ДУ КА на сжатых газах, метан+кислород

[m-s Gelezniak]

Да ещё. 250 кило это рабочее давление. Испытательное помоему 320... .

[Дмитрий В.]

Комодский Варан пишет:
Дмитрий В ., Покажите мне баллон на 30МПа с толщиной стенки 5.3 см. Такая толщина стенки соответствует давлению 120 МПа.

 http://poisk-ltd.com/publications/companynews/companynews_24.html

Для реализации требуемого объёма хранения водорода, прочностных и массогабаритных параметров баллонов в условиях АНПА, произведены прочностные расчёты баллонов меньшей вместимости на основе стального лейнера диаметром 290 мм. Коэффициент запаса снижен до кр = 2,4. Толщина армированной стенки составляет 54 мм . Наружный диаметр баллона – 400 мм. Основные параметры баллонов для размещения 670 литров водорода при давлении 120 МПа приведены в таблице 3.3.11.

Можете почитать про удельную массу композитных баков, достигнутая на практике - 0.575 MPa*m3/kg. Я принимал при расчётах 0.3 MPa*m3/kg. При расчётах можно принимать коэффициент безопасности = 2.25.

Да, и радиус моего бака = 1.29 м, объём = 9 м3, площадь поверхности = 20.9 м2.

При радиусе 1,29 м толщина стенок - 80 мм. "Усё пропало, шеф!". Сворачивайте лавочку - идея тухлая. Рекомендую ознакомиться с безмоментной теорией оболочек - там простые формулы.

[m-s Gelezniak]

У штатного баллона ВВД-400 стенка потоньше будет. А он с приличным запасом сваян.

[Дмитрий В.]

m-s Gelezniak пишет:
У штатного баллона ВВД-400 стенка потоньше будет. А он с приличным запасом сваян.

У него радиус какой? Варан предлагает радиус 1290 мм- Диаметр 2580 мм.

[m-s Gelezniak]

Немного меньше метра.  
Впрочем смотрим баллоны первой ступени Н1. Там помоему и за  два метра были. Производились в Днепропетровске. 

[m-s Gelezniak]

ВВД-400
http://yandex.ru/yandsearch?text=%D0%91%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D0%BE%D0%BD+%D0%92%D0%92%D0%94-400+%D0%9F%D0%9B&from=os&clid=1836589

[m-s Gelezniak]

Добавлю

http://yandex.ru/yandsearch?text=%D0%B1%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D0%BE%D0%BD+%D0%B2%D0%B2%D0%B4-600+%D0%9F%D0%9B&clid=1836589&lr=2

[m-s Gelezniak]

Кстати нижние обечайки первых ступкней РН тоже нехилые. Там далеко не три кг особенно с учетом перегрузки.

[Комодский Варан]

Дмитрий В. пишет: 
При радиусе 1,29 м толщина стенок - 80 мм. "Усё пропало, шеф!". Сворачивайте лавочку - идея тухлая. Рекомендую ознакомиться с безмоментной теорией оболочек - там простые формулы.

Ваша формула нагло врёт. Идём на сайт НАСА, находим таблицу:



Посчитаем по формуле баллон 003:

3141 in3 = 51.471 л
23.1 lbm = 10.478 кг
4500 psig = 30 620 000 Па
Предел временной прочности указан на сайте, 637 000 000 Па
Плотность композита указана на сайте, 1810 кг/м3
Радиус баллона = 0.2308 м
Площадь поверхности баллона = 0.6694 м2

D = 0.5*2.89*30620000*0.2308/637000000 = 0.016 м, или 1.6 см.
Масса должна быть равной 0.6694 м2*0.017 м*1810 кг/м3 = 20.6 кг. 
Но на самом деле масса равна 10.478 кг. Откуда такая огромная погрешность?

