[image]

Подводный ракетный двигатель

 
1 2 3
+
-
edit
 

algor17

опытный
Знает ли кто -
1Можно ли запустить модельный ракетный двигатель под водой ?
2Полетит ли из под воды модель ?
3Вообще об особенностях подводных двигателей на твердом топливе.
   
+
-
edit
 

Serge77

модератор

Serge77>То есть тот же двигатель, который воспламенялся на воздухе, под водой не хотел?
Algor17> Ага.Только он маленький был.И не имел ярко выраженного воспломенителя,просто спираль касалась топлива,и сопло закрывалось целофаном.

Вот в воспламенителе наверное и была проблема. Тут явно нужен такой, чтобы подольше горел и не давал воде зайти в сопло.
Ещё вопрос: как будет влиять водная среда на давление в двигателе - не будет ли оно выше по сравнению с работой в атмосфере?

Ты кликни на космическом форуме, там наверное много спецов, только пусть они сюда пишут.
   

Tima

втянувшийся
Насколько я знаю, при запуске ракет под водой их сначала сжатым воздухом выталкивают на поверхность и там уже происходит зажигание.Хотя это довольно сложно.
   
+
-
edit
 

varban

администратор
★★★☆
По порядку:

1. Как зависит внутрикамерное давление от противодовления на срезе сопла?

Никак не зависит, если у нас есть критическое течение. Это основное свойство сверхзвукового сопла - камера "запирается" от внешнего давления. Это свойство используется напропалую во всяких газогенераторов и в так называемых двухкаморных орудий. Пример - подствольный гранатомет Костёр.

2. Когда течение перестанет быть критическим?

Когда противодавление достигнет величину критического давления!
Для этого рассмотрим коротко течение в соплах им. тов. Лаваля:

На входе в сопло есть поток с определенной, но дозвуковой скоростью и давлением. Входное сечение сопла равно сечению камеры.

Поток входит в сужающуюся часть сопла. По закону тов. Бернули, раз уменьшаем сечение дозвукового потока, скорость увеличивается, а статическое давление - падает. Таким образом поток разгоняется. Но разгоняться он может лишь до достижении критических (1 М) скоростях. Этой скоростью соответствуют свои параметры - давление, температура, а если имеем ввиду РДТТ с рабочим телом, представляющим собой реакционноспособную смесь газов (и к-фазы, вообще-то), то и химсостав постоянно меняется*

В критическом участке профиль сопла Лаваля меняется - он становится разширяющимся. Таким образом можно еще доразогнать уже сверхзвуковой поток. Давление продолжает падать, скорость еще увеличивается. Кстати, сопряжение сужающейся части с разширяющейся часто называют критическим сечением, что, строго гооря, неверно - поток еще немножко "поджимается". Но тем не менее, говоря "критсечение", мы будем иметь ввиду именно геометрически наименьшую по площади проточной части сопла.

Дальше:
Если сопло работает не в вакууме, давление в сверхзвуковой части сопла не может превышать противодавления. Причем, если сопло работает с недорасширением, то ничего такого не произойдет, только тяга снизится на величину противодавление х площадь среза сопла. Правда, поток покинет сопло недорасширившись и дополнительно расширится в атмосфере, не создавая дополнительную тягу.

Точно также обстоит дело с расчетным случаем истечения. В этом случае поток покидает сопло со статическим давлением, равным атмосферному и, если расширяется, то только в силу непараллельности векторов скорости частиц рабочего тела. С этим борются в сурьезных (больших) моторов, придавая сверхзвуковой части сопла форму "рюмочки", а не конуса.

В случае перерасширения вопрос сложнее. Мы не можем просто так взять и перерасширить поток. Небольшое перерасширение он еще стерпит - процентов 20 по учебникам и не более 5 по моим наблюдениям в случае конических раструбов**.
Дальше поток просто оторвется от стенок и перестанет расширяться. С увеличением противодавления поток отрывается все ближе и ближе к критике и в один прекрасный момент истечение перестанет быть сверхзвуковым. Этот момент - момент равенства критдавения и противодавления. Увеличивая дальше противодавление, мы получим скорость истечения МЕШЬШЕ, чем 1М и внешнее давление с этого момента будет влиять на внутрикамерные процессы.
   
