ДУ КА на сжатых газах, метан+кислород

[m-s Gelezniak]

Замените метан на водород.

[m-s Gelezniak]

Упоминал выше малую оду на вытесниловке с мотанными баками. Данных на нейу меня не сохранилось.

[Ded]

Комодский Варан пишет:
Спутниковая платформа с вонючкой:


Масса спутника за вычетом массы ДУ и массы топлива: 53.6%
Масса ДУ: 7.4 %
Масса топлива:39%


Как видим, моя ДУ проигрывает классической ДУ всего лишь на 9-14% по массе ПН. Если понизить коэффициент надежности с 2.5 до 2, либо научиться делать композиты с лучшими удельными характеристиками, то моя ДУ сравняется с классической ДУ, а затем и превзойдёт её по энергомассовым характеристикам. При этом, моя ДУ имеет множество преимуществ:

Гибкость удивляет (в начале было 900 кг).

Вряд ли.

[Ded]

Дмитрий В. пишет:
Да вообще тему надо закрыть, как неперспективную.

А если еще продеожать, то заменить название....

[Комодский Варан]

Ded пишет: 
Вряд ли.

На сайте НАСА удельная масса бака равна 200 кг/м3, т.е. бак в полтора раза легче, чем в нашем случае. 

[Комодский Варан]

A titanium-lined, composite overwrapped pressure vessel (COPV) for helium pressurant storage was designed for a commercial spacecraft. This tank has a nominal propellant volume of 81.4 liters (4,967 cubic inches) and a nominal weight of 11.7 kg (25.8 pounds). The maximum expected operating pressure is 331 bar (4,800 psi). Proof pressure requirement is 414 bar (6,000 psi), and the minimum burst pressure is 497 bar (7,200 psi).

http://www.psi-pci.com/Technical_Paper_Library/AIAA2002-4349%20Astrolink%20Pres.pdf


300/331*11.7 = 10.6 кг.
10.6 кг/81.4 л = 0.13 кг/л, или 130 кг/м3.
130 кг/м3*9 м3 = 1170 кг.

Таким образом, мой расчёт на первой странице является верным. Просто не нужно идти на поводу у ламера Дмитрия

[Комодский Варан]

[Комодский Варан]

Итак, оба компонента будем охлаждать до -80 С (бак рассчитан на работу при температуре до -95 С)

Плотность газообразного кислорода при давлении 300 атм и температуре -80 С равна 606 кг/м3, плотность газообразного метана при тех-же условиях равна 303 кг/м3. Соотношение О/Г = 3.4:1, плотность топливной пары равна 494 кг/м3. 

Суммарный объём баллонов:                           6 м3
Масса баллонов:                                              780 кг
Масса топлива:                                               2964 кг
Массу ДУ и прочего оборудования оценим в 120 кг
Массовое совершенство = 900/3864 = 0.233


DeltaV = 1800 м/с. 

Спутниковая платформа с моей ДУ: 

Масса спутника за вычетом массы ДУ и массы топлива: 51.1% 
Масса ДУ: 11.4% 
Масса топлива: 37.5% 
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 
Спутниковая платформа с вонючкой: 


Масса спутника за вычетом массы ДУ и массы топлива: 46.8% 
Масса ДУ: 8.5 % 
Масса топлива: 44.7% 

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 

DeltaV = 1500 м/с. 

Спутниковая платформа с моей ДУ: 

Масса спутника за вычетом массы ДУ и массы топлива: 57.7% 
Масса ДУ: 9.8% 
Масса топлива: 32.5% 
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 
Спутниковая платформа с вонючкой: 


Масса спутника за вычетом массы ДУ и массы топлива: 53.6% 
Масса ДУ: 7.4 % 
Масса топлива: 39%

Как видим, мой вариант ДУ уделывает амил-гептильные ДУ.

[Andrey]

Комодский Варан пишет:
Плотность газообразного кислорода при давлении 300 атм и температуре -80 С равна 606 кг/м3, плотность газообразного метана при тех-же условиях равна 303 кг/м3.

Занудства ради.
Кислород 30 МПа 195 К 732 кг/м^3. Сычев В.В. и др. Термодинамические свойства кислорода. 1981.
Метан 30 МПа 195 К 345 кг/м^3. Загорученко В.А. и др. Теплофизические свойства газообразного и жидкого метана. 1969.

Ну а вообще, еще 100 градусов вниз и больших давлений не потребуется. 
Баки будут легкие как у амил-гептила, а импульс метановый.
Чего на полдороги остановились?

