Кварцевая водородная горелка

Полл> Предлагаю быть реалистами, насколько это в такой теме в принципе возможно.

Запустить пару раз тестовые спутники.
А потом, возможно, какие-нибудь университеты захотят что-нибудь запустить.
За маленькие деньги.

Xan>> Не 12, а только 3. Это который в космос улетает.
Полл> В таком разе и в расчёте требуется считать по ступеням.

Ну изначально это как бы полутора-ступка!

Полл> А если в неё залить жидкий водород, то она разобъется сама от тепловой деформации.
Полл> Без нагрузки в принципе.

В неё заливали жидкий азот (с водородом по холоду разницы уже нет). И она вполне держала, не трескалась. А потом, когда много азота выкипало, громко взрывалась. Пробка закручена была!

Полл> Закрутка на старте.

Не, это слишком неточно.
Чем тебе управляемый полёт не нравится?

Полл> Выгоднее всего в нашей размерности сделать ракету устойчивой и не крутить её в плотной атмосфере вообще.

Одной устойчивости всё равно не хватит.
Размерность тут никак не влияет.
Управление обязательно.
А если есть управление, то закрутка не нужна, и устойчивость не обязательна.

Полл> Весовое совершенство крупных ракет, то есть отношение массы топлива к сухой массе - в районе 20.
Полл> Для малых ракет оно от 1 до 10.

Причины плохого совершенства в условиях эксплуатации.
С большими обращаются очень нежно, у них стенки баков рассчитаны на наддув.
Маленькие валяют по земле и пинают, у них стенки должны такое обращение выдерживать.
Если у маленькой сделать стенки как у большой, толщиной фольги, её в руки будет брать страшно.
Ну, надо с маленькими надо обращаться нежнее, вот они и будут совершеннее!

Полл> Что за бутылка, какой фирмы?

до четырёх - вообще любая. для водяных ракет брали из соображений "чтобы покрасивее было" и чтобы стабилизаторы удобнее было крепить.

Полл> Что за бутылка, какой фирмы?
даже не задавался вопросом, вроде как любые что есть, полуторки прочнее двухлитровых. Это же обсуждали в теме водяных ракет. Обыкновенные водяные ракеты из пластиковых бутылок [Ckona#27.05.09 23:57]

s.t.>> до 4 с относительным сохранением формы, выше будет раздуваться, но 6 тоже держит.
Полл> Что за бутылка, какой фирмы?

Обычная ПЭТ бутылка.
Пример:
1.5 литра, масса 39 г с пробкой.
Толщина стенки 0.25, радиус 45.
Предел текучести 85 МПа

0.25 / 45 * 850 = 4.72 атм

Предел прочности при растяжении 172 МПа

0.25 / 45 * 1720 = 9.55 атм

(лень точно паскали в атмосферы переводить)

Если заморозить, чтоб не текло, тогда, наверное, и получится бОльшая прочность.
Алюминиевые баки холодом точно упрочняются.

Ну, посмотрим:
Радиус 125, толщина 0.364, плотность 1.38
Давление 0.364 / 125 * 1720 = 5 атм

Беру на пределе.
Но мне кажется, что прочность при жидком водороде будет значительно выше.

Масса 2 * 3.14 * 125 * 0.364 * 1.38 * 3100 = 1222396 мг = 1.22 кг
Это трёхметровая цилиндрическая часть всех баков.
Ну, сферические торцы не сильно много добавят. А может и убавят.

Xan> Радиус 125, толщина 0.364, плотность 1.38
20 литровые бутылки для воды давление не держат.

Полл> Что за бутылка, какой фирмы?

Да практически любая лавсановая бутылка от пива/газировки. И криогенику она тоже держит, жидкий азот - вообще без проблем, я из них термосы-переноски делал.

Вот давление в криогенике - похуже, чем при комнатной температуре. Лопается по донышку, где остаток литника.

Naib> Да практически любая лавсановая бутылка от пива/газировки. И криогенику она тоже держит, жидкий азот - вообще без проблем, я из них термосы-переноски делал.
Забавно. Видимо, разные методики.
Кстати, какие методики испытаний ракетных топливных баков? В авиации такие:

И по ним ПЭТ-бутылки ничерта не держат.

Полл>> Предлагаю быть реалистами, насколько это в такой теме в принципе возможно.
Xan> Запустить пару раз тестовые спутники.
У тебя есть на кармашке пара наноспутников, способных выдержать вывод на таком носителе без транспортного контейнера?

