Private Space Launch - создание ракеты на ГРД

varban> Так что RPA - не простая программа, а как раз сложная. Я не знаю ее авторов, но автора Астры знаю: http://www.bmstu.ru/content/bmstu_to_moscow/4061963044354.doc

По-моему, у автора на этом форуме ник AP. Он же - автор lpre.de

"И если вы хотите серьёзно о себе заявить, то должны играть по правилам, написанным для этой отрасли. То есть - собственные исследования, создание модели, прототипа, лётного образца. И всё это с отчётами на 1000 страниц, подкреплёнными достоверными и легко проверяемыми данными... "Узнайте вес вериг, прежде чем их надеть"

С одной стороны, Центаврус прав, конечно. С другой - я подозреваю, что вам нужны не столько публикации в журналах, сколько лётные изделия.

RocKI>> Ну пощелкал в Пропепе простые пары. С уротропином лучше всего УИ~240.
varban> А на парафине сколько?

Isp=240 s !!! Такая информация ни о чём не говорит. При каком давлении? При какой температуре? При каком соотношении компонентов? Для black paraffin (1% угля) при давлении, соответствующем давлению в камере ГРД (300-350 пси) - теоретический Isp = 220 s. А практически получено на стенде - 205-210 s в нескольких испытаниях. А в полёте движок дал около 130 s. Вот тебе и арифметика с алгеброй и термодинамикой. Скорее всего мелкие масштабы движков (ГРД в особенности) не позволяют получать доверительную точность в испытаниях. Рабочие значения импульса, пригодные для аппроксимации расчёта данных полёта ракеты с таким двигателем лежат где-то в области 70% от максимальных величин. Это, как в случае импульсно-периодических лазеров. Для рабочих расчётов принимается именно эта величина. А не рекордные данные.

varban> А на парафине сколько?

Честно, парафин не смотрел, он настолько тут обсосан, что даже в голову не пришло. Смотрел эпоксидку, нтрв, силикон, полиэтилен и т.п.. Все УИ в диапазоне 210-235. Думаю и парафин там же.
Список не сохранил, полагая что это не проблема каждому залезть в Пропеп и посмотреть.

Isp=240 s !!! Такая информация ни о чём не говорит. При каком давлении? При какой температуре? При каком соотношении компонентов?

Я не ставил задачей посчитать УИ, а хотел сравнить пары. Достаточно того, что все сравнивались при одинаковых условиях. Это конечно тоже не совсем корректно, но для прикидки вполне годится. Если тебе принципиально, то пожалуста: давление 700psi, температура по умолчанию (298К), соотношение 1:4.

А.С.>> Если делать движок на НДМГ и жидком кислороде, у него будет 330 у земли. И 380-385 в вакууме.
Vagrant> Если говорить об углеводородах,
Vagrant> то есть в работе РД-192 326 у земли метан
Vagrant> РД-146 362 в вакууме СПГ
Vagrant> А двигателя на НДМГ нет. Заявленные цифры теоретические.

Двигатель на НДМГ и жидком кислороде был - РД-119. Но он был открытой схемы, и очень давно - это вторая ступень ракет 63С1, 11К63 ("Космос-1" на базе Р-12У). При 80 атмосферах в камере УИ камеры был 358 секунд. При большем давлении в камере можно было бы и больше получить. У современных движков замкнутой схемы 250 атм в камере. Но тогда, в 1962 году, он был рекордсменом среди двигателей на высококипящих горючих. А СПГ и жидкий метан - это не высококипящие горючие. Выгодней уж тогда сразу на водород переходить.

varban>> Так что RPA - не простая программа, а как раз сложная. Я не знаю ее авторов, но автора Астры знаю: http://www.bmstu.ru/content/bmstu_to_moscow/4061963044354.doc
avmich> По-моему, у автора на этом форуме ник AP. Он же - автор lpre.de

FRC> Состав горючего Уротропин/н-Гексан/Al.

Можно подробнее, в каком виде там гексан?

Никто не хочет считать, приходится самому ))))

Условия: давление в камере 300 PSI (20 атм), на выходе 1 атм.
Начальная температура 20С.
В данных для PROPEP была неправильная плотность закиси, исправил. Правильно так:
708 NITROUS OXIDE 2N 1O 0 0 0 0 443 .0269]

Для каждой пары подбиралось соотношение с максимальным УИ.

