Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
By signing up, you agree to our Terms & Conditions and agree that Teknologiens Mediehus and the IDA Group may occasionally contact you regarding events, analyzes, news, offers, etc. by telephone, SMS and email. Newsletters and emails from Teknologiens Mediehus may contain marketing from marketing partners.
rumfart på den anden måde cs banner bloghoved

BPM100 DPR?

Kære læsere,

At designe verdens største amatør-raket er ikke nogen nem opgave. Det er en iterativ proces med rigtig mange afhængigheder. En af de helt store afhængigheder vedrører rakettens ”propellant delivery system”, altså hvorledes får man brændstof ind i motoren. Hertil er der flere muligheder, hvor en turbopumpe klart er den mest sexede, men også den sværeste at mestre. På Nexø II blev brændstoffet leveret via DPR-systemet, som basalt set bestod af en tank med 20 liter helium ved 300 bar og et sæt reguleringsventiler. Lad os kigge på hvordan sådan et system vil kunne se ud i Spica størrelse.

Lad os antage at Spica har en tomvægt på 1700 kg og at dens BPM100 motor kører med et kammertryk på 15 bar. For at bringe dette op i en højde af 100 km skal vi bruge ca. 2000 kg brændstof. LOX/ethanol har ved et OF-forhold på 1,3 en middeldensitet lige omkring 1000 kg/m^3, så brændstoftankene skal altså være på ca. 2000 liter. Hvis vi skal flyve med 100% thrust hele vejen (det skal vi dog nok ikke), så har vi altså et volumen på 2000 liter der ved MECO skal være tryksat til omkring 20 bar. Det vil kræve 40.000 standard liter (SL) trykgas (nitrogen) at opnå. Det skal naturligvis medbringes i tryksat form, men det har også sin pris. Under ekspansion fra højtrykstanken og ned til 20 bar køles gassen nemlig kraftigt og ”mister” derved volumen jævnfør idealgasloven. Temperaturfaldet beregnes nemt da sluttemperaturen er givet som

T2 = T1 * (P2/P1)^((gamma-1)/gamma)

Hvor T1 er starttemperaturen, P1 og P2 er henholdsvis start- og slut-tryk og gamma er varmefyldeforholdet, som for nitrogen er 1,40. Nedenfor har jeg plottet sluttemperaturen som funktion af starttryk under forudsætning af at vi ekspandere til 20 bar startende fra 295 K.

Illustration: Thomas Pedersen

Sluttemperatur T2 som funktion af starttryk P1.

Hvis vi til at starte med har 300 bar i tanken, så vil den ekspanderede gas altså have en sluttemperatur på kun ca. 136 K, den vil altså have ”tabt” mere end halvdelen af sit volumen. Det forhold bliver selvfølgelig bedre jo tættere vi kommer på P2, men totalt set mister vi næsten 40% af gassens volumen på grund af denne nedkøling. Skal vi bruge 40.000 SL, så skal vi altså medbringe hele 67.000 SL. Hvis vi bruger samme tank som til Nexø II, så skal vi bruge 11 af disse. De vejer hver især 12 kg, dermed har vi gastanke for i alt 132 kg. Dertil rør, fittings og ventiler…

Det er altså et tungt system. Og et dyrt system. Højtrykstanken på Nexø II var en af rakettens dyreste enkeltkomponenter med et prisskilt på lige omkring 10.000 kroner, efter import fra Kina. Hvis nogen derude har kendskab til storvolumen letvægtstanke til en fornuftig pris, så hører vi gerne nærmere.

Illustration: Thomas Pedersen

Nexø II's dejlige men også lidt dyre 300 bar gastank.

I lys af dette, så pusler vi med noget lidt andet. Vi påtænker at indføre endnu en kryogen væske på Spica. Udover naturligvis at have LOX ombord, så overvejer vi kraftigt at medtage den nødvendige nitrogen til tryksætning i flydende form. Bringer man blot 40 liter flydende nitrogen med, som man kan fordampe og opvarme til 200-300 grader, så har man alt den gas man skal bruge.

Varme er jo tilgængelig i rigelige mængder i BPM100 motoren, men vi er lidt nervøse over at skulle implementere en nitrogen-varmeveksler i motoren, så vi overvejer faktisk at medbringe en lille brænder, som blot skal fordampe den flydende nitrogen og varme den op. En væsentlig fordel ved at bruge en separat brænder er muligheden for at teste den uden at skulle lave en hel BPM100 test.

