Кварцевая водородная горелка

Xan> Если графики на этой картинке умножить на v², чтоб получить именно силу сопротивления, а не коэффициент, то они будут монотонно растущие.
Умножь. Получишь в районе 1М почти что функцию четвертой степени.

Xan> Охлаждай, повышай давление, получишь меньший объём.
Так мы вроде договорились считать для давления в баке в 5 атмосфер? Температуру для газообразного водорода логично взять равной жидкому кислороду, то есть -183 Цельсия.

Xan> Но с жидким водородом всё это не сравнится.
Зато газообразного водорода можно просто купить баллон. Но потребные 100 литров бака, конечно, ставят на этой идее крест.

Xan> Управлять зажиганием и клапанами всё равно надо.

И тут подумалось за систему стабилизации. На взлете аэродинамика не работает, в стратосфере - тоже. Зато нужен дренаж. Струйное управление на сбросе избытка давления сделать не получится? Избавляемся от веса рулевых машин, плоскостей.

Xan> Но с жидким водородом всё это не сравнится.
Но жидкий азот/кислород купить можно, сделать холодильник и сжижать самостоятельно?

Xan>> Но с жидким водородом всё это не сравнится.
s.t.> Но жидкий азот/кислород купить можно, сделать холодильник и сжижать самостоятельно?
Вспомнил о композитных баллонах под метан.
Рабочее давление 200 атмосфер.
То есть для газообразного водорода потребный объём становится 2,5 л.
Баллон 4 типа такого объёма должен весить что-то в районе 750 гр. Многовато, но уже представимо.
Вопросы, на которые ищу ответы:
1. Выпускаются ли композитные баллоны 4-го типа под метан малого объёма, 1-3 литра?
2. Смогут ли баллоны под метан держать водород хотя бы единицы часов без существенных потерь?
3. Сможет ли композитный баллон 4 типа работать при -183 Цельсия?
4, Есть ли малогабаритные редукторы под водород способные автоматически поддерживать заданное выходное давление с диапазонами входа 200-20 атмосфер, выхода 10-1 атм?

Полл> Так мы вроде договорились считать для давления в баке в 5 атмосфер? Температуру для газообразного водорода логично взять равной жидкому кислороду, то есть -183 Цельсия.

1456 / 5 / 273 * (273 - 183) = 96 литров

130 граммов / 71.07 плотность = 1.83 литра

Больше 50 раз. Не, газообразный не пойдёт для ракеты.

s.t.> Но жидкий азот/кислород купить можно, сделать холодильник и сжижать самостоятельно?

Пишут, что половина в стоимости сжижения — стоимость покупного жидкого азота.
Другая половина — электричество для компрессора на 150 атм, который должен качать водород.
Бывают маленькие компрессоры для накачки баллонов аквалангов — это порядка 100000 рублей. Не шибко бешано!

Схемы установок есть, про тонкости написано. Примерно так:
Примесь кислорода из водорода окисляют катализатором в воду. Это одна тонкость.
Компрессор качает водород, 150 атм.
Водород охлаждается парами азота (вода выпадает в осадок).
Водород пропускают над катализатором орто-пара, чтоб забрать лишнюю энергию. Это другая тонкость.
Водород охлаждают в кипящем азоте. Для более низкой температуры кипения можно откачивать пары азота до давления 1/8 атм (дальше азот твердеет). Но это нужен вакуумный насос. Но это только несколько повышает КПД установки.
Водород пропускают через дырочку, давление падает, часть водорода сжижается, что осталось газом, охлаждает водород перед дырочкой.
Газ, как обычно, противотоком, охлаждая новые порции, движется к компрессору и опять по кругу.
Всё это в "ведре" с вакуумом и теплоизоляцией.
В общем — несколько змеевиков, как в самогоном аппарате!

Имея лишний компрессор для воздуха, можно и жидкий воздух гнать. И кислород.

Посмотрев на цены на водород в баллонах, посчитал стоимость его производства электролизом.
Получилось гораздо дешевле!
Электролиз воды — дело совершенно примитивное, из "дефицита" только нержавейка для электродов.

Xan> Электролиз воды — дело совершенно примитивное, из "дефицита" только нержавейка для электродов.

