Альтернативная схема насоса для подачи топлива в ЖРД

varban>> .... ты знаешь мою завиральную теорию о надеждности РДТТ и ее связь с массой заряда?
Wyvern-2> Так и не рассказал

И правда не рассказал

Коротко - есть оптимальная масса заряда. Все, что меньше и больше - хуже по надежности.

Порядок массы - 100 килограмм.

ПС: Альтернативная схема насоса для подачи топлива в ЖРД

Lamort> Ого, эта схема является предметом реальных разработок? Я давно думал над таким способом подачи топлива в водородный двигатель, - водород подаётся в две ёмкости высокого давления, где он нагревается, чем и создаётся это самое высокое давление, потом ёмкость подключается к камере сгорания, а другая ёмкость, или другие ёмкости, если их больше двух, заполняются до нужной степени жидким водородом и начинают нагреваться для подготовки к подаче топлива.
Lamort> С жидким кислородом, собственно говоря, делается то же самое.
Lamort> Я думал, что из этого ничего не выйдет.

Почему не выйдет, вполне выходит. Только импульсы в тракте высокого давления, возникающие при коммутации, способствуют возникновению ВЧ колебаний в больших камерах ЖРД. Примерно до полутора тонн тяги схема вполне работоспособна. с жидким водородом два "но" - он сжимаем даже в жидком виде, и поэтому для достижения большого давления приходится закладывать большой расход, а, значит, эффективный УИ ЖРД падает, а водород интересен только большим УИ.

Эти пневмонасосы были вполне успешно испытаны для запуска верньерных движков Атласа (тяга около 500 кГ)

Вот только греть жидкий газ для испарения не очень удобно - нужна большая мощность нагревателя, а, значит, большой расход электроэнергии, а, раз так, выгоднее электронасос поставить. А вот наддув от внешнего источника гелия вполне прокатывает. С относительно плотными топливами.

Б.г.> Эти пневмонасосы были вполне успешно испытаны для запуска верньерных движков Атласа (тяга около 500 кГ)

Очень интересно, а где можно про них подробнее почитать?

Б.г.> Вот только греть жидкий газ для испарения не очень удобно - нужна большая мощность нагревателя, а, значит, большой расход электроэнергии,

Ну так а зачем лякстричеством?
"Насос системы Гемфри-Оберта" (с) Глушко, 1930 - сжигание компонентов друг в друге

Кстати, сам же Глушко тогда же и отмечал потенциальные проблемы с неравномерностью подачи. Несмотря на более поздние (?) восторженные отзывы Тихонравова о насосах Оберта.

Б.г.>> Эти пневмонасосы были вполне успешно испытаны для запуска верньерных движков Атласа (тяга около 500 кГ)
Fakir> Очень интересно, а где можно про них подробнее почитать?

вот тут: http://www-rohan.sdsu.edu/~sharring/Pistonless_pump_for_CEV.pdf

Б.г.>> Вот только греть жидкий газ для испарения не очень удобно - нужна большая мощность нагревателя, а, значит, большой расход электроэнергии,
Fakir> Ну так а зачем лякстричеством?

Затем, что там надо останавливать и выпускать высокое давление.

Fakir> "Насос системы Гемфри-Оберта" (с) Глушко, 1930 - сжигание компонентов друг в друге

Вот этот вариант не прокатывает - цикличность не та.

Б.г.> Почему не выйдет, вполне выходит. Только импульсы в тракте высокого давления, возникающие при коммутации, способствуют возникновению ВЧ колебаний в больших камерах ЖРД.
Спасибо, а если сделать какой-нибудь "ресивер", - промежуточную ёмкость с газом менее высокого давления в которую выводится газ из нагревательных ёмкостей, где давление выше?
Если нагреть жидкий водород до комнатной температуры получим давление около 800 атмосфер, это даже много.

Б.г.>> Почему не выйдет, вполне выходит. Только импульсы в тракте высокого давления, возникающие при коммутации, способствуют возникновению ВЧ колебаний в больших камерах ЖРД.
Lamort> Спасибо, а если сделать какой-нибудь "ресивер", - промежуточную ёмкость с газом менее высокого давления в которую выводится газ из нагревательных ёмкостей, где давление выше?

