Неохлаждаемые сопла и КС двигателей большой мощности

Naib> Насколько сейчас возможно создание подобных устройств?
Naib> Формально, материалы более тугоплавкие, чем температура горения в КС - есть. Теплоизоляторы высокотемпературные тоже есть. Внешний силовой каркас можно сделать из циркония или гафния, которые ещё вполне работоспособны при 1500-1800 градусах.
Naib> То есть внутренняя футеровка из тугоплавкого материала.
Naib> Затем - керамика с невысокой теплопроводностью, которая обеспечивает температуру на силовом каркасе не выше рабочей к окончанию времени работы двигателя
Naib> Ну и силовой каркас из тугоплавких металлов или углерода.
Naib> По отдельности - всё есть. А двигателей - нет.
Naib> В чём затык?
материалы очень дорогие, и не прочные, в камере сгорания температура по любому выше температурного предела прочности любого материала, неизбежно испарение, или возгонка, особенно в сопле, да и конструкционный материал тоже разогреется выше предельной температуры, если нет охлаждения, неизбежно разрушение.

Sergeef> материалы очень дорогие, и не прочные, в камере сгорания температура по любому выше температурного предела прочности любого материала, неизбежно испарение, или возгонка, особенно в сопле, да и конструкционный материал тоже разогреется выше предельной температуры, если нет охлаждения, неизбежно разрушение.

Цена - это вопрос технологии. Транзисторы тоже были дорогими, а сейчас стоят меньше, чем напечатать букву в газете.
Карбидная керамика имеет Тпл выше, чем горение в КС и не особо склонна к возгонке, особенно под давлением.

Конструкционный материал должен отработать время горения двигателя. Потом его судьба не важна. Используя теплозащитный слой с низкой теплопроводностью можно это время оттянуть. Можно, наверное, и организовать сброс энергии по лазерному типу

kot45> Постановка автором темы задачи не конкретная. ЖРД или РДТТ, давление, температура в КС, время работы, потребный УИ и т.д.

Конкретно - это будет уже НИОКР. Пока абстрактно, нужно сформулировать требования к материалам и самому "бутерброду", потом прикинуть технологии их получения и монтажа.

Из ключевого, пожалуй уточним, что это ЖРД. В РДТТ износ шибко большой и не зависит от материалов.

Naib> Из ключевого, пожалуй уточним, что это ЖРД. В РДТТ износ шибко большой и не зависит от материалов.
Ну РДТТ и так неохлаждаемые (ну максимум - абляцией, да и то в критическом сечении вставка из тугоплавкого износостойкого материала).
А неохлаждаемые сопла ЖРД, да в области критического сечения (там теплопоток масимален), и камеры сгорания с сегодняшними давлениями - сомнительно в плане прочности. Кроме того, охлаждение ЖРД - регенеративное (за исключением патрубков сопла с большой степенью расширения - там как раз радиационное, и выполняется как раз из тугоплавких материалов) - тепло возвращается в КС - какой-никакой приварок в плане КПД. А так просто излучать будет. Да и КС и критика как правило находятся еще внутри разгонного блока. Даже при изготовлении из жаропрочных материалов с большим термосопротивлением - все равно прогреется - и куда это тепло внутри блока девать?
ИМХО, конечно, но неохлаждаемые сопла для ЖРД большой мощности - вряд ли. Для малых тяг движков с большой степенью расширения, с малым давлением в КС - может быть, чисто из соображений легкости и конструктивной простоты.

Xan> Надо делать сопла из уносимого материала, но чтоб диаметр критики не менялся, делать его из сегментов, как диафрагма в фотоаппарате.
Xan> И по мере разгара диафрагму всё сильнее закрывать!
Xan> Можно даже сделать двигатель с большим диапазоном дросселирования!!
Xan> Гениально!!!
Xan> [убёг писать патент]
Ну если за диафрагму патент может и дадут , то с уносимым материалом - опоздал, увы. Абляцию-то давно применяют

Naib> По отдельности - всё есть. А двигателей - нет.
Naib> В чём затык?

Всемирный заговор регенеративной мафии?

Naib> Можно, наверное, и организовать сброс энергии по лазерному типу

Конечно по лазерному. По какому же ещё.

Xan> Я тоже хочу быть гениальным изобретателем и никто меня не остановит!!!

Ну так пересильте себя и сделайте наконец что-то полезное.

Xan> Надо делать сопла из уносимого материала, но чтоб диаметр критики не менялся, делать его из сегментов, как диафрагма в фотоаппарате.
Xan> И по мере разгара диафрагму всё сильнее закрывать!

Ага. До упора. ЕМНИП, такое уже делали, правда на регулировке пара ТЭС.

