Путь к ЖРД

Полл> Делать первый запуск не на полигоне - не есть гуд.

Двигателя то? Такого мелкого можно. Я специально начинаю с пониженных давлений и короткого времени работы. Заправляю закиси не более 300 гр.
Стенд в П-образном закутке цеха, отгорожен от улицы 2мя кирпичными стенами по 600 мм с каждой стороны. Окна в возможный сектор разлета не попадают. Людей в округе нет, ноч. На территорию въезд охраняемый.
Я за ЖБ стеной от стенда в "пультовой". Рядом огнетушитель углекислотный и водичка.

Наблюдение за процессом через зеркало, стоящее вне пультовой. Двери открыты. Вентиляция - специально для таких дел мощную ставил.

Хотя конечно, инстинктивно желание забраться в бункер у меня всегда присутствует.

FRC> Заправляю закиси не более 300 гр.
Вот в таком виде - оно правильно!
Я сегодня вечером постараюсь сделать расчет, сколько у тебя в опытной установке компонента вне баллонов, и какой Тротиловый Эквивалент этого количества, а так же зоны опасности для этого ТЭ.
Удачи!

Полл> Я сегодня вечером постараюсь сделать расчет...

Это актуально. Было бы очень полезно.

Полл>> Я сегодня вечером постараюсь сделать расчет...
FRC> Это актуально. Было бы очень полезно.

300 г закиси, это, примерно 150 г тротила.
Тогда по воздушной ударной волне безопасное расстояние получается:

R[м] = 15 * КореньКубический(масса[кг]) = 15 * (0.15)^(1/3) = 7.97 = 8 метров

Это совсем безопасное — для гражданских рабочих, которым надо слушать взрывы по нескольку раз в день и без молока за вредность.
Для военных (или для редких экстремальных ситуаций) расстояние может быть значительно меньше. До двух раз.
Так что воздушную ударную волну в твоём случае случае можно совершенно игнорировать. Как опасность.

А вот по летающим кускам железа безопасное расстояние гораздо больше.
Они могут лететь и на сотни метров, и более.
Как пример — лимонка.
Поэтому надо на всех возможных путях полёта ставить поглотители.
Лучше не твёрдые, что не было рикошета.

Xan> R[м] = 15 * КореньКубический(масса[кг]) = 15 * (0.15)^(1/3) = 7.97 = 8 метров...
Xan> А вот по летающим кускам железа безопасное расстояние гораздо больше...

Спасибо. С учетом того, что я в отдельной пультовой за ж/б стеной - вообще нормально. Помнится 500 гр тнт на расстоянии 5-6 м, один раз можно пережить

Полл>> Я сегодня вечером постараюсь сделать расчет...
FRC> Это актуально. Было бы очень полезно.
На взгляд у тебя в качестве шлангов используется гибкая подводка внешним диаметром 1/2``. Внутренний диаметр у такого шланга - 8 мм, длина максимальная - 800. Внутренний объем - 0,0000402 м³ .
Редукторы и манометры учесть сложно, поэтому удвою объем тракта про запас - 0,00008 куба.
Итого у тебя в системе вне баков 65 грамм керосина и 100 грамм закиси.
Наихудший сценарий: 100 грамм закиси с 13 граммами керосина детонируют, давая примерно 55 гр тротилового эквивалента и смешивая 52 грамма керосина с воздухом, при детонации дающие 0,494 кг ТЭ.
Итого при максимально негативном сценарии у тебя получится взрыв на 0,55 кг ТЭ.
Место взрыва в замкнутом помещении, коэффициент безопасной дистанции - 1,3.
Безопасная дистанция для человека на открытом месте - 16 метров.
Рекомендуемая дистанция для человека на открытом месте - 32-48 метров.
При использовании укрытия безопасная дистанция - 11 метров, рекомендуемая - 21-32 метра.
Для кирпичного одноэтажного здания слабые разрушения соответствуют избыточному давлению 12-24 кПа, средние - 24-40, сильные - 40-56.
Граница 56 кПа (полное разрушение) = 2,98 м
Граница 40 кПа (сильные разрушения) = 3,64 м
Граница 24 кПа (средние разрушения) = 4,98 м
Граница 12 кПа (слабые разрушения) = 7,74 м
Ссылка на формулы:

____________________________________________
Рекомендации:
1. Опустить установку вниз для уменьшения разлета осколков.
2. Сократить объем тракта керосина в установке и защитить его бак, а так же исключить подачу самотеком.
3. Сделать в помещении с установкой проемы для выхода ударной волны.
Буду за вас кулаки держать. И честно говоря - завидую.

