Témata: Reálná spotřeba [kg/s] turbočerpadel (turbín) u raketových motorů
Pirochta - 6/10/2019 - 12:18
Kdesi kdysi jsem viděl srovnání úspory paliva u motorů s otevřeným a uzavřeným cyklem (myslím cca 30%).
Standardně spočítám spotřebu pro celý motor:
Spotřeba [kg] = tah [N] / Isp [Ns/kg] . cas [s]
Ač jsem prošel hodně různorodých zdrojů, tak exaktní informace, kolik který raketový motor spotřebuje paliva/okysličovadla pro pohon turbíny (turbočerpadla, či množství látky použávané pro ztrátové ochlazování, tak jsem nic nenašel a musel jsem se vrátit sem, kde je těchto informací na jednom místě nejvíce.
Takže pak se dočítám třeba pro RD-170:
Spotřeba paliva:
Generátor plynu 836 kg/s - počet 2, (celkem tedy 1672 kg/s?)
Spotřeba paliva motorem 2393 kg/s
Ale je velký rozdíl u sovětských/ruských motorů s uzavřeným cyklem a u motorů s otevřeným cyklem, takže tam se to ještě dělí na to, jestli dávají příspěvek k celkovému ISP (otázka je, jestli reálně nebo jen marketingově, což je třeba pro komerční společnosti otázkou přežití).
odhady by sa dali začať z prostého faktu, že dokonalým spálenim 1 kilogramu RP-1 a ~2,27 kg tekutého kyslíku sa získa ~42 MJ tepelnej energie - a 3,27kg spalín.
Ďalej sú už len staty:
- účinnosť turbíny
- požiadavka nízkej teploty plynov na vstupe do turbíny - max ~1400°C, reálne <900-1000°C, pritom normálna teploty vysokotlakého horenia zmesi RP+LOX je >3200°C
- požiadavka redukčného prostredia - teda prebytok paliva voči okysličovadlu
z druhej strany:
potrebujeme za sekundu prečerpať x kg paliva a okysličovadla pri nejakom výstupnom tlaku - na to potrebujeme výkon
P = q * p
kde q je prečerpávaný objem v m3, p rozdiel tlakov vstup-výstup v Pa,
hydrostatický tlak je p=ro*g*h kde ro - hustota, g - gravitačné zrýchleniem, h - výtlačná výška
čiže P = q* ro*g*h
keďže prečerpávaná hmotnosť m = q *ro (hmotnosť v kilogramoch), takže môžeme písať aj
P = m * p/ro
kde P je hydraulický výkon vo wattoch a "výkon na hriadeli" bude P=P*n, kde n je účinnosť čerpadla (30-80%, typicky ~60%)
od týchto dvoch vecí môžeme postupovať v odhadoch ďalej
petrpetr - 16/10/2019 - 04:54
Koukal jsem na firmu Barber-Nichols, která navrhuje turbočerpadla pro raketové motory v USA. A nic nepoví...Asi mají svá tajemství.
Turbočerpadlo je regulátor tahu raketového motoru a ten se mění v průběhu letu tudíž i spotřeba, případně poměr spotřeby turba X vlastní spalování.
Zajímavá společnost je https://www.sobriety.cz/cs/space
Jaký je váš názor na:
ELEKTRICKÁ ČERPADLA PRO VESMÍRNÉ APLIKACE
Komplikovaná architektura raketových motorů na kapalná paliva může být značně zjednodušena použitím vysokootáčkových synchronních motorů s permanentními magnety pro pohon čerpadla místo turbíny. Nový design se skládá z vysokorychlostního synchronního motoru, fluidního dynamického ložiska a inovativního těsnění.
Tj roztočit pomocí elektřiny motor do Ex, tj i čerpadlo a pak získávat energii na pohon motoru z energie letu nebo jinak?
Alchymista - 16/10/2019 - 09:48
Majme motor podobný F1 - prietok 2,5 tony paliva a okysličovadla za sekundu. Stredná hustota nech je ~1130kg/m3 (RP ~800kg/m3, LOX ~1,14kg/m3 pomer 1:2,25), tak v spalovacej komore 10MPa, na rozprášenie paliva na vstrekovacej hlave potrebujeme aspoň dvojnásobný tlak - 20MPa. Účinnosť čerpadla nech je štandardných 60%.
Z vyššie uvedeného: hydraulický výkon 44,247MW, potrebný výkon na hriadeli 73,746MW - čož celkom dobre korešponduje s údajom o F1, že výkon čerpadla bol 41MW
petrpetr - elektrické čerpadlá sa dajú efektívne použiť tam, kde vystačí výkon čerpadiel do stovky kilowatt, maximálne zlomkov megawatt, alebo sa vyžaduje extrémny rozsah regulácie, alebo veľmi dlhý beh motoru nízkeho výkonu. Problém je, že s rastúcim výkonom celkom rýchlo rastie hmotnosť elektromotorov i potrebných batérií - pre vyššie "spočítané" čerpadlo by bol potrebný elektromotor s výkonom 75MW a batérie v kapacitou 2,9MWh, schopné sa uplne vybiť za dve a pol minuty
Z opačnej strany - malé turbočerpadlové agregáty s výkonom desiatok kilowatt sú málo efektívne - majú veľké tepelné straty, a sú drahé, pretože výroba malých turbín vyžaduje vysokú presnosť a je aj materiálovo náročná (náročnejšia ako výroba väčších turbín). Navyše sa nedajú použiť niektoré inak bežné technologie, napríklad technologia vkladania lopatiek do rotorového disku a disk s lopatkami sa musí vyrobiť v kuse, čo opäť zvyšuje kusovú cenu i technologickú náročnosť.
Alchymista
Možná je to myšleno takto:
1. pohon LCH4/LOX
2. Každý raketový motor má 2 elektromotory-čerpadla, jedno pro LCH4, druhé pro LOX pro různé tlakové úrovně na výstupu do trysky jako u Raptoru
3. roztočí elektromotory-čerpadla na správné otáčky pomocí vnějšího kabelu+ pozemních externích frekvenčních měničů do velkých otáček a odpojí jej
4. spustí malou mikroturbínu na výrobu el. energie- palivo metan-kyslík (máme) a připojí k elektromotorům které jsou ve vysokých otáčkách, na udržování otáček je potřeba malý výkon ,
obdoba https://www.capstoneturbine.com/products http://www.ggcenergy.cz/produkty
5. Spustí podchlazené palivo a startují. Když se jen udržují otáčky motoru, tak by to neměl být problém pro elektromotory
Ty motory potom nemusí být extra velké.
takto to nefunguje
2) tlak na výstupe paliva aj okysličovadla musí byť vyšší ako tlak v spalovacej komore motoru, inak nie je možné rozprášenie zložiek v tryskách vstrekovacej hlavy a vytvorenie správnej zmesy.
3+4) nezmyselná úvaha - elektromotory sú v zábere nepretržite, zaťažené čerpadlami, z rôznych dobrých dôvodov budú čerpadlá zrejme trvalo zaplavené a pri rozbehu budú tlačiť čerpané komponenty do spätnej vetvy - regulácia a ventily k vstrekovacej hlave budú vo vysokotlakej časti za čerpadlom, nie v nízkotlakej pred čerpadlom.