+
-
edit
 

varban

администратор
★★★☆
Можно прокрутить картинку и наоборот - пусть противодавление постоянно, а увеличивается внутрикамерное давление. Тогда сначала истечение будет докритическим, а с момента достижения некоторого минимального давления получим 1M в критике. С этого момента двигатель "запрётся" для внешнего влияния. Такой случаи имеет место при запуске двигателя. Вот почему уверенный запуск мотора на уровне моря еще не означает возможность беспрепятственного запуска на высоте. Кстати, иногда проверяют запуск авиационных ракет с разгерметизированным двигателем на потолке машины, их несущие.

3. Что бывает, если истечение происходит в воде?

Воду мы пускать в мотор не будем :) , поставим заглушку в критике или мембрану на срезе сопла.

Явления здесь намного сложнее, на пальцах объяснять трудно. Усложняет дела охлаждение и конденсацию продуктов. Температура истекающих газов ракетного двигателя в случае небольшого расширения доходит запросто до 1000 К. Воду за бортом не нагреешь особено - для верности придется считать, что вся вода в потоке сконденсировалась, HCl (ели есть) - тоже. А газы придется охладить до температуры воды. Если в этом случае давление превысит гидростатического, то запуск двигателя на этой глубине возможен. Если нет, то есть заметные шансы, что мотор захлебнется.
Замечу, что мои рассуждения - очень уж упрощенные. Таким образом для двигателя с определенной маркой топлива, работающий при определенном Рк, мы получим глубину, ниже которой двигатель не запустить. И эта глубина никак не зависит от размеры движка.
Интуитивно (и на практике) это - неверно :) В случае большого двигателя вода около сопла заметно нагреется, а продукты никак не охладятся до ее температуре в сопло.
Но, повторяю, таким образом можно оценить глубину гарантированного запуска ;) Что подтвердилось у меня на практике***

4. Тиме - все-таки иногда (и часто) приходиться запускать двигатель под водой. И это возможно. Конечно, тяга жутким образом падает, ракета под водой идет совсем не так, как в воздухе, поскольку плотность среды отличается на три порядка, и сопротивление настолько же. Конечно, существуют и двигатели, специально предназначенные для работы под водой, и у них совсем иные требования к топливу.


  • все это считается автоматом в Астре и подобных пакетов; они иначе не могут рассчитать импульс - ведь надо учитывать изменение состава продуктов.
    • наблюдать просто - берем белый мелкий порошок и вымазываем черную оксидированную поверхность сопла стендача. После запуска смотрим, до какого места сверхзвуковой поток сдул нашу побелку;

кстати, отрыв всегда неравномерен, потому он и нежелателен - увеличивает эксцентриситет тяги.
  • подробности не будут :eek:
  •    
    +
    -
    edit
     

    algor17

    опытный
    Serge77>Вот в воспламенителе наверное и была проблема. Тут явно нужен такой, чтобы подольше горел и не давал воде зайти в сопло.

    Ну не знаю.В принципе то воспломенитель должен за доли секунды омыть всю поверхность топлива и воспломенить его.Может надо в передней части его ставить ,как я на побольше двигателе сделал.

    Serge77>Ещё вопрос: как будет влиять водная среда на давление в двигателе - не будет ли оно выше по сравнению с работой в атмосфере?

    По идее несколько должно возрасти.Но ведь не намного вроде бы.
       
    +
    -
    edit
     

    algor17

    опытный
    Конечно, тяга жутким образом падает, ракета под водой идет совсем не так, как в воздухе, поскольку плотность среды отличается на три порядка, и сопротивление настолько же. Конечно, существуют и двигатели, специально предназначенные для работы под водой, и у них совсем иные требования к топливу.
    varban>-------

    Вроде бы тогда в оптекателе делают малюсенькую дырку и туда направляют часть пороховых газов от отдельного газагенератора,создание газовой каверны называеться.
       
    +
    -
    edit
     

    varban

    администратор
    ★★★☆
    algor17>Вроде бы тогда в оптекателе делают малюсенькую дырку и туда направляют часть пороховых газов от отдельного газагенератора,создание газовой каверны называеться.