Гидродемпфер называется такая штука, они есть на Р-7, и на Сатурне-5 были, и нужны даже при классическом ТНА, но совсем сгладить скачки давления они не могут.

Lamort> Если нагреть жидкий водород до комнатной температуры получим давление около 800 атмосфер, это даже много.

Ясен перец. Но насос этот работает циклически, и для цикла надо газообразный водород выпустить, чтоб залить новый жидкий. И потери именно водорода получаются такими, что убивают на корню всю идею.

Но и это не всё.

У водорода очень большая теплоёмкость, чтобы в процессе выдавливания давление не падало из-за увеличения газового объёма, нужно к жидкому подводить большую мощность.

А.С.> Гидродемпфер называется такая штука, они есть на Р-7, и на Сатурне-5 были, и нужны даже при классическом ТНА, но совсем сгладить скачки давления они не могут.
Тот факт, что будет подаваться газ не улучшает ситуацию?

А.С.> Ясен перец. Но насос этот работает циклически, и для цикла надо газообразный водород выпустить, чтоб залить новый жидкий. И потери именно водорода получаются такими, что убивают на корню всю идею.
Зачем его выпускать, мы можем просто охладить остаток газообразного водорода чтобы упало давление, после чего заполнять ёмкость снова. В принципе наверно его можно вообще обратно сделать жидким.

А.С.> Но и это не всё.
А.С.> У водорода очень большая теплоёмкость, чтобы в процессе выдавливания давление не падало из-за увеличения газового объёма, нужно к жидкому подводить большую мощность.
Можно подробнее, я не совсем понял в чём проблема заключается. Водород надо греть для увеличения давления? Так это "ясен пень", как же иначе.

Пневмонасос по эффективности всегда будет проигрывать ТНА, потому, что газ для наддува используется холодный, а в ТНА для привода нагнетателя - горячий. Термодинамически холодный газ менее выгоден.
Что касается веса самой пневмоконструкции (но не баков для газа) то она может быть не большой. Так же не страшна и цикличность. Например в автомобильных нагнетателях воздуха применяются револьверные схемы. Они сглаживают пульсации.

Б.г.>>> Эти пневмонасосы были вполне успешно испытаны для запуска верньерных движков Атласа (тяга около 500 кГ)
Fakir>> Очень интересно, а где можно про них подробнее почитать?
А.С.> вот тут: http://www-rohan.sdsu.edu/~sharring/Pistonless_pump_for_CEV.pdf

А, ну это-то я давным-давно видел - собственно, наверное, в этом же топике ссылки и давались года три тому
Но разве он летал на "Атласе"? Там же вроде только на стенде испытывали.

Fakir>> "Насос системы Гемфри-Оберта" (с) Глушко, 1930 - сжигание компонентов друг в друге
А.С.> Вот этот вариант не прокатывает - цикличность не та.

Не уловил идеи - ты считаешь, что вариации на тему насоса Гемфри будут работать с принципиально иной цикличностью, чем вот это изделие Флоуметрикса?

rsr13_2013> Пневмонасос по эффективности всегда будет проигрывать ТНА, потому, что газ для наддува используется холодный, а в ТНА для привода нагнетателя - горячий. Термодинамически холодный газ менее выгоден.
В моём случае вообще компоненты топлива будут газообразными и вопрос о наддуве не стоит.
Я предлагаю газифицировать ЖВ и ЖК, и так подавать в камеру сгорания.

rsr13_2013> Что касается веса самой пневмоконструкции (но не баков для газа) то она может быть не большой. Так же не страшна и цикличность. Например в автомобильных нагнетателях воздуха применяются револьверные схемы. Они сглаживают пульсации.
Дело тут не в весе, а в простоте, в пневматической системе, - по крайней мере так кажется, будут использоваться элементы более простые, чем турбонасосы с десятками тысяч оборотов в секунду.
Баллоны высокого давления уже стали "почти бытовым прибором" в связи с развитием автомобильных технологий использования сжатого газа.

