Народный космос-Z

Объявление

ВНИМАНИЕ.

Гости могут оставлять сообщения только на форуме "Поговорим".

Экскосмиты могут оставлять сообщения только в "РУГАТЬСЯ - СЮДА" и на собственном форуме, если таковой имеется.

ПОРТАЛ.

Освоение космоса.

Форум Космопорта--astrotema--Космодром "Плесецк"--"НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ"--ОБЩЕПЛАНЕТАРНЫЙ ФОРУМ им. Королёва.Академия космоса и космонавтики--Owalon--Путешествие в космос--Сайт "Знания-сила "

Астрономия.

Астрофорум--Y-Astro

Информация о пользователе

Привет, Гость! Войдите или зарегистрируйтесь.


Вы здесь » Народный космос-Z » Освоение околоземного космоса » многоступеньчатый РД


многоступеньчатый РД

Сообщений 1 страница 10 из 10

1

http://www.wsp.ru/ru/misc/tepl_t.htm
Эту ссылку я привел потому, что у меня есть сильные подозрения, что химическая энергия 40 мДж/кг керосина, это только та химическая энергия которую мы только умеем использовать в настоящее время, а не полная химическая энергия горения керосина в кислороде.
А теперь вернемся к многоступеньчатому РД.
На самом деле газ поступает в сопло с некотой ненулевой скоростью и интегрировать скорость надо не до нуля, а до v0.
По настоящему формула выглядит так.
01.  v^2=(v0^2)+(2*T*P0*ln(P/P0))/(ro0*T0).
Рассмотрим простейший двухступеньчатый РД. Компоненты топлива нагреем в специальных трубках высокого давления до температуры 1000 кельвинов. Давление в наших трубках получится около 2000 атм. из формулы
02. ro=(ro0*P*T0)/(P0*T)
Будем подавать компоненты в камеру сжигания под давлением 200 атм. Значит по формуле 01. поступать они в камеру будут с v0 свыше 1000 м/сек. В результате сгорания продукты приобретут дополнительную скорсть около 300 м/сек. Значит в сопло продукты сгорания поступят со скоростью свыше 1300 м/сек.
Тогда суммарная скорость истечения газа из сопла по 01. достигнет v~1300+2884=4184 м/сек при наружном нормальном атмосферном давлении.
Конечно, масса таких двигателей на ракете будет в два раза больше нынешних и составит 4 тонны к примеру. Зато выводимая на орбиту масса возрастет с 7 тонн до 14. Выигрыш налицо.

2

При 2000 атм, и обычный ДУ даст видимо такой УИ, а при скорости 1300 м в сек, длина полного сгорания керосина будет крайне велика, плюс эффекты при выхлопе

3

серж написал(а):

При 2000 атм, и обычный ДУ даст видимо такой УИ

Не смешно. При 2000 атм. обычную ДУ разорвет в щепки. :mrgreen:
Или весить она будет в десять раз больше.

4

Кстати, именно в 10 раз больше -- можно использовать каскад с перепадам давлений в 200 атмосфер, чтобы получить давление в 2000 атмосфер в двигателе. Именно так и получают сверхвысокие давления. Можно сделать каскад из 10 насосов, каждый с увеличением давления на 200 атмосфер.

5

Но конечно Серж прав. Вышеприведенная схема труднореализуема. Этот пример я привел только для того, чтобы ввести понятие многоступеньчатого двигателя.
А теперь вопрос. Будет ли скорость истечения газа из тороидального сегмента равна по модулю скорости истечения газа из сопла, если тороидальный сегмент убрать?
Теоретически я до сих пор ответить на этот вопрос затрудняюсь. Но я провел следующий опыт. Взял часы, воздушный шарик и трубку. Шарик я надувал в маленьком ведерке до соприкосновения с его стенками для получения в шарике каждый раз одного и того же давления и объема. Десять раз я выпускал воздух из шарика через прямую трубку. Время выхода воздуха из шарика каждый раз было одно и то же. После этого я эту трубку изогнул в форме сегмента тора и повторил 10 раз опыт, но уже с изогнутой трубкой. И в первом и во втором случае воздух из шарика выходил за одно и то же время. То есть скорость истечения по модулю не изменялась.
Будут ли какие-нибудь возражения?

6

Roger Wilco

Хочется удельного импульса? Мне тоже!