"na udržiavanie otáčok je potrebný malý výkon" funguje len na motoroch bez záťaže, kedy záťaž tvoria aerodynamické odpory a trenie v ložiskách
5) ak máte zbytočné eletrické čerpadlo, môžete to vyskúšať - spustite ho naprázdno, vypnite elektromotor a nalejte do čerpadla vodu
Pozor pritom na nohy, ruky a iné telné prívesky!!
[upraveno 16.10.2019 20:27]
Alchymista - 16/10/2019 - 20:24
Pozrel som si odkazy - buď žartuješ, alebo vôbec nechápeš, o čom ide reč.
Sú to priemyslové spalovacie turbíny (teda v podstate prúdové motory) na plynné palivá, určené ako lokálne zdroje elektriny a tepla alebo ako záložné zdroje.
Jednomegawattová (elektrický výkon 1MW) váži s celým systémom vyše 17 ton. Pre náhradu turbočerpadlového agregátu motoru F1 ich treba 41 - cca 700 ton.
Tudyma cesta nevede...
petrpetr - 16/10/2019 - 20:25
Jaké zatížení máte? Rozdíl tlaku? Palivo netlačíte z 0 MPa-vaše voda. Není problém 120000 otáček/minuta. Váš příklad s čerpadlem není stejný.
Uzavírací armatury se neotevřou okamžitě....:-)
Zkuste si něco načíst o mikroturbínách, co dokáží. Je to opak elektromotoru. [upraveno 16.10.2019 20:48]
Alchymista - 16/10/2019 - 21:01
Dodávacie čerpadlo na dne nádrže, ak je použité, dáva na výstupe maximálne tak 1MPa. Zvyšok - teda zvýšenie tlaku na hodnoty potrebné na vstrekovanie do spalovacej komory dodáva turboagregát.
Pre predstavu, takto vyzerá hriadeľ kyslíkovej vetvy turboagregátu motoru RD-170, v skutočnom motore je turbína na "hornom konci"
Vpravo je turbína, v strede dvojstupňové skrutkové a odstredivé čerpadlo (vstup je zľava), vľavo "spodné" uloženie a prepojenie na hriadeľ čerpadla paliva.
Alchymista - 16/10/2019 - 23:22
Čo také mimoriadne mikroturbíny dokážu? Aký výkon na hriadeli dokážu vytvoriť? V čom je turbína opak elektromotoru?
V oboch prípadoch je ich úlohou hnať čerpadlo s obrovským prietokom a vysokým výstupným tlakom.
martinjediny - 16/10/2019 - 23:32
citace:...Zkuste si něco načíst o mikroturbínách, co dokáží. Je to opak elektromotoru. [upraveno 16.10.2019 20:48]
Musim ta upozornit na nepisane pravidla fora...
1/ s Alchymistom sa nehada
2/ s Alchymistom sa nehada... a ak predsa len, tak sa najprv snazim pochopit co odpise, dostudujem si temu a potom skusim, ci nahodou by som nemohol mat pravdu...
3/ uznat ze pravdu ma Alchymista nie je hanba. Je tu len malo tak erudovanych specialistov.
Ale pytaj sa ho dalej, lebo rad si citam jeho odpovede, takze aj dobry namet ma svoju cenu martinjediny - 16/10/2019 - 23:44
Zial, pri elektromotoroch sme schopny presiahnut 95% ucinnost. Supravodic narobi tolko konstrukcnych problemov, ze klesne ucinnost napr. vplyvom velkych medzier, sposobu chladenia,...
Takze pokial hovorime o profi vyladenom motore, tak tu je dalsi zasadny prielom az perpetuum mobile...
EDIT:
citace:
4. spustí malou mikroturbínu na výrobu el. energie- palivo metan-kyslík (máme) a připojí k elektromotorům které jsou ve vysokých otáčkách, na udržování otáček je potřeba malý výkon ,
ano, na udrziavanie volnobeznych otaciek je potrebny maly vykon. ale my chceme cerpat. takze E=pV . A tie megawaty E dododat musime ak chceme cerpat... [upraveno 17.10.2019 00:01]
Pirochta - 17/10/2019 - 00:04
Myslím že to napsal dobře Alchy. Všechno je to o tom, co z jednotky hmotnosti získáme. Tak to shrňme:
Elektromotor turbočepadla požadují výkon 70 MW. Tesla Powerpack mají běžně kapacitu 210 kWh, rozměry 1,31×0,82×2,19 metru a každý z nich váží přes 1620 kilogramů.
Pokud bychom použili sodík-niklchloridové baterie (či podobné), kde je teoreticky možných 792 Wh/kg / 6 min (tj. prakticky počítejme cca 500 Wh/kg) a vyšší provozí teplota (cca 300°C) se dá získat třeba z ochlazování trysky.
Další možností je setrvačník (viz rotační UPS). Ale už na 2 MW to je skutečná obluda a i kdyby se používal jako přímý náhon, tak si tak velkou hmotu roztáčenou na tak vysoké otáčky v prostředí boosteru nedovedu představit (a to potřebuji 35x). Možná v beztíženém prostředí, stejně jako dnešní gyroskopy. Výhodu to má, protože se roztočí u startu a pak by jel ty dvě minuty setrvačností, ale pokles otáček vytváří další problémy, nehledě na tu velkou hmotu a její moment, který by se musel nějak kompenzovat.
Vzhledem k tomu, že Rusko zveřejnilo patenty týkající se motorů na uzavřený cyklus, tak se všichni snaží vyrobit takovou slitinu, která vydrží to co sovětské/ruské turbočerpadla z roku 1970.
Tj. materiál s čistotou na atomární úrovni, třeba vyrobený z nějaké exotické slitiny titanu vyrobené těžko představitelným způsobem. https://www.teslarati.com/spacex-superalloys-raptor-rocket-engine-elon-musk/
Ale pořád to neřeší problém reálných parametrů spotřeby turbočerpadel, i když odhadové výpočty co tu dal Alchy je asi maximum, co je dostupné.
Alchymista - 17/10/2019 - 02:35
Pirocha - ja som vedel, že niekde mám PDF o motore F-1
"F-1 ENGINE FAMILIARIZATION TRAINING MANUAL"
Takže:
Thrust level (sea level) 1,522,000 pounds
Specific impulse (sea level) 265.3 seconds
Total propellant flowrate 5,736 lb/sec (40,644 gpm)
a. Fuel 1,754 lb/sec (15,606 gpm)
b. Oxidizer 3,982 lb/sec (25,038 gpm)
Mixture ratio 2.27:l
Expansion ratio 16:l
Thrust chamber pressure 1,125 psia
Thrust chamber temperature 5,970° F
Thrust chamber exit pressure (16:l) 9.6 psia
Fuel pump discharge pressure 1,870 psia
Oxidizer pump discharge pressure 1,602 psi
Gas generator flowrate 167 lb/sec (included in total)
a. Fuel 118 lb/sec
b. Oxidizer 49 lb/sec
Gas generator mixture ratio 0.416:l
Gas generator combustor pressure 980 psia
Gas generator temperature 1,453" F
Turbine speed 5,492 rpm
a. Time from turbopump initiation to rated speed 5.2 seconds
b. Time from cutoff to zero rpm 3.5 seconds
Turbine brake horsepower 53,146 hp
Nozzle extension coolant gas temperature 1,138' F
Hydraulic recirculation flowrate 11.6 +/-1.1 gpm at 1,500 psig
Engine dry weight (average) 18,619 pounds
údaje sú. len sa strašne blbo hľadajú. Aj v mojom bordelárskom archíve... [upraveno 17.10.2019 02:49]
Díky Alchymistovi za informace a vysvětlení. Když to shrnu, tak u motoru F1 je spotřeba paliva pro turbočerpadla zhruba 3% z celkového průtoku motorem (167 lb/s z 5736 lb/s) [cca 75 kg/s z cca 2600 kg/s].