Fakir> Но разве он летал на "Атласе"? Там же вроде только на стенде испытывали.
Нет, конечно, на Атласе была подача от общего ТНА маршевого двигателя.
Просто эта камера тягой в тыщу фунтов - очень удобная лабораторная крыса.
Флометриксовский насос обеспечил её работу в штатном режиме (правда, им подавали только керосин, ЖК вытеснилкой).

А.С.>> Гидродемпфер называется такая штука, они есть на Р-7, и на Сатурне-5 были, и нужны даже при классическом ТНА, но совсем сгладить скачки давления они не могут.
Lamort> Тот факт, что будет подаваться газ не улучшает ситуацию?

Ухудшает Если мы позволяем газу расширяться, его плотность падает, а, значит, режим камеры ЖРД меняется - ей важен массовый расход, в первую очередь, а не обоъёмный.

Lamort> Зачем его выпускать, мы можем просто охладить остаток газообразного водорода чтобы упало давление, после чего заполнять ёмкость снова. В принципе наверно его можно вообще обратно сделать жидким.

Сколько времени мы будем охлаждать? Во флометриксовском насосе цикличность порядка пол-герца, т.е. заполнение и опустошение ёмкости происходит за секунду.

А.С.>> Но и это не всё.
А.С.>> У водорода очень большая теплоёмкость, чтобы в процессе выдавливания давление не падало из-за увеличения газового объёма, нужно к жидкому подводить большую мощность.
Lamort> Можно подробнее, я не совсем понял в чём проблема заключается. Водород надо греть для увеличения давления? Так это "ясен пень", как же иначе.

Вот мы поставили в бачок нагреватель. Вот мы начали греть жидкий водород. Он радостно перешёл в сверхкритическое состояние. Вот мы достигли нужного давления. Открываем клапан. Тут же давление начинает падать. Чтобы оно не падало, надо продолжать греть нагреватель.

Суммарные затраты электричества на нагрев таковы, что выгоднее поставить электронасосный агрегат, и качать им.

А.С.> Ухудшает Если мы позволяем газу расширяться, его плотность падает, а, значит, режим камеры ЖРД меняется - ей важен массовый расход, в первую очередь, а не обоъёмный.
Идея такая, - несколько нагревательных камер с более высоким давлением постоянно подпитывают некий "ресивер", в котором давление находится в рабочем диапазоне.

А.С.> Сколько времени мы будем охлаждать? Во флометриксовском насосе цикличность порядка пол-герца, т.е. заполнение и опустошение ёмкости происходит за секунду.

Я не такую систему имею в виду, а некую относительно большую систему с высоким давлением, которая работает относительно медленно.
Пусть даже она будет несколько тяжелее обычного ЖРД, но в ней не будет "штуковин с сотней тысяч оборотов".

А.С.> Вот мы поставили в бачок нагреватель. Вот мы начали греть жидкий водород. Он радостно перешёл в сверхкритическое состояние. Вот мы достигли нужного давления. Открываем клапан. Тут же давление начинает падать. Чтобы оно не падало, надо продолжать греть нагреватель.
А.С.> Суммарные затраты электричества на нагрев таковы, что выгоднее поставить электронасосный агрегат, и качать им.

Зачем электричеством? Использовать теплоноситель и отводить тепло от камеры сгорания ЖРД, только не "тот же самый водород", а нечто более теплоёмкое в пересчёте на единицу объёма.

Это общая сырая идея, которая ещё и кажется мне весьма сомнительной.

А.С.>> Ухудшает Если мы позволяем газу расширяться, его плотность падает, а, значит, режим камеры ЖРД меняется - ей важен массовый расход, в первую очередь, а не обоъёмный.
Lamort> Идея такая, - несколько нагревательных камер с более высоким давлением постоянно подпитывают некий "ресивер", в котором давление находится в рабочем диапазоне.

Да это-то всё понятно, суть в том, чтобы впустить в нагревательную камеру новую порцию топлива, нужно куда-то деть в ней давление. Охлаждением это делать слишком долго.

А.С.>> Сколько времени мы будем охлаждать? Во флометриксовском насосе цикличность порядка пол-герца, т.е. заполнение и опустошение ёмкости происходит за секунду.
Lamort> Я не такую систему имею в виду, а некую относительно большую систему с высоким давлением, которая работает относительно медленно.

