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?
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]
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.
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.
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.
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]
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.
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
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...
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.
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.
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
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?
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)
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.
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.
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...
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.
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
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
, chci se jen dobrat toho, jak to ve skutečnosti je.