Protože u raketového motoru platí že: průtok = tah / Isp , tak pokud známe tah motoru a jeho Isp, můžeme určit průtok paliva (plus okysličovadla) motorem (při daném tahu) a teď už i víme, že cca 3% z této hodnoty jde navíc do turbočerpadel pro plnění motoru palivem (a okysličovadlem).
Odpověď na původní otázku tedy je, že reálná spotřeba turbočerpadel u raketových motorů je cca 3% z celkového průtoku paliva motorem.
U motorů s otevřeným cyklem (spaliny z turbočerpadel jdou mimo motor) jsou to "ztráty" (vlastní spotřeba), zatímco u motorů s uzavřeným cyklem (spaliny jdou do motoru a jsou využity pro reaktivní pohon) tyto "ztráty" odpadají. Proto by motory s uzavřeným cyklem měly mít o něco vyšší Isp (než motory s otevřeným cyklem). Rozdíl by ale měl být menší než 5%.
Potřebný výkon čerpadel je u velkých raketových motorů obrovský (v desítkách MW) a zatím zřejmě nemáme efektivnější způsob jak takového výkonu dosáhnout (při minimalizaci celkové potřebné hmotnosti na ten výkon a odvedenou práci), než jsou právě turbočerpadla (tedy vlastně Petrovy "mikroturbíny" pohánějící přímo výkonná čerpadla).
Elektrický (a bateriový) pohon čerpadel bude zatím zřejmě vždy o dost hmotnější, než odpovídající kvalitní turbočerpadlo, ale u menších raketových motorů je realizovatelný (viz raketa Electron) a zvýšenou hmotnost může vynahradit svojí jednoduchostí, dostupností a asi i nižší cenou.
P.S.: "Opakem" elektromotoru je elektrický generátor ("alternátor" nebo "dynamo").
PinkasJ - 17/10/2019 - 09:36
Název tématu je „ Reálná spotřeba [kg/s] turbočerpadel (turbín)“. Věřím, že autor tématu myslel konkrétně turbiny, neboť u motorů s uzavřeným cyklem musí čerpadly vždy projít celé množství paliva a okysličovadla, které prochází spal. komorou.
Když vezmeme plno-průtokový (full flow) Raptor motor od Spx, všechno palivo i okysličovadlo prochází svými dvěma gas-generátory (preburnery) a svými turbinami do spalovací komory ve směšovacím poměru
Té spotřebě Kg/s ve výši 3% nějak nerozumím , nejde o potřebný výkon ? To by tam musela být ještě hodnota tlaku a ne jen kg/s
[upraveno 17.10.2019 14:05]
Petr_Šída - 17/10/2019 - 09:38
Alchymista a A Holub: díky za informace
Doplním že u malých výkonu muze ve prospěch elektromotorů hrát i konstrukční složitost turbín, tu nejde zmenšovat donekonečna lineárně, vždy tam musí být schopna odolat pracovním tlakům
U malé turbíny bych čekal, že poroste poměr váha vs výkon
U elektromotorů to poroste naopak při vyšších vykonech
Alchymista - 17/10/2019 - 10:34
Zaujímavý je aj pomer spotreby okysličovadla v oboch systemoch - 49:3933 lb - asi 1,245% - to hovorí o produkcii energie (podiele skutočne spáleného paliva).
V plynovom generátore teda zhorí len niečo cez 18% z celkovej dodávky paliva do generátoru(cca 21 zo 118 lb), zvyšok paliva slúži na schladenie spalín a zásadné zvýšenie prietočného množstva cez turbínu - samotné spaliny tvoria len 42% z celkového prietoku generátorom - 70 lb vs 167 lb - zvyšok je odparené palivo.
Turbína je dvojstupňová rôznotlaká, má dva obežné kolesá na jednom spoločnom hriadeli a dve rozvádzacie kolesá. Vstupný tlak je ~6,5MPa výstupný ~0,4MPa. Veľkosťou (skutočný priemer som nenašiel, v uvedenom manuále asi nie je) zapadá medzi vtedy (i dnes) bežné turbíny veľkých prúdových motorov - evidentne boli dosiahnuté materiálové pevnostné limity.
Za povšimnutie stoja aj údaje o rýchlosti rozbehu - 5,2 sekundy - a zastavenie - 3,5 sekundy - turbočerpadla. To bežný letecký motor napríklad vôbec nedokáže, pri rozbehu je 5-10 krát pomalší, pri dobehu "mnohonásobne" (dobeh je bežne vyše minúty).
------------------------------------------------------------
V čase, keď letel Ivan Bella, bolo publikovaných celkom dosť dosť podrobných materiálov o Sojuze, aj o motoroch RD-107/108. Tam sú tiež turbočerpadlá, ale sú poháňané plynom z rozkladu peroxidu vodíku.
Tiež by to bolo celkom dobré na porovnanie.
petrpetr - 17/10/2019 - 20:30
Alchymisto,nepochopil jsi.
Každý raketový motor by měl 2 menší elektromotory k čerpadlům a počet raketových motorů může být větší, tj. jejich velikost menší. Výhoda elektromotoru je, že reaguje velmi rychle-velký točivý moment. Spalovací mikroturbína s alternátorem by byla jen zdroj elektrické energie pro tyto elektromotory případně navrhněte jiný zdroj el. energie při letu a v kosmu. Na startu máme kabel, který elektromotory s čerpadly roztočí.
Mimochodem jsem se ptal, abych se dobral výsledku...odpověď byla hodna strojaře...
Mne zaujal hlavně zdroj: https://www.sobriety.cz/cs/space a navázání na ESA https://www.sobriety.cz/cs/ceske-firmy-jako-dodavatele-pro-esa
Cituji:
Naše dlouhodobá snaha o adaptaci technologie vysokootáčkových strojů do nových výrobků vyústila v roce 2017 dohodou s Evropskou kosmickou agenturou. Díky této iniciativě vzniknou elektrická čerpadla otevírající nové možnosti architektury motorů nosičů. Vyvíjíme elektricky regulované ventily umožňující řízení tahu raketového motoru, a to včetně řídicí elektroniky a softwaru.
Díky ESA projektům se Sobriety s.r.o. stává dodavatelem důležitých celků pro nosné rakety a přistávací moduly. Jako jediní v Evropě držíme klíčovou technologii pro řízení tahu motoru.