Результаты. Первое число - УИ, второе - плотностной УИ.

NOX-156-116
NOX-парафин-233-177
NOX-полиэтилен-233-177
NOX-уротропин-228-183
NOX-полиуретан-230-175
NOX-эпоксид-230-181
NOX-сорбит-217-186
NOX-гидразин-245-199
NOX-НДМГ-239-179

Последние два посчитаны, просто чтобы показать, почему их используют )))

Интересно получается с сорбитом. УИ меньше, но плотностной УИ больше всех. Может быть тут будет суммарный выигрыш, ведь закиси нужно намного меньше, а значит бак легче.
Сорбит хорош технологически. Легко льётся, в него можно вводить зачернители и катализаторы, металлы. Можно добавить уротропин, он должен хорошо растворяться в расплавленном сорбите. Можно использовать как связку для уротропина, скажем уротропин-сорбит 80-20. Можно добавить нитрат аммония, он растворяется в сорбите в любом соотношении, это может повысить скорость и эффективность горения.

Всё остальное примерно одинаковое. Уротропин чуть хуже.

RocKI> Я не ставил задачей посчитать УИ, а хотел сравнить пары. Достаточно того, что все сравнивались при одинаковых условиях. Это конечно тоже не совсем корректно, но для прикидки вполне годится. Если тебе принципиально, то пожалуста: давление 700psi, температура по умолчанию (298К), соотношение 1:4.

Неправильное сравнение. Нужно сравнивать не при одинаковом соотношении, а подбирать для каждой пары соотношение с максимальным УИ.

Serge77> В данных для PROPEP была неправильная плотность закиси, исправил. Правильно так:
Serge77> 708 NITROUS OXIDE 2N 1O 0 0 0 0 443 .0269]

Они не то чтобы неправильные, просто соответствуют жидкой закиси при атмосферном давлении (т.е. при -80С). Я просто добавил в конец таблицы NITROUS OXIDE ROOM TEMP. Кстати, как общественность смотрит на самостоятельное получение жидкой закиси?

umbriel> Они не то чтобы неправильные, просто соответствуют жидкой закиси при атмосферном давлении (т.е. при -80С).

Не соответствуют. При -89 должно быть 1.22, а написано вдвое больше воды.

Serge77> Не соответствуют. При -89 должно быть 1.22, а написано вдвое больше воды.

Действительно, я видимо поправил уже Должно быть .0442 И еще, надо бы поправить теплоту образования.

Serge77> Неправильное сравнение. Нужно сравнивать не при одинаковом соотношении, а подбирать для каждой пары соотношение с максимальным УИ.

Я это и имел ввиду, когда говорил о неполной корректности сравнения.

FRC> 1) любые советы и конструктивную критику всегда воспринимаю с благодарностью. Следую ли я советам, зависит от ситуации, которую знают только внутри группы.

Это понятно и совершенно нормально. Но в твоей группе нет профессиональных ракетчиков, поэтому старайся получать более широкий спектр мнений на форуме, пусть здесь тоже нет профессионалов, кроме Варбана, но у каждого свои знания.

FRC> 3) задача наша проста: нам нужен двигатель (ГРД) с тягой 300 кг, и УИ не ниже 213 сек. Время работы - 20 сек.

А потом вы будете делать ГРД еще более крупные?

FRC> 5) вопрос про то, сублимирует ли уротропин в канале или его частично выносит - один из многих на повестке дня.

Этот вопрос легко решится сам собой по достигнутому УИ. Если уносит, то он будет низкий, тут не нужны какие-то отдельные исследования.

> Пока могу точно сказать, что зависит от связующего и усилия прессования. Меняя указанные параметры, можно регулировать скорость уноса шашки.

А я думаю, что это плохо, потому что может приводить к невоспроизводимости. Чем меньше факторов влияет на результат, тем лучше.

FRC> Технология изготовления сложная, вонючая, грязная.

Почему бы не взять эпоксидку в качестве связки для уротропина? Все было бы проще и надежнее.

RocKI> Я это и имел ввиду, когда говорил о неполной корректности сравнения.

Это не неполная корректность, это полная некорректность.