[Комодский Варан]

Andrey пишет: 
Занудства ради.
Кислород 30 МПа 195 К 732 кг/м^3. Сычев В.В. и др. Термодинамические свойства кислорода. 1981.
Метан 30 МПа 195 К 345 кг/м^3. Загорученко В.А. и др. Теплофизические свойства газообразного и жидкого метана. 1969.

Спасибо. Я считал по уравнению Менделеева-Клапейрона. 

Таким образом, средняя плотность топлива = 583 кг/м3
Объём баков = 5.08 м3
Масса баков = 660 кг
РЗТ = 2964 кг
Массу ДУ и прочего оборудования оценим в 120 кг 
Массовое совершенство = 780/3744 = 0.208


DeltaV = 1800 м/с. 

Спутниковая платформа с моей ДУ: 

Масса спутника за вычетом массы ДУ и массы топлива: 52.65% 
Масса ДУ: 9.85% 
Масса топлива: 37.5% 
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 
Спутниковая платформа с вонючкой: 


Масса спутника за вычетом массы ДУ и массы топлива: 46.8% 
Масса ДУ: 8.5 % 
Масса топлива: 44.7% 

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 

DeltaV = 1500 м/с. 

Спутниковая платформа с моей ДУ: 

Масса спутника за вычетом массы ДУ и массы топлива: 59% 
Масса ДУ: 8.5% 
Масса топлива: 32.5% 
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 
Спутниковая платформа с вонючкой: 


Масса спутника за вычетом массы ДУ и массы топлива: 53.6% 
Масса ДУ: 7.4 % 
Масса топлива: 39% 

Как видим, использование моей ДУ позволяет увеличить ПН на ГСО на 10-12.5%.

[Комодский Варан]

Andrey пишет: 
Ну а вообще, еще 100 градусов вниз и больших давлений не потребуется.
Баки будут легкие как у амил-гептила, а импульс метановый.
Чего на полдороги остановились?

Будет жидкость, потребуется разделительная мембрана, система наддува, серьёзная теплоизоляция, система охлаждения компонентов. Массовое совершенство увеличится, но УИ будет секунд на 40 меньше. Овчинка выделки не стоит.

[Andrey]

Комодский Варан пишет:
Спасибо. Я считал по уравнению Менделеева-Клапейрона.

При больших давлениях довольно большая ошибка набегает.

Комодский Варан пишет:
Будет жидкость, потребуется разделительная мембрана, система наддува, серьёзная теплоизоляция, система охлаждения компонентов. Массовое совершенство увеличится, но не сильно. И УИ будет секунд на 40 меньше. Овчинка выделки не стоит.

Жидкость это только плюс, плотность больше баки меньше.
Мембрана и у вас есть.
Система наддува не проблема, все давно отработано.
Теплоизоляция и система охлаждения компонентов у вас тоже есть.
Падение удельного импульса в 40 секунд? 
Да с чего такое падение?
Обоснуйте циферку.
 

[Комодский Варан]

Andrey пишет: 
Жидкость это только плюс, плотность больше баки меньше.
Мембрана и у вас есть.

Эмм, у меня её нету. Зачем она нужна, если в баллоне один только газ? Изготовить мембрану для криогенных компонентов - не простая задача. 

Andrey пишет: 
Система наддува не проблема, все давно отработано.

Это дополнительная масса и уменьшение надежности.

Andrey пишет: 
Теплоизоляция и система охлаждения компонентов у вас тоже есть.

Газ имеет меньшую теплопроводность, чем жидкость. И температура у меня на 100 С выше, чем у вас. Поэтому теплоизоляция будет проще/легче.

Andrey пишет: 
Падение удельного импульса в 40 секунд?
Да с чего такое падение?
Обоснуйте циферку.

Согласно RPA, ЖРД на топливной паре метан/кислород при давлении в КС = 7 атм. и степени расширения сопла = 70 имеет УИ 350 сек (О/Г = 3.4:1). Raptor имеет полную газификацию компонентов и схожее давление в КС, УИ = 382 сек.

[Плейшнер]

Комодский Варан пишет: 

Andrey пишет:
Теплоизоляция и система охлаждения компонентов у вас тоже есть.

Газ имеет меньшую теплопроводность, чем жидкость. И температура у меня на 100 С выше, чем у вас. Поэтому теплоизоляция будет проще/легче.

Теплопроводность газа не причем.
У жидкостей есть встроенный "холодильник" - при поступлении тепла извне, она понемногу выкипает, на этот фазовый переход и затрачивается тепло.
У газов такого холодильника нет, поэтому теплоизоляция потребуется намного сложнее/тяжелее. 
И что будет с давлением охлажденного газа при задержке пуска?

