Кварцевая водородная горелка

Xan> Мысли про "чисто надувную" ракету, без электронасосов...труба...

А если шар? Силовой, атмосфер на 50. Внутри которого - цилиндр, как бак для кислорода, с нужной теплоизоляцией (изоляция от водорода - мешком, сильфоном, "поршнем"...). Общий наддув водородом. К этому же цилиндру снизу крепится ДУ, сверху - обтекатель и ПН.

Xan>> Мысли про "чисто надувную" ракету, без электронасосов...труба...
hsm> А если шар? Силовой, атмосфер на 50.

Как я понимаю, если мотать, то шар невыгоднее цилиндра.
Это только если из металла делать, тогда шар два раза, чем цилиндр легче.
Ну и сопротивление атмосферы толкает к удлинённой форме.

hsm> изоляция от водорода - мешком, сильфоном, "поршнем"...

Я не знаю, плёнку из какого материала можно применить. Чтоб он не треснул в жидком кислороде.
И герметичную.

Xan> Как я понимаю, если мотать, то шар невыгоднее цилиндра.

Странно - из общих соображений, должен быть легче. По тем же причинам что и металлический.

Xan> Ну и сопротивление атмосферы толкает к удлинённой форме.

Снижение сопротивления обеспечит обтекатель ПН (включая ступень довывода/разгонный блок). Плюс, если потребуется, "аэродинамическая игла", как на "Трайденте".

Xan> Я не знаю, плёнку из какого материала можно применить...

Пишут - лавсан. Как вариант - бак-сильфон из "очень тонкой стали", или изолирующий поршень, скользящий в цилиндре.

Возможный дополнительный плюс такой конструкции - стабильность плотности кислорода.

hsm> Странно - из общих соображений, должен быть легче. По тем же причинам что и металлический.

Металл (один и тот же кусок) работает сразу в двух взаимноперпендикулярных направлениях.
И нитки надо мотать два перпендикулярных слоя. Чтоб каждый в своём направлении работал.
Для цилиндра силы тоже в двух направлениях, но у них соотношение 1/2, поэтому можно намотать нитки под углом 26.57 градусов (тангенс = 1/2) и один слой будет работать на обе силы. Хотя и с потерей косинус(26.57) = 0.894 — +12 процентов к весу.

Объём цилиндра высотой 2R в полтора раза больше сферы такого же диаметра. Площадь поверхности одинаковая.
Ниток на цилиндр уйдёт 1.12, а на сферу 2 * 0.5 = 1.
Объём разделить на вес ниток = 1.5 / 1.12 = 1.339 — ниточный цилиндр выгоднее.

Кроме того, сферу нитками хорошо не намотать — будут получаться полюса, на которых случится перерасход ниток.

Sandro> Ты чего это? Я же ведь ажно в прошлом ЕМНИМС году давал ссылку, могу ещё раз: NASA’s composite cryogenic tank passes pressurized temperature tests : CompositesWorld
Я, конечно, пессимист и вообще не хороший человек, но НАСА сделало многоразовую аэрокосмическую систему. Однако:
1. Это не означает, что любители смогут сделать что-то подобное.
2. Это не означает, что данная система имеет практический смысл и преимущества перед классической ракетой.

Xan>> Ну, я не считал пока, хотя надо бы.
Полл> Поддерживаю.

Посчитал теплопроводность стенок.
Если диаметр бака 400 и длина 8000, и считать теплопроводность 0.5 мм эпоксидки,
снаружи 273К, внутри 40К, то получится мощность:

L * pi * D * dT * a / d = 8 м * 3.14 * 0.4 м * 233 К * 0.13 СИ / 0.0005 м = 608707.84 ватт

Эта мощность может испарить вот столько водорода:

608707.84 / 458000 Дж/кг = 1.33 кг/с

При 40К и давлении 1.842 МПа плотность газа 0.0163. То есть, из 1.33 / 0.071 = 18.7 литров жидкости получится 1.33 / 0.0163 = 81.6 литра газа — объём возрастёт на 81.6 - 18.7 = 63 литра.