Nevíte někdo něco o podrobnostech? Vím, že dělají do mikroturbín, což byla doména americké armády (patenty). Také na mikroturbíny Capstone mají např. rusové embargo, třebaže je to vynikající zdroj el. energie, kde palivem je plyn a není potřeba olejový okruh, jen plyn (jakýkoli). Je to velmi spolehlivé.
citace:Pozrel som si odkazy - buď žartuješ, alebo vôbec nechápeš, o čom ide reč.
Sú to priemyslové spalovacie turbíny (teda v podstate prúdové motory) na plynné palivá, určené ako lokálne zdroje elektriny a tepla alebo ako záložné zdroje.
Jednomegawattová (elektrický výkon 1MW) váži s celým systémom vyše 17 ton. Pre náhradu turbočerpadlového agregátu motoru F1 ich treba 41 - cca 700 ton.
Tudyma cesta nevede...
Také mne zaujalo výše, teploty tekutého LCH4 a LOX umožňují chladit elektromotory se supravodivými magnety? -180C-obojí je v tekutém stavu a máme stabilní supravodivé magnety pro elektromotory...hmmm ptám se...
Nechtěli by jste postavit takovýto stroj?
Ještě: https://www.vutbr.cz/studenti/zav-prace/detail/108830?zp_id=108830&aid_redir=1 [upraveno 17.10.2019 21:57]
Alchymista - 17/10/2019 - 22:10
citace:Na startu máme kabel, který elektromotory roztočí.
zrejme stále nechápeš, že elektromotor nestačí len roztočiť na nejaké vysoké otáčky, ale že pri dodávke paliva do spalovacej komory musí byť nepretržite napájaný príkonom ekvivalentným hydraulickému výkonu pripojených čerpadiel.
citace: Výhoda elektromotoru je, že reaguje velmi rychle - velký točivý moment.
To je síce pravda, ale na "rýchlu reakciu" musí mať aj primerane dimenzovaný "tvrdý" zdroj, ktorý dokáže dodať potrebný prúd. A to v "izolovanom" systéme letiacej rakety nie je sranda.
Pokiaľ je od systému regulácie raketového motora požadované rýchla zmena výkonu, nerieši sa to zmenou výkonu čerpadiel, ale škrtiacimi ventilmi a spätnou vetvou.
Samotná idea systému spalovacia turbína - alternáto/dynamo - elektromotor - čerpadlo mi pripadá totálne nezmyselná. Nevidím jediný dôvod, načo tam má byť zaradený generátor a elektromotor, keď je roky rokúce overené, že to 100% funguje aj napriamo. A s vyššou energetickou účinnosťou.
Jedine... ak ako vymýšlanie kockatého kolesa za peniaze ESA.
Turboagregáty, ako napríklad vyššie uvedený z motoru F-1 má výkon 39,5MW - neviem si predstaviť elektromotor s porovnateľným výkonom, ktorý by bol schopný rozbehu na bezmála 5500 otáčok za minútu za 5,2 sekundy a zbrzdenia za 3,5 sekundy hoci len naprázdno bez záťaže, nie to ešte pod záťažou zaplavenými čerpadlami. A dosť pochybujem, že takéto turboagregáty je možné nahradiť rozumným počtom elektromotorov.
A nahradzovať jeden výkonnejší raketový motor veľkým množstvom malých motorov... To má zmysel jedine ak viem/dokážem vyrobiť malý motor a neviem vyrobiť väčší motor.
Alebo - čo je možno aj prípad motoru "Rutheford" - mám elektromotor, ktorý v nejakom "optimizovanom stave" veľkosť-výkon práve stačí na pohon čerpadiel pre motor takejto veľkosti.
To rozhodne je. pretože to, čo je nakreslené na obrázku osem je buď nakreslené špatne, alebo je to fyzikálny nezmysel.
Pirochta - 17/10/2019 - 22:49
Myslel jsem, že ty eletromotory jsou tu už off-topic. Protože nic smyslplného, co to bude napájet pro výkon v MW v řádu minut zatím není dostupné ve vhodné velikosti a hmotnosti (kromě toho oproti palivu ta primární hmotnost zůstává něměnná).
Jinak Alchy moc díky za ty paremetry k F-1, který je asi nejtypyčtějším představitelem.
Jak si tak počítám, tak asi někdě dělám třeba u té F-1 chybu.
Pokud vezmu, že generátor plynu má 31 000 liber tahu (138 kN) a turbína produkuje 55 000 koňských sil (40,452 kW), tak dostávám 3450 N.kW-1 a jsem o dva/tři řády jinde než u běžných proudových motorů.
Pravda, ty používají pouze kyslík z atmosféry, ale pořád je to nějak moc vzhledem k účinnosti.
petrpetr - 17/10/2019 - 22:51
citace:
citace:Na startu máme kabel, který elektromotory roztočí.
zrejme stále nechápeš, že elektromotor nestačí len roztočiť na nejaké vysoké otáčky, ale že pri dodávke paliva do spalovacej komory musí byť nepretržite napájaný príkonom ekvivalentným hydraulickému výkonu pripojených čerpadiel.
Ten výkon pod zátěží není tak extrémní, mikroturbíny to pokryjí- je to velmi tvrdý zdroj, který reaguje velmi rychle od 10-100 procent výkonu. Jen záleží na rychlosti rychlosti přísunu paliva/ kyslíku.
citace:
citace: Výhoda elektromotoru je, že reaguje velmi rychle - velký točivý moment.
To je síce pravda, ale na "rýchlu reakciu" musí mať aj primerane dimenzovaný "tvrdý" zdroj, ktorý dokáže dodať potrebný prúd. A to v "izolovanom" systéme letiacej rakety nie je sranda.
Pokiaľ je od systému regulácie raketového motora požadované rýchla zmena výkonu, nerieši sa to zmenou výkonu čerpadiel, ale škrtiacimi ventilmi a spätnou vetvou.
Samozřejmě škrtit palivo do trysky tak můžeš, ale motor přestane mít zátěž.
citace:Samotná idea systému spalovacia turbína - alternáto/dynamo - elektromotor - čerpadlo mi pripadá totálne nezmyselná. Nevidím jediný dôvod, načo tam má byť zaradený generátor a elektromotor, keď je roky rokúce overené, že to 100% funguje aj napriamo. A s vyššou energetickou účinnosťou.
Jedine... ak ako vymýšlanie kockatého kolesa za peniaze ESA.
Stejně tak je to u dieselelektrických lokomotiv. Vlak je opravdu těžký. Napřímo je to pěkné, takové strojařské, výhoda elektromotoru (možná navíc supravodivého) je nesporná a energetická účinnost je u elektromotoru vysoká, navíc se dá rychle ovládat.
citace:Turboagregáty, ako napríklad vyššie uvedený z motoru F-1 má výkon 39,5MW - neviem si predstaviť elektromotor s porovnateľným výkonom, ktorý by bol schopný rozbehu na bezmála 5500 otáčok za minútu za 5,2 sekundy a zbrzdenia za 3,5 sekundy hoci len naprázdno bez záťaže, nie to ešte pod záťažou zaplavenými čerpadlami. A dosť pochybujem, že takéto turboagregáty je možné nahradiť rozumným počtom elektromotorov.