FRC>> Состав горючего Уротропин/н-Гексан/Al.
Serge77> Можно подробнее, в каком виде там гексан.

А главное, сколько и зачем?

Serge77> Никто не хочет считать, приходится самому ))))
Serge77> Условия: давление в камере 300 PSI (20 атм), на выходе 1 атм.
Serge77> Начальная температура 20С.
Все давно подсчитано. Читать нужно. Аналогичная таблица есть и в моем Руководстве и в калькулаторах по расчёту ГРД. Надо ещё добавить nylon poliamide. У него самый высокий Isp из твёрдых полимеров. Ну и HTPB, как топ пищевой пирамиды. Но, в основном, "картина маслом" такая. Парафин был испытан, как кандидат на подмену HTPB в некоторых специальных случаях. П. бьёт всех конкурентов по соотношению O/F 4.5 : 1 и 4 :1 в пропорции с Al powder. Причём алюминий в основном играет роль доставщика тепла внутрь шашки. Его роль в горении сомнительна. Но работа Serge 77 сделана вовремя и поставлена в нужном месте. Дискуссия ведь фактически свелась к выставлению выбора "горючего-супруга " в пару холодной и не очень окислительно эффективной "невесте-закиси", как основной и главной теме в задаче создания некоего ГРД с очень размытыми ТТД. Так вот, эта тема ГЛАВНОЙ не является.
А задача является КОНСТРУКТОРСКОЙ, а не баллистической. Возьмите любой серьёзный учебник, где затрагивается (не более того) тема двигателей на комбинированном топливе. Общие концепты там описаны на пол-страничке текста. Нужно более-менее калорийное, легко возгоняющееся, в меру прочное в обьёме и не токсичное горючее. Лучшая пара, удовлетворяющая этим условиям, давно найдена - HTPB-LOх. Есть, конечно более эффективные, но сложные в эксплуатации пары. Последнее время занимаются замороженными составами.
Но, повторяю, задача должна быть решаема конструкторкими методами, а не алхимией. Нет формы получить Isp выше 200 применяя простую форсунку и одноканальную шашку. Шашка defolt должна быть многоканальной с инжекцией окислителя в каждый канал. В случае одноканальной шашки, как начального варианта необходима форсунка типа shоwer injector, с геометрией распыления, позволяющей эффективное и равномерное "сьедание" тела шашки без эррозийного уноса вещества. Это не простая задача, учитывая двухфазную природу закиси. Форсунка должна обеспечивать создание долгоживущих капельных комплексов (clusters), поддерживающих горение продуктов в течение своего пролёта по каналу.
Конечно же, общее решение разработки прототипа многоцелевого ГРД малой тяги должно пойти по выбору надёжного и простого в технологии получения шашки горючего в пару к закиси. Один раз выбранная пара (например, NOx + nylon, epoхy или delrin), позволит всю энергию и средства повернуть на разработку конструкции головки, клапанов и бака. А также общей схемы компоновки двигателя, удовлетворяющей критерию его многофункциональности. Причём делать это вместе с несколькими тактическими схемами планера ракеты. Например: метеорологическая ракета-зонд (одна две ступени) с активными и пассивными функциями (собственная полезная нагрузка и спасаемые части или коммерческий контейнер и функции бустера) на 3-5-10-12-100 км. Носитель наноспутниковой нагрузки (три ступени) на низкую орбиту до 300 км. Пока будет делаться прототип М/Ф метеорологического комплекса на ГРД носителе, можно будет (поднявшись в возможностях и без спешки) серьёзно проработать схему, например: LOx (Nitrox) /HTPB (полибутадиен). Это стратегическая схема проекта. Из опыта знаю, как важно не брать на себя общих обязательств, а подписываться решать проблему поэтапно. Если этапы заканчиваются конкретикой, то и главная цель со временем проявится.
Написанное не является ни в коей мере советом группе FRC. Они идут и будут идти "своим путём". Это частное мнение автора, знающего проблему ( не только разработки ГРД) логистики больших технологических проектов изнутри. И экстерриториально.

a_centaurus> Надо ещё добавить nylon poliamide.

К сожалению, в PROPEP указана явно неверная теплота образования. Но уверен, ничего особенного он не покажет, будет то же самое, как для эпоксида или полиуретана.