[Комодский Варан]

Плейшнер пишет: 
И что будет с давлением охлажденного газа при задержке пуска?

Выпускать будем это давление. Метан накопится под головным обтекателем, и ракета взлетит, аки воздушный шарик. Даже без запуска двигателей.

[Комодский Варан]

Плейшнер пишет: 
Теплопроводность газа не причем.
У жидкостей есть встроенный "холодильник" - при поступлении тепла извне, она понемногу выкипает, на этот фазовый переход и затрачивается тепло.
У газов такого холодильника нет, поэтому теплоизоляция потребуется намного сложнее/тяжелее. 

Удельная теплоемкость ЖК выше удельной теплоемкости кислорода в 1.85 раза, а теплопроводность ЖК выше теплопроводности газообразного кислорода в 5 раз. Вот и думайте, что сложнее хранить, затраты на сжижение кислорода не забудьте. И ещё у моей ДУ температура газов -80 С, а не -180 С, как у ЖК.

[Плейшнер]

Комодский Варан пишет:

Плейшнер пишет:
И что будет с давлением охлажденного газа при задержке пуска?

Выпускать будем это давление. 

Да не давление а вещество придется выпускать. Кстати, сколько %  придется выпустить при нагреве газа например от -80 до 0 ?

Комодский Варан пишет:
Метан накопится под головным обтекателем, и ракета взлетит, аки воздушный шарик. Даже без запуска двигателей.

Тогда что же заставляет Вас закачивать в баллон 300 атм ?

[Плейшнер]

Комодский Варан пишет:

Плейшнер пишет:
Теплопроводность газа не причем.
У жидкостей есть встроенный "холодильник" - при поступлении тепла извне, она понемногу выкипает, на этот фазовый переход и затрачивается тепло.
У газов такого холодильника нет, поэтому теплоизоляция потребуется намного сложнее/тяжелее.

Удельная теплоемкость ЖК выше удельной теплоемкости кислорода в 1.85 раза, а теплопроводность ЖК выше теплопроводности газообразного кислорода в 5 раз. Вот и думайте, что сложнее хранить, затраты на сжижение кислорода не забудьте. И ещё у моей ДУ температура газов -80 С, а не -180 С, как у ЖК.

Теплоемкость как и теплопроводность тоже принципиально ничего не решает. Важно наличие у жидкостей "холодильника" которого нет у газов.

[Комодский Варан]

Плейшнер пишет: 
Да не давление а вещество придется выпускать. Кстати, сколько % придется выпустить при нагреве газа например от -80 до 0 ?

Примерно 30%

Плейшнер пишет: 
Тогда что же заставляет Вас закачивать в баллон 300 атм ?

Желание получить адекватную плотность топливной пары 

[Andrey]

Комодский Варан пишет: 
Эмм, у меня её нету. Зачем она нужна, если в баллоне один только газ? Изготовить мембрану для криогенных компонентов - не простая задача.

В общем мембрана не обязательна.
ДМ обходится без мембраны. 

Andrey пишет:
Система наддува не проблема, все давно отработано.

Это дополнительная масса и уменьшение надежности.

Все летают с наддувом и не парятся.
Если это приводит к увеличению ПН это не проблема.

Andrey пишет:
Теплоизоляция и система охлаждения компонентов у вас тоже есть.

Газ имеет меньшую теплопроводность, чем жидкость. И температура у меня на 100 С выше, чем у вас. Поэтому теплоизоляция будет проще/легче.

То что газ имеет меньшую теплопроводность не имеет никакого значения.
Теплоизолируют бак, а что там внутри дело десятое.
100 градусов это мелочи.
Геморрой уже возник. Это главное. 
Удвоим толщину теплоизоляции и все дела.
Если это приводит к увеличению ПН то это не проблема.  

Andrey пишет:
Падение удельного импульса в 40 секунд?
Да с чего такое падение?
Обоснуйте циферку.

Согласно RPA, ЖРД на топливной паре метан/кислород при давлении в КС = 7 атм. и степени расширения сопла = 70 имеет УИ 350 сек (О/Г = 3.4:1). Raptor имеет полную газификацию компонентов и схожее давление в КС, УИ = 382 сек.

7 атмосфер чересчур мало.
К тому же сравниваете двигатели с разным расширением сопла.
Просто в RPA посчитайте два двигателя с одним и тем-же расширением, но разным давлением и компоненты в одном случае жидкие в другом газ.