?

Log in

No account? Create an account

БОЛЬШОЙ КОСМИЧЕСКИЙ ОБМАН США

ГЛАВА 22. ВЕЛЮРОВ И ДРУГИЕ О ЖРД США - МИФЫ И РЕАЛЬНОСТЬ
neprohogi
http://www.free-inform.ru/pepelaz/pepelaz-13-2.htm
Велюров отметил при расчете удельного теплового потока и другие различия между "хорошим" , американским ЖРД Н-1b и проблемным ЖРД F-1. Усовершенствование последнего выражалось не только в использовании для трубок охлаждения пресловутого Инконеля. Велюров перечислил новые проблемы ЖРД F-1 и обозначил все основные параметры, необходимые для расчета удельного теплового потока по площади:
"Оказывается камера сгорания Фи1 отличалась по пропорциям от Н-1b^
В первой части статьи мы показали на примере ЖРД H-1b, что стенка трубки находится под температурной нагрузкой ~ 650...800 К
Средняя рабочая точка Тср ≈ 725 К (452ºС)
По таблице, путем интерполяции, получим среднее значение: λст ≈ 24,17 Вт/м·К
Согласно информации NASA по состоянию на 1967 год[6] теплопроводность λст ≈ 3,19 ∙ 10-4 BTU/in²∙F/in ≈ 23,83 Вт/м·К
Для расчетов с инженерной точностью вполне достаточно округленного значения: λст ≈ 24 Вт/м·К
Тогда коэффициент теплопередачи стенки составит:
αст = λст /δст = 24 /0,00045 ≈ 53,3 ∙ 10³ Вт/м²·К
Температуру керосина в критическом сечении для ЖРД F-1 оценим исходя из прежней величины подогрева ΔТж ≈ 80ºС но учтем, что камера F-1 имеет низкую относительную площадь S ≈ 1,24 ‒ т.е. камера представляет собой почти прямую трубу, и меньшую долю по снятым тепловым потокам в общем по камере (примерно* 40%), по сравнению с камерой ЖРД H-1b (примерно ½).
*-прим: более точно смотри численный расчет для ЖРД F-1
Поэтому подогрев делится на четыре неравные части: по ходу керосина сверху вниз 20% + 30%, потом снизу вверх 30% +20%
Для ранее принятой температуры керосина на входе в камеру Твх ~ 40ºС расчетный диапазон температур керосина в критическим сечении для ЖРД F-1 примерно равен:
для аверса Tж ≈ Твх + 0,2 · 80ºС ≈ 56ºС
для реверса Tж ≈ Твх + 0,8 · 80ºС ≈ 104ºС
Важное замечание: поскольку разница температур между керосином и стенкой Tст.ж ‒ Tж ≥ 270ºС многократно превышает температуру самого керосина Tж , то ошибка в прогнозе подогрева керосина даже на ±10ºС даст в конечном итоге ошибку в расчете теплового потока менее 4%.

Кривизну сопла Лаваля оставим прежней, согласно приведенных в первой части этой главы пропорций.
Произведем расчет при фиксированной Tст.г = 800K и занесем в таблицу полученные данные (температуры даны в градусах Цельсия):

Примечание: расчет оребрения выполняется по формуле (4.207)[15]
В результате мы получили верхнюю оценку температуры стенки со стороны керосина Tст.ж ≈ 382 ±1 ºС (655K), что в пределах ранее оговоренного лимита согласно рекомендаций NASA SP-8087 Tст.ж ≤ 728К, следовательно, данные температуры могут быть допустимыми без ущерба для работы двигателя для максимальных (предельных) режимов.
Таким образом, максимальные эксплуатационные тепловые потоки для системы охлаждения ЖРД F-1 будут:
qmax ≤ αст ∙ ΔTст ≈ 53,3 ∙ 10³ ∙ (527 − 382) ≈ 7,7 МВт/м²
В результате, наша система разошлась: вместо необходимых qmax ≥ 13 М Вт/м² (согласно графику в первой части этой главы) мы располагаем qmax ≤ 7,7 МВт/м² – т.е. на 40% меньшими, чем нужно, возможностями по охлаждению камеры F-1.
Таким образом, два зафиксированных параметра - температура огневой стороны стенки Tст.г = 800 K и максимальный тепловой поток в критическом сечении qmax = 13М Вт/м² оказались несовместимы! Задача с такими параметрами для двигателя F-1 не имеет решения.
Давайте проведем разбор результатов и поймем, почему камера F-1 оказалась не лучшим по сравнению с Н-1b радиатором-теплообменником, а гораздо более худшим по своим свойствам изделием.
Во-первых, плотность потока керосина ρ ∙ W осталась на уровне двигателей с давлением в камере до pк ≤ 5 МПа
Напомню кратко, что коэффициент теплоотдачи в жидкий охладитель пропорционален:
αж ~ ( ρ ∙ W )0,8/ dэ 0,2
Ситуация выглядит абсурдно: керосин самый плохой охладитель из всех серийно применяемых, даже прокачка всех 100% керосина не позволяет в должной мере охлаждать камеру без завесного охлаждения. Вместо этого американцы решили поступить вопреки логике – они специально занизили подачу керосина на охлаждение камеры до 70% из 100% возможных.
Во-вторых, условный проход трубок dэ у F-1 втрое шире : 20,1 мм против 6,1 мм.
Соответственно, коэффициент теплоотдачи в жидкий охладитель у F-1 будет хуже, чем у Н-1b в ( 20,1 / 6,1 )0,2 ≈ 1,27 раза.
Таким образом, по плотности потока хладагента F-1 остался на уровне Н-1b, т.е. в категории двигателей до pк ≤ 5 МПа
А по диаметру труб F-1 оказался сильно хуже, чем Н-1b.
Рассмотрим предельный случай: пусть все 100% керосина будут прокачаны по трубкам охлаждения, что даст нам прирост плотности потока охладителя в полтора раза. При этом относительный подогрев из-за большей массы керосина тоже снизится до ΔТж ≈ 60ºС "
Как неожиданно! Строили строили и наконец построили ! Итоги печальные и не радужные :
1) плотность потока керосина осталась на том же уровне как и в ЖРД с давлением 5 МПа в камере сгорания; 2) подача керосина на охлаждение камеры стало меньше на 30% по сравнению с аналогичным параметром Н-1; 3) с диаметром труб охлаждения у F-1 (20.1мм) тоже новые проблемы , они в три раза стали больше, и как следствие проблема №4: 4) коэффициент теплоотдачи в жидкий охладитель стал хуже в 1,27 раза.
Автор эти проблемы не только назвал, но и наглядно продемонстрировал почему они появились.
Велюров наглядно показал нестыковки, которые возникают при учете "официальных" данных НАСА:
"Подогрев для F-1, как мы показали выше, делится на четыре неравные части: по ходу керосина сверху вниз 20% + 30%, потом снизу вверх 30% +20%
Для ранее принятой температуры керосина на входе в камеру Твх ~ 40ºС расчетный диапазон температур керосина в критическим сечении для ЖРД F-1 примерно равен:
для аверса Tж ≈ Твх + 0,2 · 60ºС ≈ 52ºС
для реверса Tж ≈ Твх + 0,8 · 60ºС ≈ 88ºС
Распределение температур керосина по участкам трубок можно графически представить на рисунке слева.
Плотность потока керосина составит ρ∙W ≈ 23430 кг/с∙м²