> Ну и HTPB, как топ пищевой пирамиды.

Он посчитан, ничего особенного:
NOX-полиуретан-230-175

Собственно, этими расчётами я хотел показать, что выбирать по принципу высокого УИ в общем-то не из чего, большинство горючих дают одно и то же. В смысле теоретически. Поэтому выбор должен основываться во-первых, на известных данных по эффективности сгорания конкретного горючего (т.е. на возможности РЕАЛИЗОВАТЬ теоретические цифры), и на технологичности изготовления шашки.

Serge77> Собственно, этими расчётами я хотел показать, что выбирать по принципу высокого УИ в общем-то не из чего, большинство горючих дают одно и то же. В смысле теоретически. Поэтому выбор должен основываться во-первых, на известных данных по эффективности сгорания конкретного горючего (т.е. на возможности РЕАЛИЗОВАТЬ теоретические цифры), и на технологичности изготовления шашки.

Вот и я об этом. Мы редко сходимся во мнениях с модератором, но в этот раз я беру его тезис о (с закисью все едино...) небольшом выборе компонентов топлива и о необходимости акцентироваться в механический дизайн (конструкцию) и технологию. Причём, чем проще, тем повторяемее. А повторяемость есть критерий качества двигателя. Из опыта: я испытал, практически все известные и некоторые экзотические композиции с закисью, как окислителем (Al Foam, PdCl as NOx catalizator, paraffin, black paraffin, paraffin +PVC, PVC, nylon, PE, PMA, paper, alcohol gel +nylon, polyurethane, epoxy +..., silicone, sugar, NOx as monoproppelent etc.) и могу утверждать, что ни одна из них не имеет подавляющего преимущества. Всегда есть pro y contra. Остановился на парафине с углем, поскольку это горючее полностью удовлетворяет как моим конструкторским задачам, так и доступности технологии ВОСПРОИЗВОДСТВА шашки. Да, парафин требует соблюдения особых требований к конструкции самого двигателя. Зато позволяет иметь больше манёвра в компоновке схемы ракеты. Учитывая более низкое соотношение O/F, бак будет занимать меньше места, а значит даст сделать более эффективной компоновку бортовых систем и совершеннее аэродинамику планера.
А вообще, ГРД пока остаются за бортом индустриального спроса и вряд ли когда-нибудь перейдут в разряд "полезных зверьков", по крайней мере для ракетного полёта через атмосферу с наземным стартом. Видится (и серьёзно прорабатывается сейчас) их ограниченное использование в микроспутниковых системах. Но и там проблема restarting оставляет их позади известных monopropellent& bipropellent схем бортовых ЖРД и трастеров.

a_centaurus> Да, парафин требует соблюдения особых требований к конструкции самого двигателя. Зато позволяет иметь больше манёвра в компоновке схемы ракеты. Учитывая более низкое соотношение O/F, бак будет занимать меньше места

Неверно. Наоборот, парафин требует больше всего окислителя.

Serge77> Неверно. Наоборот, парафин требует больше всего окислителя.

Речь идет об относительном массовом соотношении. Наооборот: закиси требуется больше парафина. В конструкции двигателя это означает больший обьём шашки (и камеры). В сравнении: камера для микрогибрида на nylon имеет диаметр 16 мм а на парафине - 20 мм. А капсула одна - 8 г. на самом деле многое определяется ТТД двигателя и ракеты, а также номенклатурой используемых материалов. Дизайнер, в этой связи должен решить, что брать за константу.

a_centaurus> Речь идет об относительном массовом соотношении.

Я в курсе.

Вот оптимальные соотношения для горючих:

цифры NOX-горючее
парафин 88.3-11.7
уротропин 83.3-16.7
сорбит 74.4-25.6
эпоксид 83.3-16.7
полиуретан 86.6-13.4

Это ясно и без расчётов, потому что 1г углерода требует для сгорания меньше кислорода, чем 1г водорода, поэтому, чем больше соотношение Н/С, и чем меньше других элементов в горючем, тем больше нужно кислорода на 1г горючего. Из твёрдых горючих у парафина (и полиэтилена) эти условия максимальны.

Serge77> парафин 88.3-11.7
Вроде для парафина в реальных конструкциях лучший УИ достигается при значительном избытке горючего.