Det er bestemt ikke noget der ligger endeligt fast endnu. Vi skal lige have regnet lidt mere på den, men jeg synes selv det kan blive rigtig spændende. Om end jeg ikke er meget for den ekstra kompleksitet i at have to kryogene væsker ombord. Men i rumfart kommer ting sjældent den slags omkostninger.

ThomasPedersen
er civilingeniør fra DTU fra 2006 og har en Ph.D. indenfor mikro- og nanoteknologi fra DTU Nanotech, og er nu ansat samme sted som seniorforsker. Thomas har bygget raketter siden 1999 og blev en del af Copenhagen Suborbitals i 2009. Han er et af flere medlemmer af Copenhagen Suborbitals, der skriver på denne blog.
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Hvad med at have elektriske varmelegemer i luftfasen i de to fueltanke? I kan styre opvarmningen meget præcist med lidt passende software. Det koster et ekstra batteri og lidt kode, men i sparer hele DPR systemet, da I ikke længere har brug for helium.

På denne måde kan det også testes separat fra motorerne.

Evt overtryk i tankene blæses ud gennem sikkerhedsventilen.

  • 0
  • 0

Hvor meget tryk ville der skulle være i en sådan tank?? Der behøver vel ikke være meget mere end 20-25ish bar??? Bare så reguleringen har noget "overtryk" at arbejde med.

Eller ville det kræve den får tilført store mænger varme, for at kunne holde sig selv i kog og dermed holde trykket??

Eller ender man med en skulle genbruge Nexø's He DRP til at presse LN2 ud :-) ???

  • 0
  • 0

Hvor meget tryk ville der skulle være i en sådan tank??

Vi regner videre på konceptet i disse dage, men umiddelbart så vil jeg tro den skal holde 30-40 bar. En tank på 40 liter som blot skal holde 40 bar er noget vi nemt selv kan lave. Den skal formentlig tryksættes fra endnu et tryksætningssystem, men fra en meget lille flaske, det kan formentlig være sådan en 0,6 liter 200 bar tank man bruger til paintball pistoler.

  • 1
  • 0

"Hvis vi til at starte med har 300 bar i tanken, så vil den ekspanderede gas altså have en sluttemperatur på kun ca. 136 K,..."

Er der så ikke en chance for at ethanol'en fryser?

  • 0
  • 0

Ved snakken om en separat brænder kommer jeg til at tænke på de mislykkede forsøg med skydebomuld, der så vidt jeg husker skulle bruge til nose cone separation. Her viste det sig jo at luften var for tynd til at opnå en ordentlig forbrænding af skydebomulden. Kunne det ikke tænkes at det samme gør sig gældende for andre typer af forbrændinger.
I så fald kunne man sende et iltudtag fra lox tanken til brænderen, ellers kunne et elektrisk varmelegeme måske også komme på tale. Det sidste kommer vel an på den nødvendige batteri kapacitet.

  • 0
  • 0

I så fald kunne man sende et iltudtag fra lox tanken til brænderen, ellers kunne et elektrisk varmelegeme måske også komme på tale.

Den umiddelbare tanke er at lave en LOX/ethanol brænder, eftersom begge dele er ombord i rigelige mængder. Brænderen skal modsat BPM100 motoren kører meget fuel-rich, så forbrændingstemperaturen ikke bliver for høj.

Jeg håber vi kan komme med lidt beregninger og måske en tegning af konceptet senere på ugen.

  • 3
  • 0

Hvad med at bruge en gasgenerator? F.eks. H2O2 over et platinnet. H2O2'en i vædskefase kunne man drive igennem platinnettet med en gascylinder.

Altså:
1/ En lille gascylinder skubber på et stempel.
2/ Stemplet skubber til en vædske der løber over et katalytisk grid.
3/ Gassen genereres og skubber på LOX'en.

Det fine ved denne løsning er at den er selvregulerende. Jo højere tryk i tanken, jo højere modtryk og jo mindre vædske vil der løbe ned i gasgeneratoren.

  • 3
  • 0

Forresten... den skoldhede vanddamp vil bidrage med tryksætning, da den varmer den ilt der er på gasform over væskespejlet op. Summa summarum: du tryksætter nemt en LOX tank ved at dekomponere en smule H2O2 i tanken. De primære mekanismer er opvarmning og det genererede volumen af O2. Jeg valgte H2O2 fordi reaktionsprodukterne (vand og ilt) ikke reagerer med LOX på en ukontrolleret måde

  • 1
  • 2

Medbring Nitrogen kryogent og kør det ned omkring motoren for opvarmning og færdig.