    Есть такое дело. Газовый пузырь можно создавать отдельным газогенератором и даже отобрав часть газов из камеры РДТТ. Есть и варианты специальных сопел с эжекторными насадками - такие двигатели отбрасывают в основном воду и по сути являются реактивными водометами.
    Но все это - специальные двигатели (или специально проспособленные). Выше я рассматривал возможность запуска на глубине простого РДТТ, без ухищрений. Ведь не начнешь делать отдельные газогенераторы на модели и тем более не сделаешь пару газоводов из камеры? О эжекторе и не говорю - мы же не судомоделисты и не собираемся торпед делать ;)
       

    U235

    старожил
    ★★★★★

    А может попробовать сделать прямоточку на калии/натрии? Никаких, по крайней мере, проблем с воспламенением.
       
    +
    -
    edit
     

    Campus

    втянувшийся
    varban>О эжекторе и не говорю - мы же не судомоделисты и не собираемся торпед делать ;)

    Для расширения кругозора: что за зверь - эжектор?

    U235>А может попробовать сделать прямоточку на калии/натрии? Никаких, по крайней мере, проблем с воспламенением.

    Это как?
       

    U235

    старожил
    ★★★★★

    Забираем заборником воду, подаем в трубку из натрия, она там бурно реагирует и образуется горячий водород, который и истекает из сопла, давая тягу. Вроде бы так устроена ракетоторпеда "Шквал".
       
    +
    -
    edit
     

    varban

    администратор
    ★★★☆
    varban>>О эжекторе и не говорю - мы же не судомоделисты и не собираемся торпед делать ;)

    Campus>Для расширения кругозора: что за зверь - эжектор?

    В случае - газовый поток сравнительно невысокого давления, но с высокой скорости засасывает воду и разгоняет ее до сравнительно небольших скоростях. Вода засасывается в щель, сопло как правило не имеет сверхзвуковой части:
    
    вода ->
    ________   ______
              _/
             _
    газ  ->        парогаз ->
    -- . — . — . — . --
    

    Такое еще в авиации используется - к примеру в перехватчиках Е-152 ... сработает ли автоссылка :) ?
       
    +
    -
    edit
     

    Campus

    втянувшийся
    U235>Забираем заборником воду, подаем в трубку из натрия,...

    Чистый натрий и калий уже из воздуха "тянут" воду. Представь себе технологический уровень, необходимый хотя бы для выплавки такой трубки. А еше снаряжение ею двигателя и определенное время хранения (надо ведь еще довезти до водоема). Про безопасность таких работ я молчу.
    Потом, прямоточники не работают с места, следовательно, надо создать стартовый ускоритель для разгона сей конструкции. Причем водозаборник открыть по достижении определенной скорости. Для подводной торпеды это куда не шло. Но здесь то обсуждается подводный старт воздушной ракеты.
       
    RU CaRRibeaN #19.02.2002 15:16
    +
    -
    edit
     

    CaRRibeaN

    координатор

    Campus>Чистый натрий и калий уже из воздуха "тянут" воду. Представь себе технологический уровень, необходимый хотя бы для выплавки такой трубки.

    Технологий конца 19 века хватит.

    >А еше снаряжение ею двигателя и определенное время хранения (надо ведь еще довезти до водоема). Про безопасность таких работ я молчу.

    Да ничего особенного. Двигатель снаряжаеться на заводе и там же ампулизируеться.

    >Потом, прямоточники не работают с места

    Местная прямоточка - теотерически должна, а те которые воздушные, они определнного давления и температуры требуют в камере, это создаеться ториожением потока.

    Кстати у Шквала кажеться все же двигатель на обычном СРТ.
       
    +
    -
    edit
     

    Campus

    втянувшийся
    CaRRibeaN>Технологий конца 19 века хватит.

    Я имел ввиду не время изобретения технологии, а степень владения ею конкретным человеком (или группой лиц).

    CaRRibeaN>Да ничего особенного. Двигатель снаряжаеться на заводе и там же ампулизируеться.

    Вот именно, на заводе. Это все-таки не карамель в духовке плавить.

    CaRRibeaN>Местная прямоточка - теотерически должна,...

    А с этого места по подробнее, плз.
       
    +
    -
    edit
     

    algor17

    опытный
    Campus> Для подводной торпеды это куда не шло. Но здесь то обсуждается подводный старт воздушной ракеты.