Xan> Причины плохого совершенства в условиях эксплуатации.
Правило куб-квадрат. В том числе к аэродинамике - аэродинамические потери у мелких ракет огромные.

Прикидки по ППР.
1. Собрать ракету-модель с двигателем на предложенной топливой паре и вытеснительной подачей. Простейшая, неуправляемая, в рамках закона, с фиксирующей аппаратурой на борту в качестве БРЭО.
Для такой ракеты потребуется собрать и испытать по отдельности:
1.1. БРЭО.
1.2. Движок.
1.3. Топливную систему.
2. Довести ракету-модель до успешно летающего образца и оформится юридически, чтобы снять ограничения на ракетомоделистов и собирать финансирование (Сколково и т.д.).
3. Сделать ракету с аэродинамическим управлением и двигателем из камеры основного движка, с топливной системой на основе основных баков, хотя бы несбрасываемых (с неполной заправкой). Опять же довести до рабочего состояния движок, топливную систему, БРЭО - уже умеющее управлять полетом ракеты.
4. Сделать основной движок на основе четырех камер отработанного в пункте 3 типа, с поворотными камерами по типу РД-171. Отлетать на нем с полной заправкой хотя бы водорода, отработать основное БРЭО.
5. Сделать электронасосную систему подачи топлива, сбрасываемый водородный баки или баки, собрать ракету-носитель, способную выйти на орбиту, испытать ее.

Мне лично интересен пункт 1.2.

Полл> У тебя есть на кармашке пара наноспутников, способных выдержать вывод на таком носителе без транспортного контейнера?

Это как раз несложно обеспечить. Заливаем спутник пентаном/изобутаном и замораживаем. В вакууме всё лишнее испарится и машинка развернётся.

Полл> Кстати, какие методики испытаний ракетных топливных баков? В авиации такие:

Еггог

Полл> У тебя есть на кармашке пара наноспутников, способных выдержать вывод на таком носителе без транспортного контейнера?

В чём проблема? Не понимаю совершенно.

Полл> аэродинамические потери у мелких ракет огромные.

Твоё мнение против моего знания.
Я считал.

Полл> Прикидки по ППР.

Как переводится?

Полл> 1.1. БРЭО.

Паяльник есть!

Полл> 1.2. Движок.
Полл> 1.3. Топливную систему.

Клапаны, зажигание, движок, стенд с вытеснительными баками.
Во вторую очередь добавить электронасосы.

Потом:
Пусковой контейнер, заправку, баки для летающей ракеты.
Старты и коротенькие полёты.

Полл> 2. ... и оформиться юридически,

Это ужас-ужас!!!

Полл> Мне лично интересен пункт 1.2.

Стеклодувы себе сами горелки делают. Не вижу проблемы!
Значительная проблема — источник жидкого водорода (и кислорода).
Внутри проблемы — компрессор для водорода атм на 150.
Змеевик и эмалированное ведро — не проблема!

Это я смотрю на то, как бы я сам всё делал.
Источник продажного жидкого азота есть, компрессора нет, остальное можно сделать.

Xan> Еггог
У меня все открывается при клике.
Там АП-23.965 "Испытания топливных баков".

Полл>> У тебя есть на кармашке пара наноспутников, способных выдержать вывод на таком носителе без транспортного контейнера?
Xan> В чём проблема? Не понимаю совершенно.
ПН, в частности КА, сложнее и дороже носителей.

Xan> Во вторую очередь добавить электронасосы.
И потерять все от того, что в реальном полете топливная система разрушается вибрацией. Или от того, что ракета ловит резонанс и уходит в раскачку, которая ее ломает. Или от того, что в реальном полете раскачка ракеты изменяет давление в топливной системе, и оно прыгает выше максимума - с взрывом движка.
Или еще миллион, тысяча и одна причина, которую мы не поймаем на самодельных стендах, потому что не понимаем, что и как ловить, которая превратит дорогую ракету в обломки, и отчего это случилось - разобраться будет очень трудно и дорого.

Полл>> 2. ... и оформиться юридически,
Xan> Это ужас-ужас!!!
Без этого ничего не будет.

Xan> Значительная проблема — источник жидкого водорода (и кислорода).
Жидкий кислород вообще не проблема, в Новосибирске от 90 р/кг для человека с улицы. Вот жидкий водород - проблема. Но газообразный в продаже есть.