И тут надо НЕ забывать, что давление выделяемых при электролизе водорода и кислорода равно...давлению воды в электролизере А воду сжимать проще и безопасней

Кислород же можно стравливать через ресивер, дополнительно охлаждая водород

Wyvern-2> А воду сжимать проще и безопасней

Ну да, так делают. Чтоб сразу в баллоны.
Но электролизёр под давлением 150 атм — как-то не очень успокаивает!

Wyvern-2> Кислород же можно стравливать через ресивер, дополнительно охлаждая водород

Кислород для горелки тоже нужен, хотя и не весь.

Xan> ...
"Есть такая партия!"
То есть компания, "Вектор", кормящаяся с того же ДАРПовского конкурса на новые РН, что и "Виргин Галактик":

У нее в разработке РН на 60 кг ПН на НОО:

И судя по заявленной тяге первой ступени в 10 тс, стартовый вес РН в районе 5 тонн.

Полл> "Есть такая партия!"
Полл> То есть компания, "Вектор",

Керосинка, вообще-то, не водород!

Полл> У нее в разработке РН на 60 кг ПН на НОО:

Блин! Надо спешить!

У меня тут намечается перспектива 16 граммов ПН при 3 кг стартового. Твёрдотопливная.

Xan> Керосинка, вообще-то, не водород!
Но двухступенчатая. И размерности на три порядка больше по массе.

Xan> Блин! Надо спешить!
Эти работы идут в рамках конкурса ДАРПа, ты тут можешь не торопится, тебя туда все равно не приглашали.

Xan> У меня тут намечается перспектива 16 граммов ПН при 3 кг стартового.
Бесперспективная перспектива. Даже пикоспутники имеют массу в сотни грамм.

Полл> Бесперспективная перспектива. Даже пикоспутники имеют массу в сотни грамм.

Отработка управления.
Ну и просто интересно "сделать самую маленькую космическую ракету".
Чисто спортивно.
ПН — радиомаяк мощностью четверть ватта.

Xan> По случаю первого апреля (прошедшего) попробую поджечь!

Эх, какую тему я чуть было не пропустил!

Xan> Возможная самоделка на водороде с кислородом.
Xan> Несмотря на "огромные баки с водородом", УИ у водорода большой, даже если всё плохо.
Xan> "Плохо" — это (например) отношение водорода к кислороду по массе 1:2 (по объёму 8:1).
Xan> И давлении в камере всего 20 атмосфер.
Xan> При таком отношении температура получается 1800 кельвинов, что всего на 275 градусов выше рабочей температуры плавленного кварца.
Xan> Поэтому достаточно стенки чуть-чуть охлаждать и кварц будет работать бесконечно долго.

Увы. Хотя формально равновесие реакции SiO2 + H2 <-> SiO + H2O сильно смещено влево, но не до упора же! А монооксид кремния летуч. Как бы не смылось сопло в один момент. Я бы всё же предложил алунд, он не так легко восстанавливается. И термостойкость практически на тысячу градусов больше. И теплопроводность очень хорошая, почти как у металлов. Можно будет сделать неохлаждаемое сопло.

Xan> Кроме того, поскольку ракета аэродинамически неустойчивая (легкий бак сверху), на обтекателе бака, на самом верху, аэродинамические рули.

Все летающие ныне космические ракеты аэродинамически неустойчивы. И можно управляться вовсе без рулей, асимметричным впрыском одного из компонентов в закритику. Один фиг давление топлива-то есть, без этого никак

Полл>> Это позволит уйти от аэродинамически неустойчивой схемы,
Xan> Это не проблема. Если рули большие и реагируют быстро — наплевать на неустойчивость.

Неустойчивость можно получить при любой скорости перекладки рулей

На самом деле, её забарывают не за счёт размера ушей, а вот таким вот образом: https://works.doklad.ru/view/Wf1PRhXD_UE/all.html

hsm> Молибден - не лучше чем ниобий?

Хуже. Во-первых, он мягкий (4,5 по Моосу всего лишь), плюс на воздухе загорается при 500..600 градусах. То есть, надо делать покрытие из силицида молибдена, который стоек к окислению. А это уже совсем не наколеночная технология.
Поэтому с чистым молибденом никто не связывается в ракетостроении. Молибденовые жаропрочные стали — да, но не чистый металл.