A nahradzovať jeden výkonnejší raketový motor veľkým množstvom malých motorov... To má zmysel jedine ak viem/dokážem vyrobiť malý motor a neviem vyrobiť väčší motor.
Alebo - čo je možno aj prípad motoru "Rutheford" - mám elektromotor, ktorý v nejakom "optimizovanom stave" veľkosť-výkon práve stačí na pohon čerpadiel pre motor takejto veľkosti.
Není problém, mikroturbíny dávají až 120 000 otáček/min-možná i více a vysoký výkon který převádí na elektřinu , tím jsou vyjímečné-vzduchová ložiska. Opakuji, 1 menší raketový motor-2 elektromotory pro čerpadla.
Chtělo by to tady odborníka na elektromotory, jsou geniální...je to něco mezi elektro-strojní... Od dob Nikoly Tesly se jen kopíruje. petrpetr - 17/10/2019 - 22:56
Tady je to spíše strojařská party, proto se patrně neposuneme dále. Dobrou noc...
citace:Myslel jsem, že ty eletromotory jsou tu už off-topic. Protože nic smyslplného, co to bude napájet pro výkon v MW v řádu minut zatím není dostupné ve vhodné velikosti a hmotnosti (kromě toho oproti palivu ta primární hmotnost zůstává něměnná).
Jinak Alchy moc díky za ty paremetry k F-1, který je asi nejtypyčtějším představitelem.
Jak si tak počítám, tak asi někdě dělám třeba u té F-1 chybu.
Pokud vezmu, že generátor plynu má 31 000 liber tahu (138 kN) a turbína produkuje 55 000 koňských sil (40,452 kW), tak dostávám 3450 N.kW-1 a jsem o dva/tři řády jinde než u běžných proudových motorů.
Pravda, ty používají pouze kyslík z atmosféry, ale pořád je to nějak moc vzhledem k účinnosti.
martinjediny - 17/10/2019 - 23:49
citace:Tady je to spíše strojařská party, proto se patrně neposuneme dále. Dobrou noc...
...
skus trochu fyziky
1/ E=p*V
ked si navolnobeznych otckach tak nedodavas ziadne palivo o ziadnom tlaku, takze ani nepotrebujes ziadnu energiu.
Mozes byt spokojny s prekonanim trecich odporov.
2/ V okamihu beziaceho motora potrebujes MW energie pre cerpadlo.
Obvykle tie MW ziskas z turbiny, ale priamo.
Turbina o vykone MW moze rovno tocit cerpadlo o vykone MW.
(klasicke riesenie)
nechapem, preco za MW turbinu vrazis MW generator a za nim MW motor aby tocil cerpadlo. To mas dva tazke energeticke stroje navyse.
perpetuum mobile nemame. nestaci cerpadlo roztocit na zaciatku, aby dodavalo energiu naveky... t.j. aby dodavalo vela paliva s objemom V o velkom p teda aby z neho islo vela E...
a to je zmysel turbocerpadiel: vela V s velkym p...
[upraveno 17.10.2019 23:58]
Alchymista - 18/10/2019 - 00:53
Pirocha - vieš, kde je chyba?
Letecké motory sú z tohoto hľadiska výlučne "nízkotlaké" maximálne stlačenie za kompresorom je maximálne 25-30, obvykle tak do 10-15 (a motor R-15 z Mig-25 údajne len nejakých 4,5 - zvyšok dorovnáva náporové stlačenie). Takže na turbíne je tlakový spád maximálne 2-2,5MPa, skôr len <1-1,5MPa - u turbočerpadlového agregátu je to nejakých 6 MPa. Podobne je to so sekundovým prietočným množstvom - cez "bežný" letecký motor tečie asi tak pol kilogramu až kilogram paliva a nejakých 30-100kg vzduchu za sekundu (cez "horúcu časť", čo naháňa ventilátor okolo - nepočítam, môžu to byť násobky), cez turboagregáty je to napodiv dosť podobné množstvo - 30-70kg palivovej zmesi.
Ale vzduch je "okysličovadlo" mizerné, obsahuje skoro 80% balastu. Je však zadarmo, tak sa ním nešetrí.
Inak turbočerpadlá raketových motorov sú, čo sa týka merného výkonu a pracovných podmienok, asi "najextrémnejšie" stroje, aké dokážeme vyrobiť.
------------------------------------------------------------------
citace:Tady je to spíše strojařská party, proto se patrně neposuneme dále.
Náhodou...
fakt čiste náhodou mám výučný list v učebnom odbore elektromechanik pre stroje a zariadenia
a k tomu inžiniersky titul v odbore "letecký eletrotechnický a strojný"
Nechcem byť zlý, ale skutočne ako píše Martin - naučiť sa fyziku, matematiku a pochopiť terminologiu a princípy funkcie.
Programátor či "elektronik" je bez fyziky, matematiky a pochopenia "ako veci fungujú" užitočný asi ako básnik, dokonca ešte menej...
[upraveno 18.10.2019 01:48]
Petr_Šída - 18/10/2019 - 09:21
citace:Tady je to spíše strojařská party, proto se patrně neposuneme dále. Dobrou noc...
Dal se neposunete, dokud Vy budete ignorovat fyziku
Možná by bylo dobré si přiznat, že myšlenka, že které jste vyšel, byla špatná, nikdo Vám hlavu neutrhne
Představa roztočeného motoru na počátku, který s minimální spotřebou bude dodávat vysokotlakou směs do komory je asi tak stejně reálná, jako představa elektrickeho motoru auta roztočeného na zacatku externím zdrojem který pak dojede do Brna na normální autobaterií
Pokud je pro Vás problém počítat s tlaky a výkonem, tak si to prevedte na práci, energetický zdroj musí být schopna dodat větší množství energie, než je práce potřebná na natlačeni paliva do spalovací komory, přičemž ta práce spočívá ve vlastním posunu paliva a dále překonání tlaku v komoře
A aby to nebylo málo, tak na vykonání té práce nemáte neomezenou dobu, musíte ji vykonat všechnu za cca minutu
Takže fotovoltaický panel, nebo mikroturbina vám nepomohou, nemají dostatek okamžitého výkonu
Nebo si myslíte, že to, že se elektrika používá jenom na malých motorech je výsledek inženýrské nechuti k tomuto řešení?
PinkasJ - 18/10/2019 - 09:51
Re Alchymista: Mám podobnou historii: Na gymplu mně nejvíce zajímala fyzika, na VŠ elektrotechnické silnoproudé jsme měli i hodně strojařiny a také jsem se při ní 2 roky učil elektromechanikem.
Proto mně překvapuje, že nikdo se zde nezabývá tím, jak přesně zní téma, které otevřel pan Pirochta. REÁLNÁ SPOTŘEBA TURBÍN V KG /S. Místo toho se zde řeší potřebné výkony nebo příkony turbín. Myslím, že „spotřeba turbín v kg/s “ je zavádějící pojem , může jít jen o výkonové ztráty a ty u motorů s uzavřeným cyklem nemohou být vyjádřeny ve spotřebě paliva v kg/s. Nejlépe je to vidět ve funkčním schématu motoru Raptor, kde všechno palivo a okysličovadlo prochází turbinami do spalovací komory
[upraveno 18.10.2019 09:55]
alamo - 18/10/2019 - 10:11
Čosi by možno.. https://amp.reddit.com/r/RocketLab/comments/6dat2x/speculation_electron_heavy_capabilities/
"3 Booster version costs 14 million Dollars, or 24400 $ per kg"
Čo keby sme túto špekuláciu trochu vylepšili?