Произведем расчет при фиксированной Tст.г = 800 K и занесем в таблицу полученные данные (температуры даны в градусах Цельсия):

Примечание: расчет оребрения выполняется по формуле (4.207)[15]
Температура стенки со стороны керосина составит примерно Tст.ж ≈ 355 ± 2 ºС
При этом максимальные эксплуатационные тепловые потоки для повышенной плотности потока ρ ∙ W = 23430 кг/с∙м² составят:
qmax ≤ αст ∙ ΔTст ≈ 53,3 ∙ 10³ ∙ (527 − 355) ≈ 9,2 МВт/м²
Зафиксируем для себя данный результат, ибо он пригодится нам в дальнейшем. "
Все это прекрасно, но необходимо получить величину теплового потока 13 МВт/м² и Велюров показал наглядно при какой температуре получается такая цифра удельного теплового потока по площади. И здесь оказывается есть неприятные для американских обманщиков нестыковки и противоречия:
"Невзирая на абсурдность дальнейшей экстраполяции, давайте рассчитаем: при каких температурных раскладах для номинального двигателя с номинальной плотностью потока керосина ρ ∙ W = 16400 кг/с∙м² мы получим искомый тепловой поток 13 МВт/м²
При этом мы будем постулировать, что свойства металла и керосина монотонны и непрерывны во всем диапазоне температур и могут быть линейно экстраполированы для температур T ≥ 500 ºС
Чтобы получить нужную величину "официального" удельного теплового потока, оказывается надо допустить температуру стенки трубки системы охлаждения до 760 *С, при условии что золотой пример не выдержит такой температуры и трубка начнет разрушаться . Кроме того, оказывается что при таком условии температура 515*С для керосина RP-1 тоже является аномальной величиной. Концы с концами, по мнению автора, у американцев не сходятся. Эти утверждения Велюрова бессмысленно оспаривать:
"Результаты приведены в табличном виде (температуры даны в градусах Цельсия):

Температура стенки со стороны газа составит Tст.г ≈ 760ºС (1033 К)
Температура стенки со стороны керосина составит примерно Tст.ж ≈ 515 ± 4 ºС
При этом тепловые потоки составят соответственно:
qmax = αст ∙ ΔTст ≈ 53,3 ∙ 10³ ∙ (760 − 515) ≈ 13 МВт/м²
Результат, полученный нами, не оставляет надежд на реализацию подобной химеры: температура внешней стенки должна быть доведена до уровня Tст.г ≈ 760ºС ( или ~ 1033 К ) что еще можно вообразить, хотя золотой припой точно «поплывет», но вот температуру внутренней стенки Tст.ж ≥ 515ºС ( или ~ 788 К ) представить не берусь, ведь это на 100ºС градусов выше критической точки для керосина RP-1."
Ситуация классическая: лгуны сочиняя сказки о параметрах работы ЖРД, "чуда" технологии США, не учли все моменты и не исключили противоречия. Правая "рука" команды обманщиков писала одни параметры работы двигателя, а "левая "рука" этой же команды расписывала какой материал использовался в припое, в трубках, какая жидкость использовалась в системе охлаждения. Свойства материалов припоя и характеристики охлаждающей жидкости, керосина никак не позволяли использовать их при таких параметрах удельного теплового потока и таких температурах.