FRC> Пока пользуемся готовыми решениями от Руднев- Шиляев. Но периодически задачки возникают, когда надо придумать что-то простое, но под конкретную задачу. Если позволите, при возникновении конкретной задачи напишу. Спасибо за предложение помощи.

Буду рад подключиться к интересному делу.

FRC> 1. Закись/керосин (4,45:1)
FRC> 6. УИ 210 сек.

Не знаю, насколько это тут пригодится, но я часто использую, для примерных прикидок, считалку термохимии по адресу Cpropep-Web . Для данного двигателя туда надо ввести:

В нижней табличке, Quantity - Molecule code

Quantity, верхнее значение - 100 (массовых долей керосина, для удобства целое число)
Quantity, среднее значение - 440 (массовых долей закиси)
Quantity, нижнее значение - 5 (массовых долей закиси, чтобы заполнить все три значение, и чтобы в сумме было 445)

Molecule code, верхнее значение - 797 (код RP-1, ракетный керосин)
Molecule code, среднее значение - 657 (код N2O, закись)
Molecule code, нижнее значение - 657 (код N2O, закись - все коды из списка, доступного с кнопки в левом нижнем углу странички, http://rocketworkbench.sourceforge.net/cgi-bin/cpropep-web.cgi/list )

Выше таблички, в выпадашке "Type of problem" ставлю "Frozen performance characteristic". Это "консервативная" модель химпроцесса.

Ещё чуть выше, в "Exit condition" ставлю 1 атм - давление на выходе.

Ещё выше, в "Chamber pressure", надо поставить давление в камере. Сколько там?

После нажатия "Submit" получаем расчёт. Для 10 атм в камере у меня получилось:

Results

Propellant composition
Code  Name                                mol    Mass (g)  Composition
797   RP-1                                1.4259 20.0000   2H  1C  
657   NITROUS OXIDE                       1.9994 88.0000   2N  1O  
657   NITROUS OXIDE                       0.0227 1.0000   2N  1O  
Density :  1.556 g/cm^3
4 different elements
H  C  N  O  
Total mass:  109.000000 g
Enthalpy  :  485.02 kJ/kg

148 possible gazeous species
3 possible condensed species

                       CHAMBER      THROAT        EXIT
Pressure (atm)   :      10.000       5.493       1.000 <--- P: камера, критика, срез
Temperature (K)  :    2391.847    2100.655    1432.978 <--- T для тех же точек
H (kJ/kg)        :     485.016     -15.202   -1124.059
U (kJ/kg)        :    -405.247    -797.081   -1657.424
G (kJ/kg)        :  -25529.155  -22393.941  -16709.392
S (kJ/(kg)(K)    :      10.876      10.653      10.876
M (g/mol)        :      22.338      22.338      22.338
(dLnV/dLnP)t     :    -1.00000    -1.00000    -1.00000
(dLnV/dLnT)p     :     1.00000     1.00000     1.00000
Cp (kJ/(kg)(K))  :     1.73092     1.70369     1.60830
Cv (kJ/(kg)(K))  :     1.35871     1.33148     1.23609
Cp/Cv            :     1.27394     1.27954     1.30112
Gamma            :     1.27394     1.27954     1.30112
Vson (m/s)       :  1058.20863  1000.22429   824.30289

Ae/At            :                 1.00000     2.08939 <--- S1/S2 среза и критсечения
A/dotm (m/s/atm) :               142.29905   297.31802 <--- S на единичный расход
C* (m/s)         :              1422.99045  1422.99045
Cf               :                 0.70290     1.26067
Ivac (m/s)       :              1781.92795  2091.23823
Isp (m/s)        :              1000.22429  1793.92021
Isp/g (s)        :               101.99449   182.92895 <--- УИ, с на срезе

<дальше химсостав выхлопа>

FRC>> 1. Закись/керосин (4,45:1)
FRC>> 6. УИ 210 сек.
avmich> После нажатия "Submit" получаем расчёт. Для 10 атм в камере у меня получилось:

УИ и плотностной УИ для смеси закись-керосин в диапазоне (1...200)атм для двух составов: имеющейся (4,45:1) и оптимальной (9:1).

FRC> 1. Закись/керосин (4,45:1)
FRC> 3. Сопло графитовое МПГ7 , ф8,87 мм, конус 12 град.
FRC> 4. Время работы 3,6 сек.
FRC> 5. Поджиг пиротехнический
FRC> 6. УИ 210 сек.