Síce o "elektro cross-fedd"?
Miesto "trubiek" na prečerpávanie paliva zo stupňa do stupňa, použiť "kábel" na vedenie elektriny?
Do tých navesených bočných stupňov, naložiť pár bateriek na viac a keď sa odpoja - "odpadnú" zostane centrálnemu stupňu batéria s plnou kapacitou.
Alchymista - 18/10/2019 - 13:32
PinkasJ - ja si myslím, že snaha odpovedať na Pirochovu otázku je. Aspoň u mňa. Problém je chronická údajová nedostatočnosť.
K Raptorom - aj tam môžeme o spotrebe čerpadiel uvažovať, v oboch vetvách sa spaluje malé množstvo jednej zložky malým množstvom druhej zložky a mieša s plný prietokom zložky. Prietoky/spotreby "menšinových" zložiek musia byť dobre spočítané, aby sa dosiahol žiadaný stav "tlak, teplota" čerpanej zložky - v oboch prípadoch je samozrejme odparenie a zahriatie na cca 450-500°C, lenže tepelné vlastnosti tekutého metanu a kyslíku sa líšia. Aj záťaže hydraulickými odpormi sú v kyslíkovej a metánovej vetve rozdielne, preto zrejme je podľa nákresu v metánovej vetve čerpadlo dvojstupňové, takže turbína musí mať iný výkon ako v kyslíkovej vetve.
Treba si uvedomiť, že stav zložiek (tlak, teplota) v momente vstupu do trysiek vstrekovacej hlavy má celkom zásadný význam na termodynamiku spalovania v motore a parametre spalín tečúcich kritickým prierezom - a to má zasa rozhodujúci význam pre špecifický impulz motoru.
alamo - ono to nejak podobne zrejme funguje aj u Electronu, Na ruskej wiki o druhom stupni píšu, že má tri batérie a dve z nich po vyčerpaní odhodí.
Ступень оборудована тремя литий-ионными батареями для питания электропривода топливного насоса двигателя, 2 из них сбрасываются после исчерпания, позволяя снизить сухую массу ступени.
Petr_Šída - 18/10/2019 - 18:54
tak jest, baterie se u Elektronu odhazují, dokonce je to vidět při přenosu ze startu
petrpetr - 18/10/2019 - 20:05
Vím, jsem tím protivný, ale stále se nevzdávám myšlenky supravodivých elektromotorů pro čerpadla
1. Máte chlazení od paliva -180--190 C -je dostačující pro stabilní supravodiče
2. Máte motory se supravodiči, které mají daleko vyšší výkon na 1kg nežli klasické elektromotory. K supravodivým elektromotorům je stejně informací jako k turbínám.
pirochta se ptal na turbodmychadla, ale jak píše Alchymista, informací je zoufale málo, nové vlákno se mi ale nechce zakládat.
Díky, že mi neutrhnete hlavu , chci se jen dobrat toho, jak to ve skutečnosti je.
Alchymista - 18/10/2019 - 20:41
Supravodivosť... Čo na to magnetické polia? Oni sa nie celkom znášajú a motory sú vyslovene o interakcii magnetických polí... [upraveno 18.10.2019 20:42]
Pirochta - 18/10/2019 - 23:26
citace:Vím, jsem tím protivný
Ano, totálně bouráš toto vlákno. To je tak těžké si založit vlastní? Fakt to nedá moc práce. Tady se řeší reálná spotřeba v kg/s a ne v ampérech.
Alchy, ano, uvažoval jsem o tom, že s kyslíkem to bude určitě o řád více, ale popravdě o několik řádů mi to přišlo jako úlet, tak jsem se raději zeptal.
Bohužel nemám nikde nákres turbočerpadla od F-1 na rozdíl od zbytku motoru, ale tady je hezký řez turbočerpadla RL-10
Jen jak se udělá lehko chyba, když se něco počítá a pořád se musí dávat pozor také na jednotky. Tj. jak je důležité provázání matematiky s fyzikou, nejlépe už při výuce pomocí jednotných osnov, aby si bylo možné matematickou formulaci dobře představit (tedy pokud to jde).
hodnoty pro F-1 (zdroj Alchy):
Total propellant flowrate 5,736 lb/sec (40,644 gpm)
a. Fuel 1,754 lb/sec (15,606 gpm)
b. Oxidizer 3,982 lb/sec (25,038 gpm)
Mixture ratio 2.27:l což sedí.
Na wiki: udávají toto v litrech
58.560 RP-1 (0.81–1.02)
93.920 O2 ( nezapomenout vynásobit 1,429 [kg/m3] - tj. mnohem větší namáhání turbočerpadla) https://en.wikipedia.org/wiki/Rocketdyne_F-1
Alchy, nemáš ještě hodnoty dodávky paliva třeba pro RD-170? Já mám pouze souhrnné hodnoty, tak bych si je ověřil.
PinkasJ - 19/10/2019 - 07:19
Teprve tedˇjsem pochopil, že panu Pirochtovi asi šlo o průtoky paliva čerpadly a ne o nějakou vnitřní spotřebu, tedy ztráty. Ty mohou být jen u motorů s otevřeným cyklem
martinjediny - 19/10/2019 - 15:14
Turbocerpadlo nie je tak jednoduche optimalizovat. Kto videl niekedy turbinu v elektrarni vie, ze ta najvacsia najtazsia je nizkotlaka, ktora obvykle prispieva najmenej. Je otazka, aky vystupny tlak je este vzhladom k hmotnosti turbiny efektivny. Toto je super zvladnute pri uzavretom cykle, lebo vystup je vysokotlaky.
V pripade otvoreneho cyklu je zas otazka vystupneho tlaku,lebo pri vsokom tlaku mozem pouzit pomocnu trysku,ktora zvysi isp,alebo mozem vytazit tlakovy spad, t.j. lepsie vyuzitie paliva potom vsak uz nasleduje len vyfuk.
Pri fyzikalne idealnych motoroch by nemal byt rozdiel isp pri uzavretych a otvorenych cykloch. Pretoze vsak motory idealne niesu, a nepozname fylozofiu konstruktera, tak spotrebu turbocerpadiel mozme len odhadovat.
Turbocerpadlo s vyssou spotrebou moze zas viac prispievat isp. Preto porovnanie spotreby nemusi byt vypovedne...
petrpetr - 19/10/2020 - 09:55
Ahoj,
Potřeboval bych pomoci se přibližným spočtením specifického impulsu a tahu.
SpaceX má raketové motory Raptor, které vylepšuje.
Tvrdí, že používají jako palivo methan x kyslík v poměru 1:3,8
Vlastnosti methanu jsou známé: https://cs.wikipedia.org/wiki/Methan
i odhad tahu a specifického impulsu:
Atmosférický motor, který má mít ve vakuu specifický impuls 356 s, tah by měl být 2,5 MN.[34] Druhá bude vakuová varianta, která by měla dosáhnout specifického impulsu 380 až 382 s viz wiki
Potřeboval bych pomoci s výpočtem obdoby raptoru, ale když spaluji ethan x kyslík v poměru 1:5
Zároveň se vylepší těžistě Starship a SH směrem nahoru. Kapalný ethan je o hodně těžší na m3 nežli methan dle wiki.
