Текущее время:

Часовой пояс: UTC + 3 часа




 Страница 1 из 2 [ Сообщений: 49 ]  На страницу 1, 2  След.
Автор Сообщение
 Заголовок сообщения: Re: РН и РД на сжиженном газе
СообщениеДобавлено:  

Сообщений: 64
Перспективные направления совершенствования химических ракетных двигателей - предварительная оценка исследовательского центра им. М.В. Келдыша совместно с ЦНИИМаш:
Кислородно-метановые ЖРД. Создание такого двигателя может рассматриваться как составная часть общероссийской программы расширения и повышения эффективности использования сжиженных природных газов на автомобильном, железнодорожном, авиационном транспорте и в ракетно-космической технике. Необходимость реализации такой программы может быть обусловлена дефицитом вырабатываемых из нефти топлив, большими запасами, доступностью и относительной дешевизной природного газа, а также экологическими преимуществами его применения.
Широкие исследования горючего различных видов, в том числе синтезированного, показал и, что СПГ на 95...98 % состоящий из метана, может рассматриваться как перспективное горючее для средств РКТ, которое позволит удовлетворить основные требования к стоимости, надежности, экологической безопасности маршевых ЖРД нового поколения при высоком уровне их энергомассовых характеристик. Применение кислородно-метанового топлива с учетом снижения потерь на его завесное охлаждение обеспечивает повышение удельного импульса тяги по сравнению с кислородно-керосиновым двигателем на 200...250 м/с, что перекрывает ущерб от снижения на 15 % плотности топливных компонентов. Увеличение удельного импульса тяги является следствием более высоких термодинамических характеристик и охлаждающей способности метана.
Проведенные в Исследовательском центре им. М.В. Келдыша экспериментальные исследования показали возможность успешной разработки двигателя, работающего на кислороде и метане с использованием восстановительного генераторного газа, т.е. реализации схемы, которая открывает большие потенциальные возможности повышения надежности ЖРД и создания резервируемой ДУ. По сравнению с жидким углеводородным горючим типа РГ-1 сжиженный метан дешевле, его сырьевая база практически неограничена. Проблемы создания наземной инфраструктуры (установок для сжижения природного газа и его транспортировки, а также средств заправки) в значительной мере решены. Переход на метан позволяет относительно легко решать многие задачи межполетного обслуживания двигателя, так как он после работы остается чистым, без характерных для использования РГ-1 отложений смол и сажи,что обеспечивает сокращение до минимума времени и затрат на обслуживание. Можно рассчитывать и на снижение остроты экологических проблем за счет резкого уменьшения содержания вредных веществ в продуктах сгорания топлива (особенно СО).


Перспективные ЖРД России
...Результаты расчетно-теоретических и экспериментальных исследований, выполненных Центром Келдыша с учетом опыта проектных разработок КБХА и НПО "Энергомаш", позволили сделать вывод о том, что поставленная задача с наибольшим эффектом может быть решена путем разработки ЖРД нового поколения, использующего топливную пару "кислород и сжиженный природный газ" (СПГ), причем в составе СПГ должно быть 98 % метана.
Применение данной топливной пары обеспечивает:
- возможность разработки высокоэффективного ЖРД по схеме с восстановительным газогенератором;
- создание двигателей многоразового использования с минимальным объемом межполетного обслуживания.
Пара "кислород и СПГ" имеет невысокую стоимость и широкие перспективы использования в других отраслях (авиация, железнодорожный и автомобильный транспорты). Хотя в России пока практически отсутствует инфраструктура использования сжиженного природного газа, однако имеющаяся практика эксплуатации криогенных компонентов (кислород, водород), а также богатый мировой опыт производства и транспортировки СПГ позволяют сделать вывод о возможности создания необходимой инфраструктуры при сравнительно небольших затратах.
Наиболее целесообразной схемой маршевого ЖРД для средств выведения нового поколения является открытая, незамкнутая схема с восстановительным генераторным газом (рис. 5). Для уменьшения потерь удельного импульса тяги целесообразно применить перепуск отработанного генераторного газа в сопло. В итоге выполнения научно-исследовательских, расчетно-теоретических и экспериментальных работ, в том числе и на специально разработанных модельных двигателях, получены рекомендации по организации рабочего процесса в газогенераторе и камере сгорания, подтверждена возможность достижения высокой степени совершенства процессов и эффективного охлаждения камеры сгорания, длительного ресурса работы и многократности использования. В целом показана полная реальность создания высокоэффективного ЖРД нового поколения и возможность перехода к полномасштабным конструкторским разработкам.
...В заключение необходимо отметить, что использование основных положений разработанной Центром Келдыша "Концепции" открывает перспективы создания нового поколения маршевых многоразовых двигателей, обеспечивающих:
- высокую надежность;
- простоту межполетного обслуживания и многократность использования;
- формирование многодвигательных резервируемых ДУ.
На базе подобных ЖРД (табл. 3) могут быть разработаны новые, экологиески безопасные, не требующие зон отчуждения, надежные и экономически эффективные РН с первой многоразовой ступенью, обеспечивающие снижение стоимости вывода КА почти вдвое.