Sandro> Увы. Хотя формально равновесие реакции SiO2 + H2 <-> SiO + H2O сильно смещено влево, но не до упора же! А монооксид кремния летуч.

Тут нужны конкретные цифры.
Но химики, вроде, не заморачиваются при нагревании восстановительных газов в кварце.

Sandro> Я бы всё же предложил алунд, ... Можно будет сделать неохлаждаемое сопло.

Каким образом?
Кварц — у стеклодувов. А окись алюминия?

Sandro> Неустойчивость можно получить при любой скорости перекладки рулей

Ты странное говоришь. Или я тебя не понял.
1. При полёте в атмосфере ракета неустойчива.
2. Но это не проблема, если управлялка достаточно быстрая (и правильная).

Xan> Кварц — у стеклодувов. А окись алюминия?
Вроде как спекание. Это серийная продукция


грубо, и совершенно противоположную цель имеет - сопло газовой горелки. Но и правильное, наверно, можно.

Sandro>> Увы. Хотя формально равновесие реакции SiO2 + H2 <-> SiO + H2O сильно смещено влево, но не до упора же! А монооксид кремния летуч.
Xan> Тут нужны конкретные цифры.
Xan> Но химики, вроде, не заморачиваются при нагревании восстановительных газов в кварце.

С авралами разберусь - посчитаю. Через энергию Гиббса можно оценить. Только за летучесть всё равно не обещаю, так как при повышенном давлении она в любом случае сильно снижается.

Sandro> Хуже...

А Тантал? - тугоплавкий, "пластичный, ковкий и твёрдый" (понять как это сочетается, не попробовав, невозможно ). Но дороже и тяжелее ниобия.

Xan> Кварц — у стеклодувов. А окись алюминия?

Может, для начала, пойти "путём Маска", попроще и подешевле? Инконель (камера) и керосин, охлаждать кислородом. Сопло - ниобий или композитно-керамическо/корундовое или тот же инконель.

hsm> Инконель (камера) и керосин, охлаждать кислородом.
Кислород - трудный для использования в качестве охладителя компонент, как правило охлаждают керосином.
И температура в кислород-керосиновом ЖРД будет выше, чем в предложенном, при меньшем на том же давлении УИ.
Тут весь вопрос - удастся скомпоновать баки так, чтобы они не сожрали все преимущества движка, или нет.

hsm> А Тантал? - тугоплавкий, "пластичный, ковкий и твёрдый" (понять как это сочетается, не попробовав, невозможно ). Но дороже и тяжелее ниобия.

Хз, вот в вопрос тантал vs ниобий я как-то вникал, не было необходимости. Знаю только, что в этой паре как огнестойкий металл предпочитают всё же ниобий, несмотря на меньшую температуру плавления, а у тантала интересен карбид — 3880 цельсиев температура плавления, с ума сойти!

Sandro> 3880 цельсиев температура плавления, с ума сойти!
а как сделать изделие из такого материала?
И, да, сопло не расплавится, но зато сопло может все вокруг поплавить.
Кварц не столько у стеклодувов. На заказ конторы могут сделать что угодно. У меня яндекс с выходных предлагает кварцевые изделия с вчера еще и корундовые.

hsm> Может, для начала, пойти "путём Маска", попроще и подешевле? Инконель (камера) и керосин, охлаждать кислородом. Сопло - ниобий или композитно-керамическо/корундовое или тот же инконель.

Кварц и водород — потому что можно сделать:
неохлаждаемый двигатель;
прозрачный двигатель, чтоб видеть, как именно происходит горение;
и импульс у него будет хороший;
имея своего стеклодува можно многократно переделывать двигатель.

Отработав двигатель на "холодном" соотношении компонентов, можно попробовать вставить дополнительную стенку из ниобия, чтоб между ней и кварцем тёк холодный водород и получилась завеса в районе критики.
Тогда можно поменять соотношение в сторону "горячего" и ещё немного увеличить импульс и уменьшить бак водорода.

hsm> ... "путём Маска"

Это проще всего сделать твёрдотопливный.
Никаких забот с заправкой!

s.t.> а как сделать изделие из такого материала?

Никак. Это хрупкая керамика, которая от работы двигателя разлетится. Или надо городить традиционные тяжёлые сопла РДТТ.