Xan> Внутри проблемы — компрессор для водорода атм на 150.
Мне кажется, в Новосибирске будет проще найти тех, кто уже использует жидкий водород. На первом этапе, с потребными объемами в единицы килограмм - точно.

Полл> ПН, в частности КА, сложнее и дороже носителей.
там значительная часть из-за требований защищенности, стойкости, тестов, соглавования и т.п.
Хан собирается запускать молоток, а не военный молоток.

Полл> Без этого ничего не будет.
не будет полета в космос. Все остальное будет, Россия очень большая.

s.t.> Хан собирается запускать молоток, а не военный молоток.
Это гражданский ГОСТ.

s.t.> не будет полета в космос. Все остальное будет, Россия очень большая.
Не будет нормального финансирования, не будет возможности пользоваться услугами и продукцией профильных институтов и предприятий, не будет возможности без проблем закупать многие комплектующие.
В сумме - не будет дела.

Полл> Не будет нормального финансирования, не будет возможности пользоваться услугами и продукцией профильных институтов и предприятий, не будет возможности без проблем закупать многие комплектующие.

Это про кухонную самоделку?
Или про сурьёзные конторы?

=====

s.t.> Ксан собирается запускать молоток, а не военный молоток.

Да.
И не профессиональный, а самодельный каменный.
Электроника — самая бытовая.
Моторчики для моделек.
И т.д.
Оно не так надёжно, как у военных, но на три порядка дешевле.
А большая надёжность не является необходимостью.

ЗЫ

Стоимость изготовления топлива ориентировочно получается к $5 за килограмм.
30 кил — 150 баксов.

Полл> Это гражданский ГОСТ.
Более чем гражданские гопро в космос успешно летают.

Xan> Стоимость изготовления топлива ориентировочно получается к $5 за килограмм.
С баком пролет по всем параметрам, нужно считать и проектировать пресс-формы, готового не будет.

s.t.>> Ксан собирается запускать молоток, а не военный молоток.
Xan> И не профессиональный, а самодельный каменный.
У Хана нет на кармашке спутников для запуска.
Что он собирается запускать - мне непонятно.

s.t.> Более чем гражданские гопро в космос успешно летают.
За свои деньги можно в космос хоть любимый автомобиль запускать.

Полл> У Ксана нет на кармашке спутников для запуска.

Ну, в рамках n-prize.com можно 10 граммовый запустить.
Его проект уже есть, и даже с расчётом теплового режима.

s.t.> С баком пролет по всем параметрам,

Угу.
Можно попробовать клеить из листовой плёнки...
Я-то думал, можно на Луну луноход отправить, но что-то плохо получается — стартовый 100 кил, луноход 100 граммов.
КПД = 0.1 процента!

Полл> За свои деньги можно в космос хоть любимый автомобиль запускать.
а речь шла о государственных деньгах?

s.t.> а речь шла о государственных деньгах?
У нас в России сегодня любые крупные деньги частично государственные. Исключения - деньги близких друзей государства.
И на внешний рынок мимо государства проскочить очень муторно и сложно.

При большой нужде можно в эти игры поиграть, но в чем эта большая нужда?

Полл> Прикидки по ППР.
Полл> 1. Собрать ракету-модель с двигателем на предложенной топливой паре и вытеснительной подачей. Простейшая, неуправляемая, в рамках закона, с фиксирующей аппаратурой на борту в качестве БРЭО.
Прикидки по модели.
Стартовая масса модели - около килограмма, тяга движка - около 2 кгс, критика движка - около сантиметра. Веса:
- двигатель ~100 гр,
- БРЭО ~100 гр,
- система спасения ~100 гр,
- корпус с топливной системой ~300 гр,
- топливо с газом наддува ~400 гр.
Если в полете удастся сжечь половину из массы заправляемого топлива и газов, то это около 40 секунд работы двигателя, скорость более 500 м/с и высота около 10 км к концу активного участка.
Это, естественно, если модель не упрется в звуковой барьер, который не даст ей разогнаться быстрее 1М.

Расход топлива - около 5 гр/сек.
Расходный запас водорода - около 130 гр, кислорода - около 260 гр. Обязательно нужны дренажные, сливные и пусковые клапаны.