Samozřejmě dají se destilovat i propan, butan. Tam ale teplota tání je o hodně vyšší nežli teplota varu kyslíku. U ethanu je rozmezí, kde může být ethan kapalný a zároveň kyslík.
Je to mezi −183,3 °C / −182,95 °C tudíž cca - 183 °C. Tlak kapalného ethanu a kyslíku předpokládejme jako u SS 6 MPa.
Samozřejmě destilovaná směs ze zemního plynu methan+ethan má jiné vlastnosti. A je možno měnit vlastnosti.
Zajímá mě specifický impuls-tah motoru. Dle mne vyjde Tah motoru a Specifický impuls lépe pro ethan.
Alchymista - 19/10/2020 - 10:29
špecifický impulz sa počíta cez efektívnu výtokovú rýchlosť, tá z maximálnej výtokovej rýchlosti, a tá zasa z teploty a tlaku v spalovacej komore a zloženia spalín. Keď sa to spojí s prietočným množstvom, dopočítaš sa k ťahu. Ale vzorce z hlavy neviem.
Podstatná je zrejme práve teplota horenia rôznych zmesí paliva a okysličovadla (alebo efektívna teplota na kritickom priereze trysky?)
s výhrevnosťou z "energetických stránok" odporúčam operovať veľmi opatrne - neberie sa tam do úvahy potrebný kyslík. Lenže v rakete nie je kyslík zadarmo, takže to celé treba prepočíať nie na kilogram paliva, ale na kilogram palivovej zmesy a to sú potom už CELKOM INÉ ČÍSLA.
[upraveno 19.10.2020 10:38]
petrpetr - 19/10/2020 - 16:20
Díky Alchymisto, můžu se o to pokusit.
Mě hlavně zajímalo , pokud vím, že metanový motor Raptor na SS spaluje směs methan+kyslík 1:3,8 o váze 1 jednotky a ziskám energii E, kolik musím nést směsi ethan + kyslík abych získal stejnou energii.
vyšla mi potřeba směsi ethan- kyslík paliva cca 56 procent při stejné dosažené energii.
Neviem, ako si to počítal, takže neviem povedať či správne...
Správny (podľa mňa) postup:
- mám výhrevnosť 1kg paliva
- spočítam hmotnosť zmesy z 1 kg paliva a x kg kyslíku podľa zmiešavacieho pomeru v motore - ten pomer takmer nikdy nie je stechiometrický, spaliny sú buď "oxidačné" alebo "redukčné"
- výhrevnosť 1 kg paliva (energiu získanú spálením) vydelím celkovou hmotnosťou palivovej zmesi s 1 kg paliva a získam energiu z 1 kg palivovej zmesy
Tieto energie môžem priamo porovnávať, pretože zloženie spalín je podobné, ale ďalej to bude asi trochu zložitejšie.
horenia metanu: CH4 + 2.O2 -> CO2 + 2.H2O => 12+4x1 + 2x2x16 = 16 + 64
-> 10001,8kJ/kg stechiometrická palivová zmes 1:4
-> pomer v Raptore je 1:3,8 - to je teda redukčná zmes a palivová zmes má len 9597,7kJ/kg
horenie vodíku 2.H2 + O2 -> 2.H2O -> 2x2x1 + 2x16 -> 4 + 32
-> 13 283,3kJ/kg stechiometrická palivová zmes 1:8
-> SSME mali pomer 1:6 - teda silne redukčnú zmes a len 11207,8kJ/kg
navyše - wiki uvádza výhrevnosti pre plyny, takže to treba ešte opraviť o energiu spotrebovanú na odparenie oboch zložiek [upraveno 19.10.2020 19:43]
ps: budem rád, ak to niekto skontroluje [upraveno 19.10.2020 19:44]
petrpetr - 19/10/2020 - 20:41
Alchymisto děkuji. Někde jsem udělal chybu. Nejsem dobrý počtář.
Šel jsem na to opačně, tvůj výpočet je logický.
Budu porovnávat stechiometrické směsi
10097/10001,8=101 procent.
O málo vyšší výkon...
Úspora objemu nádrže uhlovodík, protože etan má větší hustotu než metan:
0,544 (spíš více, teplota -88,5)/0,422 62 g/cm3 (teplota -161,6)= 129 procent či spíše více kvůli rozdílným teplotám.
Úspora váhy nádrže.
U Kyslíku bude menší nádrž:
3,733/4= 93 procent. Úspora váhy.
Etan je běžná surovina. Známe dobře polyetylén.
Zase se mohu mýlit, ale tady mi to připadá logické.
Proti tomu stojí obdobný motor jako raptor.
Nespaluje Musk vyšší uhlovodíky?
Díky Petr
martinjediny - 20/10/2020 - 01:03
citace:...
horenia metanu: CH4 + 2.O2 -> CO2 + 2.H2O => 12+4x1 + 2x2x16 = 16 + 64
-> 10001,8kJ/kg stechiometrická palivová zmes 1:4
-> pomer v Raptore je 1:3,8 - to je teda redukčná zmes a palivová zmes má len 9597,7kJ/kg
...
btw. to redukcne horenie, potrebne pre ochranu motora zas nie je az tak nevyhodne.
pri stechiometrii 1:4 mam energie 10097 kJ/x.
ale ak mam raketu o nosnosti paliva 4+1=5, tak pri stechiometrii 1:3,8 mozem naplnit nadrze na 1,04+3,96=5, co bude 9981 kJ/x a to uz nemusi byt az tak nevyhodne, nehovoriac o nizsej molovej hmotnosti a vyssiemu stupnu volnosti dvojatomoveho CO voci CO2...
Potom miesto porovnania 10097kJ/kg voci 9597,7 kJ/kg (samozrejme sravne)
Je vypovednejsie 10097 kJ/x voci 9981 kJ/x (vzhladom k zachovaniu C)
petrpetr - 20/10/2020 - 03:16
Alchymisto, Martine, díky,
Chybu jsem udělal v poměru paliva, kde jsem si řekl, že na spálení 1 molekuly C2H6 potřebuji 5 molekul kyslíku, což je poměr 1:5 (správně). Stechiometrický poměr ale tvým výpočtem vyšel 1:3,733.
Učím se to.
Těžko pochopitelné pro běžného smrtelníka jako jsem já. Nejsem výpočtář tlakových poměrů ve spalovacích motorech. Chemii rozumím na úrovni střední školy, možná trochu líp.
Souhlasím , že poměr směsi bude redukční. Protože jsem mohl srovnávat stechiometrické směsi, tak jsem je použil.
Kouzlo ethanu oproti methanu je dle mne v molekule 2x 0-C-0, která vznikne a vydá z chemické reakce velké množství energie.
Přišel jsem nato z tabulky výhřevnosti jednotlivých uhlovodíků: https://cs.wikipedia.org/wiki/V%C3%BDh%C5%99evnost
a vím z plynařiny, že ruský plyn je výhřevnější o 10 procent nežli americký. Je to o obsahu vyšších uhlovodíků. 10 procent je moc.
