Kosmonautika (úvodní strana)
Kosmonautika@kosmo.cz
  Nepřihlášen (přihlásit)
  Hledat:   
Aktuality Základy Rakety Kosmodromy Tělesa Sondy Pilotované lety V Česku Zájmy Diskuse Odkazy

Obsah > Diskuse > XForum

Fórum
Nejste přihlášen

< Předchozí téma   Další téma >
Téma: termální
04.5.2005 - 09:51 - 
Nevýte zda by nešel zvýšit specifický impuls vstřikováním kapalného dusíku? 
04.5.2005 - 17:13 - 
Nešlo. Dusík má příliš velkou molekulovou i atomovou hmotnost (28 resp 14). Nejvýhodnější pro chemické pohony je kombinace H2 + O2, o něco víc H2 + F2 nebo H2 + F2O, ve všech případech s velkým přebytkem vodíku. První kombinace se běžně používá (tedy pokud se zvládne kryogenní technika), další dvě jsou sice výkonnější (o dost větší spalné teplo, horší tj. o něco málo vyšší průměrná molekulová hmotnost spalin, čistý zisk je však přesto vzrůst specifického impulsu).

Pro typický (srovnatelný) provoz při 7 MPa tlaku ve spalovací komoře a práci na hladině moře vychází teoretický Isp:

H2 + O2 ... 3835 N.s/kg
H2 + F2 ... 4020 N.s/kg
H2 + F2O ... cca 4150 N.s/kg

Kdyby se místo přebytku vodíku použilo 25 % dusíku, tak by Isp klesl nejméně o 10 %.

 
04.5.2005 - 17:31 - 
Ještě k tomu přebytku vodíku. Důvody jsou dva:

a) Přebytek paliva nad okysličovadlem způsobí, že plamen uvnitř spalovací komory a trysky je redukční, tzn. že nepoůsobí oxidačně na konstrukční materiály komory (je to něco podobného, jak když v atogenu použijete naopak nedbytek kyslíku nad acetylenem, tak plamen železo řežem[=spaluje], zatímco při mírném nadbytku acetylenu nad kyslíkem železo jen taví a svařuje);
b) Nadbytek vodíku snižuje velice dramaticky molekulovou hmotnost spalin (atomární vodík má at.hm. 1, molekulární vodík 2)

Pro hoření vodíku s kyslíkem potřebujete podle rovnice 2H2 + O2 = 2 H2O poměr 4 kg vodíku na 32 kg kyslíku; v motorech se většinou však používá poměr 10 : 32 až 14 : 32, tedy 2,5násobek až 3,5násobek stechiometrického poměru vodíku ke kyslíku. Kdybychom neuvažovali tepelnou disociaci molekul vody a plnou disociaci molekul vodíku na atomární, pak by průměrná molekulová hmotnost spalin na jednotku jejich hmotnosti byla při poměru 4 : 32 (tedy ve stechiometrickém poměru) 18.0, při nadbytku 2,5x by byla 16.4, při nadbytku 3,5x by byla 14.3. Problém zvyšování množství nadbytku vodíku je na druhé straně omezeno enormním vzrůstem objemu nádrží vodíku a tedy hmotnosti konstrukce, takže existuje určitá optimální hranice, zejména u nižších stupňů nosných raket.
 
04.5.2005 - 18:14 - 
quote:

b) Nadbytek vodíku snižuje velice dramaticky molekulovou hmotnost spalin (atomární vodík má at.hm. 1, molekulární vodík 2)


Diky za vysvetleni, nicmene mi porad neni jasny duvod snizovani molekularni hmotnosti spalin a tim mozna i jejich rychlosti a tim i ISP. Redukcni ucinek je jasny. Mozna ten vodik snizuje teplotu spalin aby se chranila tryska?
A proc Delta IV vypousti pred startem tolik vodiku? Aby ochladila palivovy system a protoze se cerpadlo vodiku je vetsi? Nebo je tam i jiny duvod?
 
04.5.2005 - 22:29 - 
Ještě k tomu přebytku vodíku. Skutečně teplota ve spalovací komotře o něco málo poklesne, ale důležité je to REDUKČNÍ prostředí, aby se nepropálily stěny (i když by byly chlazené, což u větších kapalinových motorů - s výjimkou někdy vnějších částí expanzní trysky je vždycky), tak by OXIDAČNÍ prostředí způsobilo, že kov shoří jak papír.