    Абсолютно точно.Подводный старт воздушной модели ракеты.Так что натрикалии не катят.
    :D
       
    +
    -
    edit
     

    algor17

    опытный
    varban> Ведь не начнешь делать отдельные газогенераторы на модели и тем более не сделаешь пару газоводов из камеры?

    Почему не сделаю ?Иглу от шприца через обтекатель ,в небольшую камеру с таблеткой СТТ,причем при подаче напряжения на модель,сначала она загораеться,а уж потом основной двигатель.Устойчивость при взлете обеспечить довольно длинной направляющей,выступающей из воды.
       
    +
    -
    edit
     

    Serge77

    модератор

    U235>Забираем заборником воду, подаем в трубку из натрия, она там бурно реагирует и образуется горячий водород, который и истекает из сопла, давая тягу.

    А вообще интересно, какая скорость должна быть у ракеты, чтобы такое работало? В воздухе это выше скорости звука, а в воде?
       
    +
    -
    edit
     

    varban

    администратор
    ★★★☆
    algor17>Почему не сделаю ?Иглу от шприца через обтекатель ,в небольшую камеру с таблеткой СТТ,причем при подаче напряжения на модель,сначала она загораеться,а уж потом основной двигатель.Устойчивость при взлете обеспечить довольно длинной направляющей,выступающей из воды.

    Принципиально так, но черт сидит в подробностях. Вот с ходу:

    [ul type=square]- игла от шприца расплавится; придется другую трубку городить, и уж во всяком случае большего сечения;
    - топливо в газогенераторе должно быть специалным, с малой температурой продуктов горения и без конденсированной фазы. Лучше всего - штатный низкокалорийный баллиститный порох типа НТД-3;
    - надо предусмотреть охлаждение и фильтрацию газа, поскольку сопло у нас должно быть маленьким - пару милиметров. Если не применять фильтрацию, то даже с баллиститом забьешь сопло, а если применить дозвуковой (без критсечения в начале), а не сверхзвуковой газовод, то не получишь устойчивого горения;
    - надо применять специальный воспламенитель типа чистого пироксилина - он не дает твердых продуктов;
    - надо жестко синхронизировать во времени запуск и выход на режим основного двигателя и газогенератора, причем это усугубляется наличием форсажного узла;
    - надо городить спецсденд для испытания, а также изобретать способ наблюдения за ДУ под водой.

    [/LIST]

    Часть этих прелестей попробовал на себе, когда проектировал и делал газогенераторы для БИПов и для узлов разделения ступеней.
       
    +
    -
    edit
     

    Serge77

    модератор

    varban>Часть этих прелестей попробовал на себе, когда проектировал и делал газогенераторы для БИПов и для узлов разделения ступеней.

    Варбан, ты обещал рассказать о газогенераторных составах. Особенно интересны на нитрате аммония.
       
    +
    -
    edit
     

    varban

    администратор
    ★★★☆
    У них до безобразия простой состав, но с дефицитной связкой.
    Если работать в атмосфере неконтролируемой влажности, применяют полиэфир, отверждаемый диизоцианатом. Он связывает влагу (в разумных пределах, конечно).
    Если работать в контроллируемой атмосфере, то область связок расширяется - там и бутилкаучуки, и полиэфир/СКД-КТР.
    Если не нужна эластичность топлива, можно использовать акрилатные связки - к примеру олигобутилметакрилат, отверждаемый перекисями.
    Поскольку газогенераторные топлива чаще всего работают при больших давлениях, то гоение как-то идет, но с очень небольшой скоростью.
    К примеру, состав 20% бутилкаучука / 80% нитрат аммония (без катализатора) дает скорость горения 1.5 mm/s при 100 атмосфер.
    Горит устойчиво где-то с 70...80 атмосфер.

    Оказался много хуже вульгарного баллистита, только температура горения существенно ниже.

    Определенные надежды подавали составы на основе нитрата аммония с активной связкой - поливинилнитрат, нитроцеллюлоза, нитроглицерин. Но это опять-таки не по нас.