В том-то и дело, что она получается относительно большой даже при вполне умеренной частоте заполнения и слива - допустим, у нас пневмонасос качает топливо для двигателя тягой в 1 тонну и удельным импульсом 300 секунд. Допустим, плотность топлива единица, это более-менее верно для керосин-кислорода или керосин-спирта.

Это составит 3,3 литра в секунду. Если у нас период 0,5 герца (т.е. топливо 1 секунду заполняет ёмкость и 1 секунду вытесняется), то нам нужно минимум 2 ёмкости по 3,3 литра (реально - нужен запас на газовую подушку и сплошность внизу, т.е. 5 литров желательно). Не забываем, что ёмкости у нас под давлением, и весят, как обычные баллоны. 5-литровые баллоны весят килограмма по 4, и то, в космическом исполнении. Разбивка её на множество маленьких ёмкостей суммарную массу меняет слабо.

Если нужно ждать секунд 10, пока газ внутри охладится (чем, кстати?), то объём и вес увеличиваются пропорционально.

Lamort> Пусть даже она будет несколько тяжелее обычного ЖРД, но в ней не будет "штуковин с сотней тысяч оборотов".

Она будет не "несколько" тяжелее, а "значительно" тяжелее обычного ЖРД с ТНА. Плюс к тому, в реально работающих системах газа расходуется больше, чем в классической вытеснилке (но это отбивается резким уменьшением веса баков).

А.С.>> Вот мы поставили в бачок нагреватель. Вот мы начали греть жидкий водород. Он радостно перешёл в сверхкритическое состояние. Вот мы достигли нужного давления. Открываем клапан. Тут же давление начинает падать. Чтобы оно не падало, надо продолжать греть нагреватель.
А.С.>> Суммарные затраты электричества на нагрев таковы, что выгоднее поставить электронасосный агрегат, и качать им.
Lamort> Зачем электричеством? Использовать теплоноситель и отводить тепло от камеры сгорания ЖРД, только не "тот же самый водород", а нечто более теплоёмкое в пересчёте на единицу объёма.

А как коммутировать тепловой поток? Греть - хорошо (хотя очень медленно), а как охлаждать? и как обеспечивать теплопередачу? встраивать в баллон высокого давления теплообменник? Надёжность падает выше плинтуса.

Lamort> Это общая сырая идея, которая ещё и кажется мне весьма сомнительной.

Ну пневмонасосы-то работают и летают. но без теплообменников.

А.С.> Да это-то всё понятно, суть в том, чтобы впустить в нагревательную камеру новую порцию топлива, нужно куда-то деть в ней давление. Охлаждением это делать слишком долго.

Гениально! Суворову высший балл за идею Стирлинга для ЖРД!
На самом деле охлаждение это не долго, а очень быстро, если использовать поршень вытеснитель, как в Стирлинге. Схема получается такая. В ёмкости есть сжиженный газ, например СО2 и система трубок внутри объёма, у трубок большая поверхность контакта с газом. Сначала по трубкам подаётся горячий теплоноситель и СО2 испаряется, создавая любое желаемое давление. Затем поршень вытеснитель (он не нагружен силами) вытесняет горячий СО2 совершивший работу в холодную область (в холодной области по трубкам подаётся что-то очень холодное например, жидкий кислород) и давление очень быстро (как в стирлинге) падает. Таким образом, СО2 у нас быстро расширяется и сжимается, периодически создавая необходимое давление для работы указанного выше насоса. СО2 и рабочие компоненты топливо-окислитель разделены гибкой тонкой мембраной.

Подаём заявку на патент:)

rsr13_2013> Подаём заявку на патент:)
Подавай, Дима!

А.С.> Да это-то всё понятно, суть в том, чтобы впустить в нагревательную камеру новую порцию топлива, нужно куда-то деть в ней давление. Охлаждением это делать слишком долго.
А если охлаждать относительно небольшим количеством нового хладагента, - насос высокого давления будет, но небольшой.

А.С.> А.С.>> Сколько времени мы будем охлаждать? Во флометриксовском насосе цикличность порядка пол-герца, т.е. заполнение и опустошение ёмкости происходит за секунду.