Метан – последняя надежда? - свойства метана как горючего.
Вложение:
Sravnenie_kerosin_metan.gif

По мнению отечественных специалистов, использование сжиженного природного газа (метана) позволяет:
– обеспечить безопасность окружающей среды даже при аварийном сливе компонентов топлива;
– повысить удельный импульс тяги и улучшить энерго-массовые характеристики РН;
– повысить эффективность охлаждения камеры сгорания;
– упростить межпусковую обработку топливных трактов;
– снизить стоимость горючего;
– обеспечить длительность использования сырьевой базы при наличии больших природных запасов горючего;
– обеспечить доступность природного газа для любых национальных программ;
– облегчить создание двигателя любой принципиальной схемы (с окислительным или восстановительным газогенератором);
– использовать материалы, технологии и оборудование, присущие криогенной технике.
Занимая «нишу» между керосином и водородом, метан позволяет достаточно просто создавать двигатели любой принципиальной схемы: замкнутой с окислительным газогенератором (ГГ), замкнутой с восстановительным ГГ, открытой (незамкнутой) и даже такой экзотической для отечественного двигателестроения схемы, как т.н. «расширительная» или теплообменная, когда жидкий метан, проходя рубашку охлаждения камеры сгорания, газифицируется и вращает турбину ТНА, а потом сбрасывается в камеру сгорания и дожигается там.
В России ЖРД на природном газе и метане разрабатывают ИЦ имени М.В.Келдыша, НПО «Энергомаш», КБХиммаш, ФПГ «Двигатели НК», НИИМаш и КБ Химавтоматики.


Характеристики метановых двигателей
Вложение:
Metan.gif

Вложение:
Kerosin.gif



Разгонные блоки для РН Союз на высокоэффективном топливе
Вложение:
Razgonny_blok_Souz_metan.jpg



ОАО «Конструкторское бюро химавтоматики» - российский разработчик перспективного метанового ракетного двигателя.


Проблемы применения криогенных углеводородных топлив в высокоскоростных летательных аппаратах - преимущества использования пропана в качестве авиационного (и соответственно ракетного) топлива.

Сравнение стоимости ракетного топлива
Вложение:
Toplivo.jpg

В этой таблице стоимость метана(CH4) неоябъяснимо высока по сравнению с РГ-1(керосин) и NH3(аммиак). Более реальная оценка ИМХО здесь:
Статья на сайте Трансгаз
...Запасы нефти в России составляют около 8 млрд. тонн (7% мировых), а природного газа, причем в пересчете на нефтяной эквивалент более 150 млрд. тонн (около 40% мировых). Из нефти получают около 6% авиакеросина, а природный газ может быть почти полностью использован для получения криогенного топлива.
...В ближайшие 15-20 лет экономически целесообразно применение в транспортных системах главным образом СПГ. Это связано с тем, что в этот период цена ЖВ прогнозируется существенно более высокой по сравнению как с СПГ, так и с традиционными топливами. СПГ в свою очередь в 1,5-2раза дешевле авиакеросина. Меньшая стоимость СПГ в условиях нарастающего дефицита и дороговизны нефтяных топлив, в сочетании с перечисленными выше другими преимуществами криогенных топлив обусловливает необходимость развертывания работ по внедрению СПГ в авиационную и ракетно-космическую технику уже в ближайшем десятилетии.


Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: РН и РД на сжиженном газе
СообщениеДобавлено:  
Аватара пользователя

Сообщений: 2550
Москва, 09.09.16 - 14:07
Новый ракетный двигатель, работающий на метане, планируют совместно спроектировать конструкторские бюро (КБ) "Энергомаш" и КБ "Химавтоматики"....

Источник: http://rueconomics.ru/195276-na-prirodn ... y-deshevle


Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: РН и РД на сжиженном газе
СообщениеДобавлено:  
Аватара пользователя

Сообщений: 664
Куда? Raptor понятно куда, да и BE-4. А этот куда? Феникс на базе Союз-5 (с СПГ) мёртвый да и с тягой 85 надо их как на Falcon 9.


Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: РН и РД на сжиженном газе
СообщениеДобавлено:  
Аватара пользователя

Сообщений: 4598
Berkut писал(а):
Куда? Raptor понятно куда, да и BE-4. А этот куда? Феникс на базе Союз-5 (с СПГ) мёртвый да и с тягой 85 надо их как на Falcon 9.

85т - двигатель для "опытной" легкой рн
а потом на его основе двигатель второй ступени самое оно


Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: РН и РД на сжиженном газе
СообщениеДобавлено:  
Аватара пользователя

Сообщений: 4598
кстати да...
Изображение
Изображение


Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: РН и РД на сжиженном газе
СообщениеДобавлено:  

Сообщений: 234
Дело в том что у метана или СПГ практически нет выигрыша перед керосином. Всё преимущество в относительной чистоте для многоразового использования. Но это относительно. При нарушении режима горения сажи зело весьма много.


Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: РН и РД на сжиженном газе
СообщениеДобавлено:  
Аватара пользователя

Сообщений: 4038
Я думал, у СПГ следующие преимущества:
- Бо'льшая стабильность горения/возможность более глубокого дросселирования.
- Большая калорийность (за которую приходится платить более тяжёлыми баками, то на то и выходит)
- Низкая температура, что позволяет использовать для охлаждения не только окислитель, но и топливо.



_________________
Да будет судьба России крылата парусами!
Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: РН и РД на сжиженном газе
СообщениеДобавлено:  

Сообщений: 4106
ЦАРь писал(а):
Большая калорийность (за которую приходится платить более тяжёлыми баками, то на то и выходит)

Не выходит, считали же. Баки сейчас можно делать легкие, а преимущество в импульсе весьма ощутимое.


Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: РН и РД на сжиженном газе
СообщениеДобавлено:  

Сообщений: 234
крокодил писал(а):
ЦАРь писал(а):
Большая калорийность (за которую приходится платить более тяжёлыми баками, то на то и выходит)

Не выходит, считали же. Баки сейчас можно делать легкие, а преимущество в импульсе весьма ощутимое.

Адепт полон оптимизма? :mrgreen: Ибо этим занимается Маск? :D
Баки можно делать композитные и на карасин. Если уж делать то водородное. Но у водорода на первых ступенях тоже не шибко преимуществ.


Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: РН и РД на сжиженном газе
СообщениеДобавлено:  
Аватара пользователя

Сообщений: 4038
0,90 кг/л вонючка 318
0,82 кг/л керосин 335
0,42 кг/л ж метан 348
0,07 кг/л жидк Н2 428

Слева плотность (для НДМГ взято "индикативное" значение, вбирающее в себя ещё и разницу в плотности окислителей), справа - характерный удельный импульс двигателя на такой связке в вакууме.


Tau_0, про то, что неплохо бы использовать СПГ в качестве топлива, на этом форуме мы обсуждали как раз перед тем, как Маск об этом объявил. Так что это он - адепт :lol:
Только обсуждали мы это в контексте детонационных двигателей, потому что в метане детонация более предсказуемо себя ведёт. Во всяком случае, лучше, чем в керосине.



_________________
Да будет судьба России крылата парусами!
Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: РН и РД на сжиженном газе
СообщениеДобавлено:  

Сообщений: 423
Ну хорошо, Маска ты нанавидишь так что кушать на можешь, но что скажешь про Безос с его BE-4, европейцы и их Prometheus и КБХА с РД-0162/0164?


Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: РН и РД на сжиженном газе
СообщениеДобавлено:  

Сообщений: 234
Да с чего б его ненавидел? Просто кукла прикольная. Всё убыточно (в том числе скорее всего и флаконы - закрытость бухгалтерии "за". А в противном случае уличили бы, так как пришлось бы врать).
Касаемо Безоса и прочих то скорее всего мода - эффект барана. Все повалили. Но не понятно за каким выигрышем. Касаемо детонации то могет быть но делаются не детонационные на метане. Может выгоднее было бы типа синтинов...


Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: РН и РД на сжиженном газе
СообщениеДобавлено:  

Сообщений: 234
ЦАРь писал(а):
0,82 кг/л керосин 335
0,42 кг/л ж метан 348
Баки вдвое. А если это место занять керосином?


Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: РН и РД на сжиженном газе
СообщениеДобавлено:  
Аватара пользователя

Сообщений: 4598
Tau_0 писал(а):
А если это место занять керосином?


Это место просто керосином не займешь, кислороду тоже очевидно больше понадобится, а это - больше стартовая масса - больше масса конструкции понадобится...


Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: РН и РД на сжиженном газе
СообщениеДобавлено:  

Сообщений: 234
Leonar писал(а):
Tau_0 писал(а):
А если это место занять керосином?


Это место просто керосином не займешь, кислороду тоже очевидно больше понадобится, а это - больше стартовая масса - больше масса конструкции понадобится...

Да ясно что просто так не займёш. Одначе мощные движки у нас есть. Так и в чём же выгода метана? Водорода - ясно. И то наверху.


Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: РН и РД на сжиженном газе
СообщениеДобавлено:  
Аватара пользователя

Сообщений: 4598
Tau_0 писал(а):
Так и в чём же выгода метана?

для одноразовых в
ЦАРь писал(а):
Бо'льшая стабильность горения/возможность более глубокого дросселирования.



Что позволяет применять менее трудоемкое производство и более дешевые материалы для двигателей
ЦАРь писал(а):
- Низкая температура, что позволяет использовать для охлаждения не только окислитель, но и топливо.

Не совсем "низкая" температура, а большая теплоемкость метана.
+ метан в рубашке охлаждения можно газифицировать...
Ну и использовать в двигателях газогенератор со "сладким" газом (преобладание метана)
Что дает еще большую надежность ибо от него не бывает пожаров в двигателе и горячий тракт опять же не из "серебра" делать
А это опять же дешевле, чем с керосином возиться


Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: РН и РД на сжиженном газе
СообщениеДобавлено:  
Аватара пользователя

Сообщений: 4598
Tau_0 писал(а):
И то наверху.


И для метана на вторых ступенях тоже...
Уи заметно больше чем на керосине
Метановые двигатели проще сделать "несколько раз запускаемые в полете"
Ну и по сравнению с водородными гораздо более дешевле и гораздо более долгоживущие (но это к РБ)


Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: РН и РД на сжиженном газе
СообщениеДобавлено:  

Сообщений: 234
Заметно? Незначительно.

Керосиновые много раз не запускаются???


Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: РН и РД на сжиженном газе
СообщениеДобавлено:  
Аватара пользователя

Сообщений: 4598
Tau_0 писал(а):
Керосиновые много раз не запускаются???

Я так говорил?
Leonar писал(а):
Метановые двигатели проще сделать "несколько раз запускаемые в полете"


Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: РН и РД на сжиженном газе
СообщениеДобавлено:  
Аватара пользователя

Сообщений: 4598
Tau_0 писал(а):
Заметно? Незначительно.


Про уи?
Заметно...
2500м/с и 3100м/с земных
Не заметно?


Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: РН и РД на сжиженном газе
СообщениеДобавлено:  

Сообщений: 234
Leonar писал(а):
Tau_0 писал(а):
Заметно? Незначительно.


Про уи?
Заметно...
2500м/с и 3100м/с земных
Не заметно?
ЦАРь писал(а):
0,82 кг/л керосин 335
0,42 кг/л ж метан 348
2500? Врать нехорошо Кот...


Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: РН и РД на сжиженном газе
СообщениеДобавлено:  
Аватара пользователя

Сообщений: 4038
Те данные - оценка.