Propan, butan jsou na tom ještě lépe ale nesbíhají se při stejném tlaku s kyslíkem jako kapalina. Také se ale možná mýlím a při vysokých tlacích se to chová jinak.
U ethanu + kyslíku platí že do teploty −182,95 °C je kyslík ještě kapalný a ethan tuhne při −183,3 °C, je tam 0,3 C souběh.
Při jiných tlacích paliva to může být jinak a rozpětí teplot, kdy obě složky jsou kapaliny, větší.
Stejně jako je voda při vysokém tlaku kapalná klidně při 350 C aplikace v horkovodu. V něm je horká voda a ne pára.
Tudíž když kyslík natlakuji o málo méně než ethan, tak si to rozpětí kapalina kyslík x kapalina ethan zvětším. Alespoň se tak domnívám.
Chce to odborníka, což vy jste.
Na mne je to vyšší dívčí....
Alchymisto, Martine, vidíte, jaké úspory na nádrži změna uhlovodíku dělá? Nebo spíše se zvýší objem paliva?
Motor na ethan by měl být dtto jako raptor nebo prometheus.
[upraveno 20.10.2020 04:58]
Alchymista - 20/10/2020 - 17:53
tekutý metán - 0,422 g/cm^3 pri −162°C a 0,1MPa
tekutý etán - 0,544 g/cm^3 pri -88,5°C a 0,1MPa
tekutý kyslík - 1,141 g/cm^3 pri -182°C a 0,1MPa
Ty se dají zanedbat i vyšší U, protože jich je málo proti ethanu.
V zemním plynu je až 6 procent vyšších uhlovodíků, hlavně ethanu destilace musí probíhat pod tlakem, aby se dal separovat methan a ethan.
Teplota vznícení:
Methan: 600 C
Ethan: 515 C
Ten rozdíl mezi Raptorem na methan nebo ethan je minimální, ale získaná energie na kilogram paliva je úplně někde jinde.
Je to pouze o poměru stechiometrické/redukční směsi.
Alchymisto, Opravte mne, pokud se mýlím.
[upraveno 20.10.2020 23:02]
martinjediny - 21/10/2020 - 21:53
citace:...Jde vidět, že methan, ethan a kyslík stlačené na 6 MPa jsou v rozsahu -118 C:-182 C kapaliny.
tak sa trochu pozastavim nad 6MPa... preco takyto tlak?
ak mam tlak vacsi ako 0,9MPa, tak uz nepotrebujem turbocerpadla (Falcon1). https://en.wikipedia.org/wiki/SpaceX_Kestrel
Nadrz na 6MPa je fakt tazka...
este aj SRB motory mali tlak v komore "len" 4,6MPa...
ono kazde riesenie je zatial kompromisom mozneho. a vzhladomna na ciel letiet je alfou a omegou ciolkovskeho rovnica...
petrpetr - 22/10/2020 - 05:53
citace:
citace:...Jde vidět, že methan, ethan a kyslík stlačené na 6 MPa jsou v rozsahu -118 C:-182 C kapaliny.
tak sa trochu pozastavim nad 6MPa... preco takyto tlak?
ak mam tlak vacsi ako 0,9MPa, tak uz nepotrebujem turbocerpadla (Falcon1). https://en.wikipedia.org/wiki/SpaceX_Kestrel
Nadrz na 6MPa je fakt tazka...
este aj SRB motory mali tlak v komore "len" 4,6MPa...
ono kazde riesenie je zatial kompromisom mozneho. a vzhladomna na ciel letiet je alfou a omegou ciolkovskeho rovnica...
u mne chyba, SS bude natlakován palivem 6ti bary, desetina.
Někde byla chyba v údajích z netu a neuvědomil jsem si ten tlak.
Jinak jsem byl přesvědčen UI, že methan je lepší nežli ethan jako palivo.
Isp výpočet raptoru mi zatím neukázal.
Alespoň teoretický Isp:
Ethan/LOX má ISP (vac) nějakých 364 metan/LOX nějakých 368, takže co do ISP je na tom metan o trochu lépe.
Je to z elonx.cz
S ciolkovského rovnicí souhlasím , je to to nejdůležitější.
Alchymista - 22/10/2020 - 09:18
Výhodnosť-nevýhodnosť toho-ktorého paliva je zložitá otázka.
Ide tam o detaily - je to napríklad otázka viskozity tekutín, chovania kvapaliny ako mazadla (ložiská turbočerpadiel sú mazané a chladené čerpanými kvapalinami), tvorba polymerických reťazov ("asfaltov") pri vysokom tlaku a teplote (palivo chladí spalovaciu komoru a trysku motora)...
Tiež obecné chovanie pri vysokom tlaku je dôležité - Ak má byť tlak v spalovacej komore 6MPa, tak turbočerpadlá musia dávať tlak najmenej dvojnásobný, skôr ešte vyšší, pretože na tryskách vstrekovacej hlavy spalovacej komory sa musia palivové zložky rozptýliť dostatočne jemne do prostredia s vysokým tlakom.
Čiže lepšie Isp samotné stačiť ako "výhoda" nemusí.
Navyše - metán je zaujímavý aj preto, že sa dá pomerne jednoducho syntetizovať z vody a CO2 v podmienkach ISRU a je s ním o hodne jednoduchšia práca (a skladovanie) ako s vodíkom. Výhoda jednoduchej výroby ISRU u etánu platiť nemusí, respektíve bude zrejme zložitejšia ako u metánu
petrpetr - 22/10/2020 - 13:47
Diky za osvětlení. Ethan je destilovan ze zemniho plynu a je ho dost.
Vypocet Isp raketoveho motoru s ethanem neumím. Je to o navrhu.
Chtel jsem se odpichnou od raptoru, ale zastavil u tlaků u horaku a na konci trysky. To je na modelování v ansysu.
quote]Výhodnosť-nevýhodnosť toho-ktorého paliva je zložitá otázka.
Ide tam o detaily - je to napríklad otázka viskozity tekutín, chovania kvapaliny ako mazadla (ložiská turbočerpadiel sú mazané a chladené čerpanými kvapalinami), tvorba polymerických reťazov ("asfaltov") pri vysokom tlaku a teplote (palivo chladí spalovaciu komoru a trysku motora)...
Tiež obecné chovanie pri vysokom tlaku je dôležité - Ak má byť tlak v spalovacej komore 6MPa, tak turbočerpadlá musia dávať tlak najmenej dvojnásobný, skôr ešte vyšší, pretože na tryskách vstrekovacej hlavy spalovacej komory sa musia palivové zložky rozptýliť dostatočne jemne do prostredia s vysokým tlakom.
Čiže lepšie Isp samotné stačiť ako "výhoda" nemusí.
Navyše - metán je zaujímavý aj preto, že sa dá pomerne jednoducho syntetizovať z vody a CO2 v podmienkach ISRU a je s ním o hodne jednoduchšia práca (a skladovanie) ako s vodíkom. Výhoda jednoduchej výroby ISRU u etánu platiť nemusí, respektíve bude zrejme zložitejšia ako u metánu
Náhodou... 
