (для любительского ракетостроения, конечно).
А об "иметь такие" забавный случай. Были мы на одном предприятии по вопросу композитных баков. Так нам предложили не заказывать у них новое изделие, а купить новейшую разработку для ..... на 100 литров, 700 атм рабочего давления и 14 кг сухого веса ))))) Но нам пока не для чего

a_centaurus> Речь идёт о том, что закрытие дренажного клапана не должно происходить в климатических условиях, когда может из-за нагрева быстро вырасти давление паровой фазе.

Хм.. причину так и представлял. Тогда конечно, дренаж надо держать открытым. У нас-то не так жарко и выше +30С пока не испытывали. А до +30С бак раньше грели каждый раз встроенным ТЭН-ом, чтоб обеспечить повторяемость условий. Один раз не уследили и выручил предохранительный клапан.
Потом по ряду соображений ограничили рагрев до +20С. В т.ч. для придания графикам более "квадратной" формы. УИ, опять же, вырос.

varban> Присоединяюсь.

Да, пожалуй, буду аккуратнее в будущем. А то звезд на погонах не видать.

Vagrant> изменений в скорости сублимации уротропина не вызывает и обеспечивает нужные механические свойства. Добавка 10% парафина фактически удваивает скорость эрозии шашки и затрудняет прессование.

Априори, переход на чистый полибутадиен или полиуретан (двухкомпонентный, для удобства литья шашки) даст те же результаты. Только без заморочек с грязной технологией производства с использованием уротропина. Вы ведь ещё масштабировать ЭТО не пробовали? Скажем в 20 раз? Потом, вы ведь все равно не решили проблему равномерного испарения вещества с внутренней поверхности канала. Биндер вам этого не позволит. Распределение температуры внутри канала ступенчатое. Есть мёртвые зоны, где температура не достигает величины, необходимой для возгонки тела шашки, состоящего из различных по физическим свойствам компонентов. А есть участок, где избыток кислорода выделившегося при диссоциации закиси выносит нелинейно эту часть шашки, образуя зону турбуленций, которые неизвестно как влияют на РП в следующие секунды работы.Во всех случаях любая композиция полимерного топлива с органической добавкой в камере ГРД на закиси проигрывает по эффективности (измеряемой в Isp) парафину. Советую почитать работы Stanford. Так это хорошо описано в терминах физики и химии горения.

a_centaurus> .. А есть участок, где избыток кислорода выделившегося при диссоциации закиси выносит нелинейно эту часть шашки, образуя зону турбуленций, которые неизвестно как влияют на РП в следующие секунды работы.

На парафине получали самое равномерное выгорание свода шашки. Правда пришлось повозиться с форсуночной плоскостью.
При конструкции, когда 6 щелевых форсунок расположены в центре плоскости с выносом 20-25мм и радиусом 30мм, а 4 струйные по переферии (струи разбиваются под 90 град. о стенку пре-камеры) выгорание было предельно равномерное. Т.е. на длине 600 мм конусность не поддавалась измерению штангенциркулем. Поскольку диаметр канала шашки был несколько больше выходного диаметра из пре-камеры, на уступе формируется турбулентный поток окислителя, обеспечивающий выгорание шашки в "мертвой" зоне у головки.
Вообще, именно на шелевых форсунках получались лучшие параметры распыла при одноканальной шашке.