Объём бака 8000*400 — 1 м3, заполнится он за 1000 / 63 = 16 секунд.

Это при учёте только теплопроводности стенки.
Однако надо учесть слой газа снаружи и внутри.

С другой стороны, если нагревать уже испарившийся водород от температуры кипения до комнатной,
и пусть он в конце нагрева давит 1.842 МПа во всём объёме бака,
то на это нужна энергия:

k * P * V = 1.4 * 1.842 * 1 = 2.58 МДж

Через стенку такое количество тепла пройдёт за 2.58 / 0.608707 = 4.24 секунды.
Но разность температур будет меньше, так что и секунд будет больше, чем 4.24.

По порядку величины совпадает с 16 секундами.
А работать бак должен секунд сорок, так что примерно получается, что надо — если учесть не только стенку. И возможность добавления теплоизоляции.

Единственное огорчение, что в баке много холодного газа не успеет прогреться и расшириться, и этот водород будет потерян при выбрасывании бака.

Xan> Единственное огорчение, что в баке много холодного газа не успеет прогреться и расшириться
подогреть отдельный объем выхлопом?

Xan>> Единственное огорчение, что в баке много холодного газа не успеет прогреться и расшириться
s.t.> подогреть отдельный объем выхлопом?

Так делают.
Но это усложнение.
Можно снизить давление к концу работы бака. То есть, теплоизолировать бОльшую нижнюю половину, чтоб дальше водород не кипел, а только вытеснялся газом из верхней меньшей половины, которая будет нагреваться.

И можно использовать оставшийся газ для реактивного разделения бака от остального.

Если давление в конце несколько единиц атмосферы, то потери будут порядка килограмма водорода.
Но зато этим килограммом бак при разделении разгонится до офигительной скорости!

Xan>>> Ну вот есть кварцевые лампы сверхвысокого давления.
Xan> Xan>> Там сразу и давление (на разрыв) и температура около тысячи.
Fakir>> ...все работают при температурах до 1000 С.
Xan> Внешняя стенка двигателя холодная. Работает на разрыв.
Xan> Внутренняя стенка камеры сгорания горячая, но на ней усилий нет.

Ыгы. У ламп как бы всё очень похоже - а работают при температурах до 1000.
А теплопроводность хоть и мала, но совершенно не тождестенный ноль.

Движок - штука куда более сложной геометрии, чем лампа. А изделие из любого типа стекла достаточно трудно сделать без дефектов. Чем оно сложнее, чем больше толщина - тем трудней. А каждый дефектик-пузырёк-свиль-спай-etc. при значительной нагрузке, да нагорячую - ...
А стеклоизделие-то по сложности было бы будь здоров. Одни форсунки чего стоят.

Xan> Ну, это проверять в реальности надо.

А оно надо?

Там еще, кстати, забавные моменты вылезут у такой умозрительной камеры - т.к. кварц весьма прозрачен в широком диапазоне (за что и любим), то подобная камера потенциально может ощутимо (в зависимости, конечно, от состава топлива-температуры-давления) греть излучением всё окружающее. Включая подводимое топливо, всякую обвязку и пр.
Хоть серебри

Xan> Эта мощность может испарить вот столько водорода:

А это ничего, что с ростом давления температура кипения тоже увеличивается?

И скрытая теплота кипения заодно?

Fakir> Ыгы. У ламп как бы всё очень похоже - а работают при температурах до 1000.

Нет. У ламп горячая часть работает на разрыв.

Fakir> А теплопроводность хоть и мала, но совершенно не тождестенный ноль.

Теплопроводность кварца 1.38 СИ.

Fakir> А стеклоизделие-то по сложности было бы будь здоров. Одни форсунки чего стоят.

Форсунка отдельно из чугуния.

Fakir> Там еще, ... греть излучением всё окружающее.