Даже если там и не будет прикипания сегментов и расплавления управляющих механизмов, то неравномерный прогар по краям сегментов никуда не денется. А значит вектор тяги будет слегка "гулять"

Monya> А неохлаждаемые сопла ЖРД, да в области критического сечения (там теплопоток масимален), и камеры сгорания с сегодняшними давлениями - сомнительно в плане прочности.

Вот и первый конструктивный параметр - прочность. Керамика как правило хрупкая. Металлы - пластичны. Подходящим материалом кажется вольфрам, покрытый слоем карбида гафния, либо даже гафний, с поверхностным слоем, насыщенным углеродом.

Monya>Кроме того, охлаждение ЖРД - регенеративное (за исключением патрубков сопла с большой степенью расширения - там как раз радиационное, и выполняется как раз из тугоплавких материалов) - тепло возвращается в КС - какой-никакой приварок в плане КПД. А так просто излучать будет.

Ну, половину он излучает внутрь. А если учесть, что на прокачку охладителя тоже нужна мощность, то потери могут быть и меньше.

Monya> Да и КС и критика как правило находятся еще внутри разгонного блока. Даже при изготовлении из жаропрочных материалов с большим термосопротивлением - все равно прогреется - и куда это тепло внутри блока девать?

Это да. Для разгонных блоков такая схема подходит плохо...

Naib> Вот и первый конструктивный параметр - прочность. Керамика как правило хрупкая. Металлы - пластичны. Подходящим материалом кажется вольфрам, покрытый слоем карбида гафния, либо даже гафний, с поверхностным слоем, насыщенным углеродом.

Во! Гафний, тантал, цирконий, керамика, простенько, дешовенько и со вкусом. Вобщем конструктивненько. Не то что какаято там вшивая медь в регенеративном охлаждении!

Naib> А если учесть, что на прокачку охладителя тоже нужна мощность, то потери могут быть и меньше.

Вобщето энергия потраченная на прокачку тоже возвращается в камеру, если конечно это двигатель замкнутой схемы.

Naib> Это да. Для разгонных блоков такая схема подходит плохо...

А для чего подходит?

Старый> Во! Гафний, тантал, цирконий, керамика, простенько, дешовенько и со вкусом. Вобщем конструктивненько. Не то что какаято там вшивая медь в регенеративном охлаждении!

Ну и?
Гафний пока стоит 1000 уе за тонну, что, кстати, странно, так как его цена должна быть близка к цирконию. При расходе на двигатель в 200-300 кг это составит весьма небольшую часть стоимости изделия.

Naib> Гафний пока стоит 1000 уе за тонну,

В смысле, за килограмм?

Naib> что, кстати, странно, так как его цена должна быть близка к цирконию. При расходе на двигатель в 200-300 кг это составит весьма небольшую часть стоимости изделия.

Цена гафния так низка (1200 за килограмм сейчас) потому, что нет хороших технологий его обработки, поэтому спрос не так уж велик. Т.е. детали из гафния (а, тем более, карбида гафния) стоят вообще астрономических денег, и поэтому очень мало используются. А так, вообще-то, при производстве 77 тонн в год цена гафния может быть любой. Просто - любой. Захотят спекулянты скупить, как они скупили весь родий в 2008 году - будет стоить 10000 долларов за унцию. Не захотят - опять будет стоить 1000 долларов за килограмм. Родий упал до ниже 600 за унцию. Его производится в мире лишь вдвое-втрое меньше, чем гафния. Платины и то производится вдвое больше, чем гафния.
Так что, прежде чем что-то крупномасштабное из гафния делать, придётся вложиться в технологию изготовления, потом скупить весь гафний за десятки лет добычи, и только потом приступать. А то спекулянты прослышат и задерут цену до уровня, где уже ничего, НИЧЕГО нельзя будет сделать экономически привлекательным.

Naib>> Гафний пока стоит 1000 уе за тонну,
Б.г.> В смысле, за килограмм?
Б.г.> http://l1.yimg.com/ny/api/res/1.2/GWpqmUVzAQaXEBSzH6270w--/YXBwaWQ9aGlnaGxhbmRlcjtzbT0xO3c9NDcwO2g9Mjcy/http://media.zenfs.com/en-US/homerun/indexuniverse.com/4ef323e75a07214e44f86b2f2dda9f4e

За килограмм, конечно.

Б.г.> Цена гафния так низка (1200 за килограмм сейчас) потому, что нет хороших технологий его обработки, поэтому спрос не так уж велик. Т.е. детали из гафния (а, тем более, карбида гафния) стоят вообще астрономических денег, и поэтому очень мало используются. А так, вообще-то, при производстве 77 тонн в год цена гафния может быть любой.

Платины и то производится вдвое больше, чем гафния.

А вот это уже странно. Технология гафния завязана на цирконий и его должно попутно добываться порядка 1-1,5% от добычи циркония. А это как бы не на порядок больше, чем 77 тонн. Впрочем, возможно в ряде приложений цирконий от гафния не чистят.