Удельный импульс 193[с] при потерях в сопле на уровне (4...5)% соответствует отброшенной массе топлива в 0,33[кг]. При этом УИ расчётный по интегралу давления не более 201,5[с] и график давления с рабочим давлением на режиме в районе 20[атм].
Плотность смеси закись/керосин (4,45:1) = 1,117[г/см³].

avmich> ...считалку термохимии по ...

Спасибо.

SashaMaks> Удельный импульс 193[с] при потерях в сопле на уровне (4...5)% соответствует отброшенной массе топлива в 0,33[кг]. При этом УИ расчётный по интегралу давления не более 201,5[с] и график давления с рабочим давлением на режиме в районе 20[атм].
SashaMaks> Плотность смеси закись/керосин (4,45:1) = 1,117[г/см³].

Да, твой расчет, наверно, ближе к действительности, чем мои вчерашние измерения. Где-то я с подсчетом расхода накосячил.
Когда увидел соотношение 4:1 подумал, что окислителя недобрал и импульс будет низким. А получилось сначала 221, потом 183, потом 210 сек. Смотря как учесть потери в магистралях (ушло из взвешиваемого бака , но не вошло в КС). Взял среднее.

Надо тщательно еще раз (и навсегда) пролить топливный тракт и установить истинные потери.
И время прожига, конечно, раза в 2 больше. А то размазанный по стенкам РВД, неучтенный керосин сильно влияет на расчет.

Для сравнительного расчёта не хватает данных - типа давления в камере, секундного расхода - или хотя бы полного расхода с полным временем работы (последнее есть). FRC, по каким данным УИ считал?

Насчёт плотности компонентов - я туда обычно не смотрю, Пропип может и врать с этим. Хотя, наверное, дело в базе данных компонентов - насколько правильные там данные по плотности.

avmich>.. FRC, по каким данным УИ считал?

Завтра исходники выложу. После суток в цеху домой вернулся только что. Дамы спят. Тишина. Душ, ужин, Мартини, диван ...

avmich>>.. FRC, по каким данным УИ считал?
FRC> Завтра исходники выложу. После суток в цеху домой вернулся только что. Дамы спят. Тишина. Душ, ужин, Мартини, диван ...

Спасибо . Приятно читать.

avmich> Спасибо . Приятно читать.

Ну вот, посмотрел на картинку в аттаче СашиМакса, вопросов поубавилось...

FRC>>> 1. Закись/керосин (4,45:1)
FRC>>> 6. УИ 210 сек.
avmich>> После нажатия "Submit" получаем расчёт. Для 10 атм в камере у меня получилось:
SashaMaks> УИ и плотностной УИ для смеси закись-керосин в диапазоне (1...200)атм для двух составов: имеющейся (4,45:1) и оптимальной (9:1).

1) Я правильно понимаю, что все графики на рисунке приведены для фиксированного давления в камере, равного 200 атм? Если вы не испытывали при этом давлении, зачем тогда оно? Это же не "диапазон", это фиксированное значение.

2) Что значит нижняя ось - содержание керосина в процентах, почему она может быть больше 100?

SashaMaks> Удельный импульс 193[с] при потерях в сопле на уровне (4...5)% соответствует отброшенной массе топлива в 0,33[кг].

1) Не очень понятно, какая критика в мм.

2) Нет шкалы для графика давления в камере. Там те же значения в атмосферах, что и для тяги в кгс?

avmich> 1) Я правильно понимаю, что все графики на рисунке приведены для фиксированного давления в камере, равного 200 атм?
avmich> 2) Что значит нижняя ось - содержание керосина в процентах, почему она может быть больше 100?

Нет, по оси Х давление [атм], а не проценты, разумеется. Это просто опечатка из-за переноса алгоритма со старой версии программы на новую...
Сейчас переписываю...

avmich> Если вы не испытывали при этом давлении, зачем тогда оно? Это же не "диапазон", это фиксированное значение.

Удельный импульс интересен не при каком-то одном фиксированном давлении, а как характеристика топлива в функции УИ = f(P). Иначе может быть так, что при 2атм для перхлоратного топлива УИ будет ниже, чем у классической карамели. Это не наглядно и неадекватно.

Функция вида УИ = f(P) получается в результате множественного расчёта в алгоритме ПРОПЕП для всех давлений из диапазона (2...200)атм, например, и используется далее для расчёта УИ по графику тяги, где в каждой точке графика берётся своё значение тяги, вычисляется давление через Cf, который рассчитывается итерационно по формуле 3-30(Rocket Propulsion Elements), и по полученному давлению P0 вычисляется УИ простой аппроксимацией значений по функции УИ = f(P). Так во втором графике появляется интегрированное значение расчётного УИ, которое нельзя превысить на практике, так как оно идеально. Т.е. УИ посчитан для всего графика тяги/давления по факту, а не для какого-то на глаз определенного рабочего значения давления на режиме.