    Топлива на нитрате аммония не для газогенераторах, а для РДТТ сподручнее всего делать на тиоколах. И тогда и алюминий в качестве металлического горючего не грех добавить ;)
    Так что Каррибеану следует обратить особое внимание на тиоколах в своих поисках.
    Для начала глянь на Начинаем с тиоколов, там ссылки есть. Правда, я одни раз тебя на них посылал...
       
    +
    -
    edit
     

    varban

    администратор
    ★★★☆
    Serge77>А чего-нибудь с катализаторами не было? Всё-таки хотелось бы понизить рабочее давление хотя бы до 30-40 атм.

    Для газогенераторных - нет. Там требуются чистые газы, а катализаторы "гадят".
    Для простого ракетного топлива на нитрате аммония штатные катализаторы бихромат калия и ферроценовое масло. А тиокольное топливо горит и при 40 атмосфер спокойно.

    varban>>Так что Каррибеану следует обратить особое внимание на тиоколы в своих поисках.

    Serge77>А где он их возьмёт? Я так понял, что варить он их не сможет, раз дибутилфталат выговорить не смог.

    Я имел ввиду брать готовые. А уж с эпоксидкой он как-ныть смешает.
    Если заморачиваться в поисках готовой связки, то ИМХО только тиокольная достойна усилий. В этом случае есть очень большие шансы отработать состав на недефицитном окислителе. А уж если попадется перхлорат, я рецептуру приводил. Вполне штатная, но снятая с вооружения. Поэтому и привел. А импульс 2200 на дороге не валяется ;)

    > А вот сера, растворённая в отвердителе, пожалуй будет работать аналогично тиоколу.

    Пока не найдется тиокол, пожалуй, лучше всего.
    Но во избежания разочарований надо прикупить и нитрат калия ;)
    "раз дибутилфталат выговорить не смог", есть вероятность, что вместе с нитратом аммония он загонит и 10% воды в боевой массе. Тогда точно гореть не будет :eek: Валь, ты не обижайся, что я о тебе в 3 лице ;) Просто так начал писать и лень переделывать.
       
    +
    -
    edit
     

    Serge77

    модератор

    varban>Но во избежания разочарований надо прикупить и нитрат калия ;)
    varban>"раз дибутилфталат выговорить не смог", есть вероятность, что вместе с нитратом аммония он загонит и 10% воды в боевой массе. Тогда точно гореть не будет :eek: Я надеюсь, всё же высушит как следует, об этом тут столько раз говорилось...
       
    +
    -
    edit
     

    varban

    администратор
    ★★★☆
    Посмотрим. Кстати, надо порекомендовать какой-ныть инетрный компонент, который по гигроскопичности приближается к нитрату аммония. А то поваренная соль не слеживается, не агломерирует, не взаимодействует с аминами (если на эпоксидке делать).
    Хлористый аммоний не перебор будет?
       
    AD Реклама Google — средство выживания форумов :)

    U235

    старожил
    ★★★★★

    Воздушные прямоточники есть и для дозвуковых скоростей. Насчет рабочей скорости прямоточки в воде не знаю. У меня тоже было сомнение в работоспособности класической прямоточки при характерных в воде скоростях. Можно в конце концов подавать воду чем-нибудь типа насоса, либо втупую сделать цилиндр, набитый натрием и открытый с одного конца. Получается что типа пульсирующего реактивного двигателя. Через сопло поступает порция воды, реагирует, выбрасывается водород, затем снова поступает порция воды. Не очень красиво, но вроде бы должно работать. Со снаряжением двигателя особых проблем не вижу даже в кустарных условиях. Натрий и калий легкоплавки и никаких проблем с этим нет. Главное обеспечить инертную атмосферу. В принципе, сойдет и азот. Но можно обойтись и совсем без плавки: эти металлы очень пластичны. Калий вообще похож на пластилин. Так что заряд можно попросту слепить. Для хранения эти металлы можно покрыть воском, либо смазкой. К органике они не особенно агрессивны. А вообще тут необходим опыт. Единственное НО: выделяющийся горячий водород постоянно взрывается при контакте с воздухом, так что будте осторожны. Особенно с калием. При опускании в пробирку куска калия взрыв следует через секунду.
       
    1 2 3

    в начало страницы | новое
     
    Поиск
    Настройки
    Твиттер сайта
    Статистика
    Рейтинг@Mail.ru