Полл>> Простейшая, неуправляемая, в рамках закона,

Мне кажется, надо делать сразу управляемую. Несмотря на закон.
Кстати, а где про незаконность управляемой написано?

Полл> с фиксирующей аппаратурой на борту в качестве БРЭО.

Управлять зажиганием и клапанами всё равно надо.

Полл> тяга движка - около 2 кгс, критика движка - около сантиметра.

Если 20 атм и расширение сопла 4, то CF = 1.4...1.5.
Значит площадь критики 2 кгс / 20 атм / 1.45 = 0.069 см2 — 3 мм диаметром.
Такой микроскопически двигатель, думаю, не имеет смысла делать ни для стенда, ни для полётов.
При 5 атм расширение 2, CF = 1.1
2 / 5 / 1.1 = 0.36 см2 — 6.8 мм, тоже маловато.
Думаю, надо с сантиметра начинать.

Полл> Это, естественно, если модель не упрется в звуковой барьер, который не даст ей разогнаться быстрее 1М.

Там же нет "барьера", это литературное слово. Спокойно перейдёт.

Полл> Обязательно нужны дренажные, сливные и пусковые клапаны.

Нужны, да.

Кстати, при 5 атм плотность газообразного водорода на жидким всего в 10 раз меньше жидкого.
Поэтому, если бак остаётся холодным, то 10 процентов водорода теряется на наддув.
С кислородом всё гораздо лучше. Тем более, что кислород можно водородом наддувать!

Xan> Мне кажется, надо делать сразу управляемую. Несмотря на закон.
Xan> Кстати, а где про незаконность управляемой написано?
Ты сам в той теме участвовал:
Правовые основы ракетомоделизма в РФ
Как только появляется система активного управления - наведения, ракета сразу перестает быть любительской.

Xan> Управлять зажиганием и клапанами всё равно надо.
Это явно будет проще делать с пусковой.

Xan> При 5 атм расширение 2, CF = 1.1
Xan> 2 / 5 / 1.1 = 0.36 см2 — 6.8 мм, тоже маловато.
У нас высота ноль, внешнее давление атмосфера.

Xan> Думаю, надо с сантиметра начинать.
И я так же считаю.

Полл>> Это, естественно, если модель не упрется в звуковой барьер, который не даст ей разогнаться быстрее 1М.
Xan> Там же нет "барьера", это литературное слово. Спокойно перейдёт.


В районе 1М скорости есть скачок воздушного сопротивления. Который и назвали "звуковым барьером" - поскольку преодолеть его очень долго было большой проблемой.

Xan> Кстати, при 5 атм плотность газообразного водорода на жидким всего в 10 раз меньше жидкого.
Я собираю информацию о возможности использовать газообразный водород в движке. Но это потребует увеличения бака горючего на порядок. Ты можешь оценить потребные баки водорода жидкого и газообразного при массе около 130 гр?

Xan> Поэтому, если бак остаётся холодным, то 10 процентов водорода теряется на наддув.
Если нам получится сжечь в движке модели половину заправляемой массы - ИМХО, это уже будет хорошо.

Xan> С кислородом всё гораздо лучше. Тем более, что кислород можно водородом наддувать!
Нафиг-нафиг-нафиг. Не на первой модели точно.

Полл> http://rud.exdat.com/pars_docs/tw_refs/778/777340/777340_html_64129e51.png
Полл> В районе 1М скорости есть скачок воздушного сопротивления.

Если графики на этой картинке умножить на v², чтоб получить именно силу сопротивления, а не коэффициент, то они будут монотонно растущие.
Просто скорость роста будет неравномерная. Но не будет видимого "барьера".

Полл> поскольку преодолеть его очень долго было большой проблемой.

Вот за это его назвали "барьером". Чисто спортивно.

Полл> Я собираю информацию о возможности использовать газообразный водород в движке. Но это потребует увеличения бака горючего на порядок. Ты можешь оценить потребные баки водорода жидкого и газообразного при массе около 130 гр?

130 / 2 = 65 молей
В нормальных условиях это будет 22.4 * 65 = 1456 литров.
Давление и температура связаны с объёмом по школьной формуле:

V = M * R * T / P = 65 * 8.3144598 * 273.15 / 101325 = 1.4569 м3

где M — число молей газа. Давление в паскалях.
Охлаждай, повышай давление, получишь меньший объём.
Но с жидким водородом всё это не сравнится.