SashaMaks>> Удельный импульс 193[с] при потерях в сопле на уровне (4...5)% соответствует отброшенной массе топлива в 0,33[кг].
avmich> 1) Не очень понятно, какая критика в мм.

Какую указал автор:
FRC> 3. Сопло графитовое МПГ7 , ф8,87 мм, конус 12 град.
Но там ещё где-то +0,05мм - разгар, так как значение после не указано. Некоторым кажется, что такие значения разгара можно не учитывать и не писать, а в расчёте это всё равно нужно указать. Так как программа ещё итерирует и весь график тяги/давления подбирая конечное значение критического диаметра равного заданному с практики, подстраивая коэффициент динамического разрушения сопла в зависимости от текущего давления - так получается функция разгара S=f(P,t).

avmich> 2) Нет шкалы для графика давления в камере. Там те же значения в атмосферах, что и для тяги в кгс?

Да, шкала совмещенная для всех кривых.

avmich> Насчёт плотности компонентов - я туда обычно не смотрю, Пропип может и врать с этим. Хотя, наверное, дело в базе данных компонентов - насколько правильные там данные по плотности.

Плотность керосина 0,82г/см³
Плотность жидкой закиси 1,226г/см³ (XuMuK.ru - АЗОТА ОКСИДЫ - Химическая энциклопедия)

Но для закиси всё зависит от степени накачки и плотность будет меньше.
Для всей смеси в ПРОПЕП получается что-то среднее в зависимости от количества каждого из компонентов. Очевидно, что общая плотность будет раза в 1,5 меньше, чем у перхлоратного топлива и КМС будет ниже при прочих равных в 1,5 раза.
Куда интереснее обстоит дело с УИ, который нифига не выше, чем у перхлоратных составов при тех же давлениях.

Т.е., чтобы такой ЖРД действительно был лучше РДТТ, он обязательно должен работать на больших давлениях, чем 70атм, а это (150...250)атм минимум; и при этом важно, чтобы и КМС был не хуже или даже лучше, а это означает, что от турбонасоса не убежать, а сделать его настолько мелким в любительских масштабах - задача, прямо скажем, невозможная. В противном случае получим "чугунок" с таким же УИ, как у РДТТ и ещё более низким КМС, т.е. никакой выгоды для любителей, да и даже для частников такой ЖРД не несёт. Даже на классике керосин/жид.кислород ещё надо ооочень постараться, чтобы сделать лучше, чем РДТТ...

А задача действительного прорыва в ЖРД будет не в том, чтобы сжечь горючку с окислителем в "паяльной лампе", а в том, чтобы сделать легкие и жесткие баки и миниатюрный и мощный турбонасос.

SashaMaks> А задача действительного прорыва в ЖРД будет не в том, чтобы сжечь горючку с окислителем в "паяльной лампе", а в том, чтобы сделать легкие и жесткие баки и миниатюрный и мощный турбонасос.

Нам ключевым преимуществом ЖРД виделась возможность работы в течение десятков секунд, возможность управления тягой - которая понадобится, например, для управляемых посадок, когда двигатель работает.

Вот - http://www.airbase.ru/modelling/rockets/res/trans/astrid/07_94.2.pdf - пример небольшой ракеты с не-ТНА насосом.

avmich> Нам ключевым преимуществом ЖРД виделась возможность работы в течение десятков секунд, возможность управления тягой - которая понадобится, например, для управляемых посадок, когда двигатель работает.

Да, а я то думал, что хотя бы просто до опорной орбиты добраться)))
А тут уже и на Луну и т.д...

avmich> Вот - http://www.airbase.ru/modelling/rockets/res/trans/astrid/07_94.2.pdf - пример небольшой ракеты с не-ТНА насосом.

Причём который уже пример, как под копирку у разработчиков ЖРД-шных двигателей и ракет - не указаны УИ и КМС?
Зато обязательно есть "огонь", тяга даже написана, высота полёта есть! Целых 35км! Но что мне с этим делать?
Ну вот тут 37км РДТТ (Qu8k) масштаб сопоставимый.

SashaMaks> Т.е., чтобы такой ЖРД действительно был лучше РДТТ, он обязательно должен работать на больших давлениях, чем 70атм, а это (150...250)атм минимум; и при этом важно, чтобы и КМС был не хуже или даже лучше, а это означает, что от турбонасоса не убежать,
РН "Электрон" летает на орбиту с ЖРД на электронасосах.