Нашёл другую оценку:

Изображение
При меньшем давлении в КС, удельный импульс СПГ выше на 6,2..15,5%

Встречаются оценки от 3,0%



_________________
Да будет судьба России крылата парусами!
Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: РН и РД на сжиженном газе
СообщениеДобавлено:  

Сообщений: 4106
При этом вес бака подчиняется куб-квадратному отношению, и на самом деле растет незначительно, особенно на больших ракетах.
Плюс это объем не всего бака, а только топлива. Окислителя все равно надо столько же примерно. Итого масса пустой конструкции вырастет процентов на 10.

А удельный импульс к нагрузке относится тоже нелинейно. 5% больше УИ это кажется 12-15% больше ПН.
Итого выигрыш метана очень заметен.


Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: РН и РД на сжиженном газе
СообщениеДобавлено:  

Сообщений: 234
крокодил писал(а):
При этом вес бака подчиняется куб-квадратному отношению, и на самом деле растет незначительно, особенно на больших ракетах.
Плюс это объем не всего бака, а только топлива. Окислителя все равно надо столько же примерно. Итого масса пустой конструкции вырастет процентов на 10.

А удельный импульс к нагрузке относится тоже нелинейно. 5% больше УИ это кажется 12-15% больше ПН.
Итого выигрыш метана очень заметен.
Тот же обьём керосин-кислорода, при более мощных двигателях ессно (кои имеются), и ПН ещё больше. Особенно с водородом наверху, где ему самое место (особенно с учётом того что мы не на экваторе).

При этом исключается попилище на разработке метанового двигателя. Что несёт немалую экономию. :mrgreen:


Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: РН и РД на сжиженном газе
СообщениеДобавлено:  

Сообщений: 234
ЦАРь писал(а):
При меньшем давлении в КС, удельный импульс СПГ выше на 6,2..15,5%

Встречаются оценки от 3,0%
Царь, а за счёт чего растёт УИ? Теплота сгорания метана? Молекулярные веса продуктов сгорания похожи ж...


Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: РН и РД на сжиженном газе
СообщениеДобавлено:  
Аватара пользователя

Сообщений: 4038
крокодил
При этом вес бака подчиняется куб-квадратному отношению
Ну да, +56%. Ещё и внешние стенки ракеты подрастут на 25%.
Итого, сухая масса ступени может вырасти максимум на четверть.

Я прикинул, масса топлива, которую мы экономим, перекрывает лишний вес баков раза в 4-5 минимум.

Tau_0
1. Калорийность топлива. Чем ниже молекулярная масса, тем больше водорода, тем выше калорийность.
2. При нестехиометрических смесях (с избытком топлива) выше скорость истечения газа (потому что молекулы этого газа легче, а импульс им дают тот же).
3. У земли почему-то разница очень высокая. Я не знаю, почему, но допускаю, что есть ещё какой-то неучтённый эффект.



_________________
Да будет судьба России крылата парусами!
Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: РН и РД на сжиженном газе
СообщениеДобавлено:  

Сообщений: 234
ЦАРь писал(а):
При нестехиометрических смесях (с избытком топлива) выше скорость истечения газа (потому что молекулы этого газа легче, а импульс им дают тот же).
Ярко выражено на водороде. Из-за избыточной энергии сгорания. Но при избытке метана будет сажа. И много.


Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: РН и РД на сжиженном газе
СообщениеДобавлено:  

Сообщений: 234
ЦАРь писал(а):
- Большая калорийность (за которую приходится платить более тяжёлыми баками, то на то и выходит)
А можно узнать при чём баки к калорийности?


Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: РН и РД на сжиженном газе
СообщениеДобавлено:  
Аватара пользователя

Сообщений: 4598
Tau_0 писал(а):
ЦАРь писал(а):
- Большая калорийность (за которую приходится платить более тяжёлыми баками, то на то и выходит)
А можно узнать при чём баки к калорийности?

Больший уи - компенсирует больший объем


Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: РН и РД на сжиженном газе
СообщениеДобавлено:  
Аватара пользователя

Сообщений: 4598
Tau_0 писал(а):
2500? Врать нехорошо Кот...


Давай свои цифири


Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
 Страница 1 из 2 [ Сообщений: 49 ]  На страницу 1, 2  След.

Часовой пояс: UTC + 3 часа



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Перейти:  
phpBB skin developed by: John Olson
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group

Вы можете создать форум бесплатно PHPBB3 на Getbb.Ru, Также возможно сделать готовый форум PHPBB2 на Mybb2.ru
Русская поддержка phpBB