Да будет у нас минимальный уи 275 сек. Я тут пока не уточню приблизительную формулу для простейшего трехступенчатого ЖРД, не хочу вам без фактов голову морочить. Грубая прикидка нормально соответствует фактам.
С тороидальной насадкой на сопло я поторопился. Я думал, тут найдутся теоретики покрепче чем я, и помогут мне эту задачку решить. Однако тороидальные насадки очень далекая перспектива, если вообще не глупость. :rolleyes:
А пока, чтобы вы были готовы воспринять теорию многоступенчатого двигла, ознакомтесь с прямоточниками, особенно с динамическим давлением. :)

7

Прикинул по данным по газовым горелкам. Формула
v^2=v0^2+(2*P0*c*((1/P)-(1/P_n))/(ro0*T0))
дает почти 100 процентную точность, то есть неплохо соответствует действительности.
Я не зря говорил про прямоточники. Сначала наша топливная пара разгоняется до скорости v0=316 м/сек.  Это первая ступень. Разгон происходит как в паяльной лампе разогревом. Таким образом при статическом давлении 100 атм. мы получаем динамическое давление 100 атм. Можно рассчитать КС так, что давление ни стенки нигде не превысит 100 атм.
Далее за счет температурного расширения мы дополнительно разгоняем газ в КС, а затем окончательно разгоняем струю в сопле.
В окончательном виде формула для трехступенчатого двигателя будет выглядеть так
v^2=v0^2+(2*P0*c*((1/P)-(1/P_n))/(ro0*T0)) + (2*R*T_k*(1-((P/P_k)^((n-1)/n))/((n-1)/n)
Зададим наши параметры. Температура максимальная 1973 кельвинов, я прикидывал что молекулярная масса получится 0.024 кг/моль, коэффициент "с" вычисляется как произведение максимальной температуры на сумму статического и динамического давления на входе в камеру. P- давление 100 атм. на выходе из  КС.
получим
v^2=100000+1349059.829+4065992.193
v=2348 м/сек
То есть нам придется делать динамическое давление несколько выше, чтобы получить желаемый у.и. 2750 м/сек.
Я избежал туточки рассуждений о четвертой ступени, ограничившись тремя, поскольку у меня нет совершенно никаких данных, чтобы эти рассуждения проверить.
Динамическое давление находится по формуле P=ro*(v^2), произведение квадрата скорости поступления газа в КС на плотность этой газовой смеси.
Чтобы никого не пугала цифра поступления газа свыше 316 м/сек замечу, что газ в наконечнике горелки движется со скоростью до 150 м/сек.

8

Ой, забыл одну мелочь. Формула
v^2=v0^2+(2*P0*c*((1/P)-(1/P_n))/(ro0*T0))
как и формула для сопла получается интегрированием выражения
dP=ro0*T0*P*v*dv/(P0*T), но тут я принял, что температура обратно пропорциональна давлению - T=c/P. :)

9

Газ в камере сгорания почти не разгоняется, 316 м в сек низкая скорость, зато камера сгорания будет слишком длинной,  и при такой скорости...

10

серж написал(а):

Газ в камере сгорания почти не разгоняется, 316 м в сек низкая скорость, зато камера сгорания будет слишком длинной,  и при такой скорости...

Это в неправильной камере сгорания. Например, даже в шестом номере пламени газовой горелки газ разгоняется почти до двух нормальных скоростей звука. А ведь перепад давлений составляет всего 0.3 атмосферы а длина ядра, где и происходит разгон, всего 1,7 см. Если перепад давлений можно достичь в два раза, то скорость может получиться около двух километров в секунду. Но для получения точных возможностей температурного разгона струи нужны опыты. Из работы с газовыми горелками следует вывод, что чем больше номер горелки(диаметр отверстия в наконечнике) тем большего перепада давлений и следовательно скоростей можно достичь.
В общем, к наброску теории многоступенчатого двигателя остался последний штрих. Четвертая ступень. Пятая ступень, тороидальная насадка, на первой ступени ракеты вряд ли применима. Она только для пустотников. И слишком сложно с ней возиться. Это для солидного КБ.
А нам для СКР все, что попроще. Итак. Четвертая ступень. Идея в том, чтобы снизить давление на срезе сопла до 0.1 атмосферы, направив часть динамического давления на уравновешивания атмосферного давления.
То есть газ на выходе из сопла должен немного расходиться. Достигается формой сопла.
Идея ясна?


Вы здесь » Народный космос-Z » Освоение околоземного космоса » многоступеньчатый РД