[m-s Gelezniak]

Есть еще малая ОДУ разработки одного из подразделений РАН. Названия непомню. У Сало в загашнике должна быть. Там как раз вытисниловка и мотанные яйца баки.    
Да ещё, кислородный баллон 36ого кресла штатно выдерживает многократные перегрузки 10-12 же и ограниченно до 20 помоему.

[Комодский Варан]

Дмитрий В.,


For a sphere, the minimum mass of a pressure vessel is

where:

[/li]
• M is mass,
• P is the pressure difference from ambient (the gauge pressure),
• V is volume,
• ρ is the density of the pressure vessel material,
• σ is the maximum working stress that material can tolerate.[12]
  

Считаем массу моего бака: 1.5*30000000*9*1810/637000000=1150 кг.

[Дмитрий В.]

Комодский Варан пишет:

Дмитрий В. пишет:
При радиусе 1,29 м толщина стенок - 80 мм. "Усё пропало, шеф!". Сворачивайте лавочку - идея тухлая. Рекомендую ознакомиться с безмоментной теорией оболочек - там простые формулы.

Ваша формула нагло врёт. Идём на сайт НАСА , находим таблицу:

 

Посчитаем по формуле баллон 003:

3141 in3 = 51.471 л
23.1 lbm = 10.478 кг
4500 psig = 30 620 000 Па
Предел временной прочности указан на сайте, 637 000 000 Па
Плотность композита указана на сайте, 1810 кг/м3
Радиус баллона = 0.2308 м
Площадь поверхности баллона = 0.6694 м2

D = 0.5*2.89*30620000*0.2308/637000000 = 0.016 м, или 1.6 см.
Масса должна быть равной 0.6694 м2*0.017 м*1810 кг/м3 = 20.6 кг.
Но на самом деле масса равна 10.478 кг. Откуда такая огромная погрешность?

О! Варан начал спорить с сопроматом и строймехом?! Да, Вы батенька, мало того, что невежественны так еще и упорствуете в своем невежестве
Кстати, зачем нам радиус 0,23 м, когда Вы только что говорили про 1,29 м? Ась?

[Дмитрий В.]

m-s Gelezniak пишет:
Кстати нижние обечайки первых ступкней РН тоже нехилые. Там далеко не три кг особенно с учетом перегрузки.

Типовая поверхностная плотность для малонагруженных оболочек из УКМ - порядка 5...10 кг/кв. м. Это конструкции типа головных обтекателей. Для оболочек нагруженных большим внутренним давлением наддува или большими сосредоточенными силами, все гораздо хуже.

[Комодский Варан]

Дмитрий В. пишет: Кстати, зачем нам радиус 0,23 м, когда Вы только что говорили про 1,29 м? Ась?

Чтобы доказать вам ошибочность вашей формулы на примере конкретного баллона.

[Andrey]

Комодский Варан пишет: 
Предел временной прочности указан на сайте, 637 000 000 Па

Вы где-то нолик потеряли.
Должно быть 6.37 ГПа.

[Дмитрий В.]

Andrey пишет:

Комодский Варан пишет:
Предел временной прочности указан на сайте, 637 000 000 Па

Вы где-то нолик потеряли.
Должно быть 6.37 ГПа.

Это скорее, модуль упругости. У реальных углепластиков, работающих в условиях двухосного НДС,  предел временной прочности примерно 450-600 (плюс-минус) МПа.

[Дмитрий В.]

Комодский Варан пишет:

Дмитрий В. пишет: Кстати, зачем нам радиус 0,23 м, когда Вы только что говорили про 1,29 м? Ась?

Чтобы доказать вам ошибочность вашей формулы на примере конкретного баллона.

У Вас ничего не получилось. Видите ли, милейший, приведенная мной формула выведена из уравнения Лапласа для сферических оболочек уже давно и вовсе не мной. То что Вы этой формулы не знаете, чести Вам не делает.