Б.г.> Так что, прежде чем что-то крупномасштабное из гафния делать, придётся вложиться в технологию изготовления, потом скупить весь гафний за десятки лет добычи, и только потом приступать. А то спекулянты прослышат и задерут цену до уровня, где уже ничего, НИЧЕГО нельзя будет сделать экономически привлекательным.

Технология гафния и прочих особо тугоплавких металлов - это вообще весьма увлекательная задача. Скорее всего, там будет очень востребована 3-D печать. Ну и спекулянты, да... Я помню историю про скандий и фокусы с ним. Родий, рутений...
Скоро, думаю, начнут массово скупать серебро.

Б.г.>> Платины и то производится вдвое больше, чем гафния.
Naib> А вот это уже странно. Технология гафния завязана на цирконий и его должно попутно добываться порядка 1-1,5% от добычи циркония. А это как бы не на порядок больше, чем 77 тонн. Впрочем, возможно в ряде приложений цирконий от гафния не чистят.
Конечно! 85% потребляемого циркония потребляется в виде циркона, и до металла не восстанавливается. От гафния чистят только тот цирконий, который идёт в ядерщину, а это даже не весь металлический цирконий, так как значительная часть его используется в простой пиротехнике

Вообще, очищать от примеси, которой и так всего 4%, и которая, к тому же, очень мало химически отличается, дорого.
Naib>Скорее всего, там будет очень востребована 3-D печать.
Для 3-Д печати сопло должно быть более термостойким, чем печатаемый материал - даже если припекать порошок лазером, температура сопла получается немаленькой.

Naib> Скоро, думаю, начнут массово скупать серебро.
Посмотрим... Цена урана что-то резко упала с 140 долларов за фунт жёлтого кека до 26. Конспирологи говорят - это чтобы сделать быстровики экономически невыгодными, а то Россия что-то уж очень оторвалась ото всего мира в их конструировании.

Б.г.> Посмотрим... Цена урана что-то резко упала с 140 долларов за фунт жёлтого кека до 26. Конспирологи говорят - это чтобы сделать быстровики экономически невыгодными, а то Россия что-то уж очень оторвалась ото всего мира в их конструировании.

может это Россия демпинганула что бы обоготителей в других странах придавить?

Б.г.>> Посмотрим... Цена урана что-то резко упала с 140 долларов за фунт жёлтого кека до 26. Конспирологи говорят - это чтобы сделать быстровики экономически невыгодными, а то Россия что-то уж очень оторвалась ото всего мира в их конструировании.
с.т.> может это Россия демпинганула что бы обоготителей в других странах придавить?
Добыча и обогащение - это разные процессы. Цена на обогащение держится, хотя тоже упала в 2 раза со 120 до 60 долларов за ЕРР.
Суть в том, что на всех именно российских (не казахских) месторождениях урана себестоимость его добычи превышает 40 долларов за фунт (буржуинские меры просто для удобства сравнения). И сейчас России выгоднее закупать уран на рынке, чем производить самой. И именно с этим были связаны осуществлённые несколько лет назад сделки по входу в долю в Канаде и в Австралии, где добыча урана значительно дешевле. Но политика опять не дала возможности этим воспользоваться.
К тому же, когда покупали, рынок урана стоял гораздо выше (как и нефти). Так что польза была б сомнительной даже и без политики. Ну Фукусима поднасрала, не без этого, но и уже до Фукусимы уран съехал со 140 до просто 40. А сейчас - 26.
вот тут:

раз в неделю публикуются так называемые "спотовые" цены на уран и его переработку. На форуме атоминфо пишут, что большая (от 65% до 85%) доля урана продаётся по долгосрочным контрактам, и там цена выше, чем на спотовом рынке, а когда спотовый стоил 140, была, наоборот, несколько ниже. Влияние спотового рынка опосредованное и замедленное, но оно есть.

Naib> Насколько сейчас возможно создание подобных устройств?

В институте Келдыша перетирали УУКМ. Выяснили, что получится ТЯЖЕЛЕЕ, чем охлаждаемое критсечение. перешли на изготовление радиационноохлаждаемых вакуумных насадков из УУКМ для сопел ЖРД Намного перспективней

Naib>> Насколько сейчас возможно создание подобных устройств?
Wyvern-2> В институте Келдыша перетирали УУКМ. Выяснили, что получится ТЯЖЕЛЕЕ, чем охлаждаемое критсечение. перешли на изготовление радиационноохлаждаемых вакуумных насадков из УУКМ для сопел ЖРД Намного перспективней

Долго же перетирали, в РДТТ насадки из УУКМ использовали еще лет тридцать назад( а там условия похуже), и в НИИТП (нонче и-т Келдыша) это было известно. К тому же сам и-т ничего не изготавливает, а лишь " одобрямс".