А.С.> Если нужно ждать секунд 10, пока газ внутри охладится (чем, кстати?), то объём и вес увеличиваются пропорционально.
Да, я всё понимаю, но интересно насколько это будет приемлемо или неприемлемо по массе если использовать схему с длинным циклом.
Что касается баллонов, надо посмотреть, что сейчас есть относительно нового в этой области, как я уже говорил, есть автомобильные баллоны для водорода с давлением до 700 атмосфер.

А.С.> Она будет не "несколько" тяжелее, а "значительно" тяжелее обычного ЖРД с ТНА. Плюс к тому, в реально работающих системах газа расходуется больше, чем в классической вытеснилке (но это отбивается резким уменьшением веса баков).
Нет, идея "выбрасывать топливо" мне совершенно не нравится.

А.С.> А как коммутировать тепловой поток? Греть - хорошо (хотя очень медленно), а как охлаждать? и как обеспечивать теплопередачу? встраивать в баллон высокого давления теплообменник? Надёжность падает выше плинтуса.
На эти вопросы пока не знаю даже приблизительного ответа. Могу только предположить, такую схему, - теплообменник-охладитель встроен в основной бак с жидким криогенным компонентом.
Как сделать нагреватель, вообще не очень представляю.

А.С.> Ну пневмонасосы-то работают и летают. но без теплообменников.
В общем, тут есть над чем подумать, это полезно даже если ничего не выйдет.

Fakir> А за истекший отчётный период не попадались ли кому подробности про южмашевский РД-860?

Разработка многорежимного жидкостного ракетного двигателя с пневмонасосной подачей топлива для взлетно-посадочных модулей

А.С.>> Да это-то всё понятно, суть в том, чтобы впустить в нагревательную камеру новую порцию топлива, нужно куда-то деть в ней давление. Охлаждением это делать слишком долго.
Lamort> А если охлаждать относительно небольшим количеством нового хладагента, - насос высокого давления будет, но небольшой.

А куда потом этот хладагент девать? он же после теплообмена будет "ни рыба ни мясо"? тоже за борт? Не срастается.

А, чем меньше насос высокого давления, тем он оборотистее. А в поршневом сразу встают проблемы уплотнения и смазки при криогенных температурах. Когда Капица делал гелиевый детандер, он вынужден был отказаться и от уплотнения, и от смазки. Во что это вылилось, можно погуглить. А у него ещё не было вибраций от работающей камеры ЖРД.

P.S. технические решения, что подошли на детандере, могут не подойти на насосе высокого давления - перепад раз в 100 больше.

S.U.> Разработка многорежимного жидкостного ракетного двигателя с пневмонасосной подачей топлива для взлетно-посадочных модулей

У меня файл скачивается, но не открывается (6-й Акробат). Файл битый или более новая версия нужна?

Fakir> У меня файл скачивается, но не открывается (6-й Акробат). Файл битый или более новая версия нужна?

У меня открылся нормально, но версия 9-я.

Б.г.> А куда потом этот хладагент девать? он же после теплообмена будет "ни рыба ни мясо"? тоже за борт? Не срастается.
Я рассматриваю весьма узкую задачу, пара водород-кислород, так что хладагентом будет, как водится само топливо.

Б.г.> А, чем меньше насос высокого давления, тем он оборотистее. А в поршневом сразу встают проблемы уплотнения и смазки при криогенных температурах. Когда Капица делал гелиевый детандер, он вынужден был отказаться и от уплотнения, и от смазки. Во что это вылилось, можно погуглить. А у него ещё не было вибраций от работающей камеры ЖРД.
Вот эти все вопросы я и не знаю как решить, спасибо за "наводку", посмотрю, что делал Капица.
Когда я говорил "меньше", я, разумеется, имел в виду расход, а не размер насоса.

Б.г.> P.S. технические решения, что подошли на детандере, могут не подойти на насосе высокого давления - перепад раз в 100 больше.
Идея в том, чтобы без огромного турбонасоса сделать двигатель с давлением в КС 400-500 атмосфер, - для того, чтобы уже у земли иметь высокий удельный импульс.
Вы можете возразить, что это "ненужно", и я не смогу вам доказать, что "нужно", но идея такова.