1. Температура небольшая.
2. Прозрачность = слабое излучение.
3. Ну и отгородиться ничего не стоит.

Sandro> А это ничего, что с ростом давления температура кипения тоже увеличивается?

У него критическая 31К.
40К — уже почти газ.

Sandro> И скрытая теплота кипения заодно?

У него теплота испарения эквивалентна нагреву газообразного на 33 градуса. Всего.
У кислорода 230, у воды 1200.

Xan> Форсунка отдельно из чугуния.
Это фигура речи или реально?

Xan>> Форсунка отдельно из чугуния.
s.t.> Это фигура речи или реально?

Щютка, конечно.
В том смысле, что форсунка — отдельная деталь, не из кварца. Как-то скреплённая с камерой.

В принципе, из кварца может быть только внутренняя цилиндрическая стенка камеры сгорания, сужение к критике, и короткое сопло с небольшим расширением.
Внешняя стенка отдельно, дно с форсункой отдельно, сопловой насадок с большим расширением отдельно.

Xan> Нет. У ламп горячая часть работает на разрыв.

Для этого как минимум надо исходить из предположения о нестационарном тепловом режиме, на инерции.

Fakir>> А стеклоизделие-то по сложности было бы будь здоров. Одни форсунки чего стоят.
Xan> Форсунка отдельно из чугуния.

Чугуний, спаянный с кварцем? Да разогреваемый до 1000? Это при том, что всё под газом с давлением в атмосферы? Удачи

Xan> Щютка, конечно.
Китайцы-частники взлетели. 31 тонна стартовой, 260 кг на ССО.

Полл> Китайцы-частники взлетели. 31 тонна стартовой, 260 кг на ССО.
Ну да, такие частники, МБР на рынке купили по случаю...

Дем> Ну да, такие частники, МБР на рынке купили по случаю...
А какая МБР у нас или Китая имеет стартовую в 31 тонну?

Полл> А какая МБР у нас или Китая имеет стартовую в 31 тонну?
если журналисты не врут, то ракета была аж 4х ступенчатая. Т.е. чего то допилили c DF-21?

s.t.> Т.е. чего то допилили c DF-21?
С увеличением стартовой массы более, чем в два раза?
Хороший "допил".

Полл> С увеличением стартовой массы более, чем в два раза?
почему бы и нет?
Гипербола диаметр 1.4м


DF-21C диаметр 1.4м
увеличили массу, уменьшили таким образом стартовую перегрузку.

s.t.> увеличили массу,
Изменили силовую конструкцию ступени, чтобы она смогла передавать на порядок большую силу давления верхним ступеням, изменили систему управления под новые моменты.

s.t.> уменьшили таким образом стартовую перегрузку.
И изменили способ старта.
В общем, даже если используется движок от DF-21, объем переделок больше, чем у "Космоса" от Р-14 (там и способ старта не меняли, и масса возросла всего лишь на четверть).

Полл> Изменили силовую конструкцию ступени, чтобы она смогла передавать на порядок большую силу давления верхним ступеням, изменили систему управления под новые моменты.
С чего на порядок большую-то? Ступень под конец работы пустая и передаёт "наверх" всю тягу движка, независимо от массы того что сверху.
И да, тяга у МБР как правило не менее чем в два раза превосходит вес ракеты.
Полл> И изменили способ старта.
Э? Движок включили - полетела, что тут менять?
Изменения чисто на уровне управляющего софта.

Дем> Ступень под конец работы пустая и передаёт "наверх" всю тягу движка,
Ступень пустая, но отнюдь не невесомая.

Дем> Э? Движок включили - полетела, что тут менять?
Ну, к примеру, у DF-21 старт - минометный, и движок он включает после старта.

Полл> Ступень пустая, но отнюдь не невесомая.
По сравнению с массой остальной ракеты - копейки.
Полл> Ну, к примеру, у DF-21 старт - минометный, и движок он включает после старта.
А если пороховой заряд выкинуть и так движок включить - на десять метров ниже полетит?