Co se týče vlivu průměré molekoveé hmotnosti spalin. Uvědomte si, že v chemickém raketovém motoru se přeměňuje tepelná energie vzniklá hořením paliva s okysličovadlem na kinetickou energii vytékajících plynů. Je to celkem komplikovaná termodynamická úloha, ale pro zjednodušení si uvědomte, že kinetická energie je rovna

E = (1/2).m.v^2

A Isp není vlastně nic jiného než (efektivní) výtoková rychlost plynů z expanzní trysky (to je to v ve vzorečku).
Když budu mít dané E (to je dáno spalným teplem pro danou kombinaci paliva a okysličovadla), tak čím budu mít menší m (hmotnost a tedy průměrná molekolová hmotnost spalných plynů), tím mi vyjde v na druhou větší. Pokud bych zmenšíl m dvakrát (to ale je nereálné, uvádím to jenom jako příklad), vzroste mi rychlost 1,4 x (druhá odmocnina ze dvou). Jinak snížení molekulové hmotnosti o 10 % způsobí vzrůst v a tedy Isp zhruba o 5 %.
 
05.5.2005 - 10:13 - 
Aha, sice musim tahnout nejakou mrtvou vahu vodiku navic, ale asi tam existuje nejake optimum, kdy se to jeste vyplati. Dik.
A co s tim vypoustenim vodiku pred startem?
 
05.5.2005 - 13:05 - 
quote:

A co s tim vypoustenim vodiku pred startem?


Jde zase o dvě věci:

1) Během předstartovních příprav při zahájení plnění nádrží se vodíkové nádrže nejprve profouknou plynným dusíkem, pak se začne napouštět kapalný vodík. Protože nádrže jsou prakticky na normální teplotě, tak se okamžitě vyvařuje a u většiny raket se cirkuluje zpět jako plynný vodík do zásobníku. Teprve potom, co se nádrž vychladí, proběhne vlastní tankování. Ale i potom dochází vzhledem k přestupu tepla i přes izolaci nádrží k odpařování vodíku, který se zase cirkuluje až do okamžiku, kdy se začnou tlakovat nádrže na provozní hodnotu vnitřního přetlaku. To se už cirkulace vypne a funguje jen přetlakový ventil, který odpouští vodík, většinou ven (U nádrže ET je nahoře nad ET nasazen takový klobouk, kterým se z přetlakového ventilu vodík sbírá (odsává), aby někde v okolí nevznikla nebezpečná koncentrace vodíku a tedy výbušná směs). U nové Delty podrobnosti nevím.

2) Před startem motorů se vždy opět palivové cesty profukují chladným inertním plynem a těsně před zážehem se prostříknou kapalným vodíkem, by se všechno vychladilo na provozní hodnotu. To by mohl být ten oblak sražené vodní páry dole. Navíc to má ještě ten efekt, že před stpuštěním přívodu kyslíku do spalovací komory je tam prakticky čistý vodík, temže nedojde k výbušnému zážehu. U motorů J-2 to pak bylo tak, že na boku spalovací komory byla předzážehová komůrka (cosi jako spalovací komora v malém, kam se pak začal vstřikovat nejprve vodík a pak se zpožděním malým proudem kyslík, přičemž se těsně před otevřením ventilu kyslíku začaly pouštět elektrické jiskry do čehosi, co by se dalo přirovnat svíčce v benzinovém motoru. Směs chytla a z komůrky začal šlehat plamen do zplyněného prakticky čistého vodíku, nashromážděného ve vlastní spalovací komoře (díky nižší specifické hmotnosti plynného vodíku než vzduchu a krátké době nehrozilo nebezpečí přílišné zpětné difúze kyslíku do prostředí komory z okolního vzduchu; tryska motoru je otevřená dolů). Pak se otevřely hlavní ventily kyslíku v přívodu do spalovací komory, ten se začal mísit s vodíkem a všechny baflo. Prostě ta předzážehová komůrka fungovala asi jako zapalovací plamínek v karmě na teplou vodu.

Nevim, jestli je toto všechno "k věci"; bohužel technickou dokumentaci k nové Deltě nemám.


 
05.5.2005 - 14:17 - 
Dovolte abych se vratil k puvodni otazce. Hodne bylo receno, ale prece jen bych to rad schrnul: Specificky inpuls je vlastne vystupni rychlost a ta zalezi na techto parametrech 1. tvar (neni pro hodnoceni urcujici), 2. Teplota spalovani ( dochazelo by k poklesu ), 3. Tlak ( dan cerpadlem), 4. Latkove vlastnosti ( popsal p. Vitek, a ja jen doplnim ze jde o velikost merne plynove konstanty a adiadbatickeho koeficientu) a to vychazi lepe pro viceatomove plyny. Presto nejdulezitejsi je teplota a tu bychom vstrikem kapalneho dusiku zcela jiste snizovali, alespon u nas na Zemi. Zdravim. 
 


Stránka byla vygenerována za 0.176539 vteřiny.