[Ded]

Комодский Варан пишет:
Современные композитные баки имеют удельную массу 300 kPa*m^3/kg. Бак под давление 300 атм. объёмом 1м3 будет весить 100 кг, а при коэффициенте надёжности 1.2 - 120 кг. Плотность газообразного кислорода при давлении 300 атм и температуре -30 С равна 480 кг/м3, плотность газообразного метана при тех-же условиях равна 240 кг/м3. Соотношение О/Г = 3.4:1, плотность топливной пары равна 391 кг/м3.

Бак объёмом 9м3 будет весить 1080 кг, сможет вмещать примерно 3500 кг топлива. Хотя, называть его баком не совсем корректно. Это один единый шар-баллон с общей стенкой компонентов топлива. При полной заправке в баллоне поддерживается температура -30 С (можно меньше, тогда массовое совершенство будет лучше), по мере расходования топлива температура повышается до 30 С (можно больше).
Массу ГРД (не гибридный РД, а газовый) и прочего оборудования оценим в 120 кг. Итого масса ДУ равна 1200 кг. УИ ГРД равен 390 сек. Топливо используется не только в маршевой ДУ, но и в ДСО.

Итак, спутник с ГРД:

Спутник: 2500 кг
ДУ: 1200 кг
Топливо: 3500 кг
Итого: 7200 кг
deltaV 2550 м/с (типичная для спутника на ГСО, 1800м/с + 50 м/с*15лет)
Массовое совершенство ДУ = 1200/4700=0.255 (по современным меркам хуже не бывает)
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Типичный ГСО-спутник:

Спутник: 2500 кг
ДУ: 800 кг
Топливо: 4800 кг
Итого: 8100 кг
deltaV 2550 м/с (УИ = 290 сек)
Массовое совершенство ДУ = 800/5600 = 0.143 (даже немного завышено)

Как видим, спутник с ГРД легче на 12.5%. Кроме того, он обладает рядом преимуществ:

- нетоксичное топливо
- простота конструкции
- надёжность (ГРД может работать даже на одном компоненте, хоть и с меньшим УИ)
- дешевизна (затраты на производство композитных баков окупаются отказом от НДМГ и АТ, специализированная комната для заправки не нужна)
 


Ваше мнение?

Один вопрос. Вы откуда взяли массы ДУ и рабочего тела для "типичного ГСО-спутника"?

[Andrey]

Дмитрий В. пишет:

Andrey пишет:

Комодский Варан пишет:
Предел временной прочности указан на сайте, 637 000 000 Па

Вы где-то нолик потеряли.
Должно быть 6.37 ГПа.

Это скорее, модуль упругости. У реальных углепластиков, работающих в условиях двухосного НДС, предел временной прочности примерно 450-600 (плюс-минус) МПа.

В этом то и прелесть.
Там куда Комодский Варан ссылается приведены данные на волокно T-1000 фирмы Toray.
С прочностью 6.37 ГПа плотностью 1.81 г/см^3 и упругостью 294 ГПа. 
Именно временная прочность волокна, неправильно переведенная с имперских единиц в СИ, и используется.

[m-s Gelezniak]

Дмитрий В.

User
Сообщений: 31694

Регистрация: 12.07.2005
#730 24.02.2017 20:11:30
Цитата
m-s Gelezniak пишет:
Кстати нижние обечайки первых ступкней РН тоже нехилые. Там далеко не три кг особенно с учетом перегрузки.
Типовая поверхностная плотность для малонагруженных оболочек из УКМ - порядка 5...10 кг/кв. м. Это конструкции типа головных обтекателей. Для оболочек нагруженных большим внутренним давлением наддува или большими сосредоточенными силами, все гораздо хуже.

Слабонагруженными их тоже трудно назвать. Наагрузки внешние. И схема перераспределения сил сложнее чем у оболочек нагруженных изнутри.
и расчет бака металл-ККМ и корпус РТТД несколько разный у мторого вибрационная картина намного хуже.