I burde nemt kunne lave en teststand hvor i på jorden har en brænder der varmer en dummy motor op til noget som minder om motoren i operation, så kan i teste det.

At have et til område på raketten med ild som i skal tænde og kunne slukke med LOX ventiler osv. er ikke hvad jeg tror i har brug for.

Nitrogen kryogent ligger tilgengæld ligefor så længe i alligevel vedligeholder jeres kryogene evner via arbejdet med LOX.

  • 2
  • 0

I princippet en god ide, men jeg tror at den er svær at realisere. Jeg har arbejdet en del med LN2, det er let nok at håndtere når rør osv er kolde, men nedkølingen (og det at holde rørene kolde) vil ikke være nemt på en raket. Det vil være ret kompliceret at cirkulere LN2 ned omkring motoren i vædskeform, da din streng til motoren skal være nedkølet for at undgå at den "sprutter". LN2 behovet til nedkøling og vedligeholdelse af kryo-temperatur vil være ret store. En kedelig ting ved LN2 strenge er, at der kondenserer LOX på deres yderside, så man skal lige tænke sig gevaldigt om med isolering usw. En skumplast vædet med (kondenseret) LOX brænder hurtigere end sortkrudt.

Jeg tror stadig på en gasgenerator baseret på H2O2. Det kan gøres selvregulerende, der er ingen flammer og reaktionsprodukterne er håndterbare i en LOX tank.

  • 1
  • 1

Lars, det ville nok også være mit bud.
Men jeg kan godt se at det kan være lidt tricky, når man ikke har den relative kolde udstødning fra en turbopumpes gasgenerator at tage varmen fra.
Skal den tages fra motoren, så skal det gøres så det ikke påvirker motorens normale køling, måske som et apendix nederst på fuel manifolden?
Men måske er det varme nok i Ethanolen til at man kan placere en spiral uden på motoren?

Men derudover må der jo være et opstarts problem, hvor tryksætning at tanken skal ske med en kold motor. Det går jo nok ikke at køre kryogent nitrogen ned i motoren når der ikke er flow i ethanolen.

  • 0
  • 0

Hvad med at bruge en gasgenerator? F.eks. H2O2 over et platinnet. H2O2'en i vædskefase kunne man drive igennem platinnettet med en gascylinder.

Jeg er ligesom Flemming lidt bekymret for mængden af vand. Siden det mislykkede forsøg med at opsende HEAT-1X tilbage i 2010 har vi været lidt allergiske overfor vand og LOX-tanke. Der skal meget lidt vand til at ise en ventil helt til. Man kan formentlig godt køre en motortest på den beskrevne måde, men efterfølgende vil man have vand i tanken, som kan give problemer på næste test.

Hvordan med tryksætning af ethanoltanken med en H2O2-løsning. Her vil der jo komme en del oxygen ned i ethanol-tanken, risikere man ikke at lave en atmosfære i ethanol-tanken som kan antænde?

  • 4
  • 0

Medbring Nitrogen kryogent og kør det ned omkring motoren for opvarmning og færdig.

Det lyder meget tillokkende og hvis det først virker, så er det bestemt en mere elegant løsning og vægtmæssigt mere optimalt. De primære besværligheder er dog at systemet kun lader sig teste under en rigtig BPM100 motortest og at det giver en del flere forbindelseslinier til motoren, som skal gimbles. Netop fordi den skal gimble kan vi godt tænke os så få forbindelser til den som muligt.

Pt hælder vi til en dedikeret brænderløsning. Men hvis vi bygger sådan en prototype og får god erfaring med hele kredsløbet, så kan det godt være vi bliver så trygge ved det at det sidenhen kan bygges ind i en BPM100.

  • 3
  • 0

Hvordan med tryksætning af ethanoltanken med en H2O2-løsning.

Det er en total no-go :) med H2O2 i EtOH tanken. Fordi EtOH tanken er varm er problemet relativt overkommeligt. Jeg ville måske tryksætte med ethan der bliver boblet direkte ud i ethanolen. Ethan har et overkommeligt partialtryk @ stuetemperatur og ved at boble direkte i EtOH'en overfører du øjeblikkeligt varme til ethanen så den går på gasform.

Din frygt for isdannelse er ubegrundet - vandet vil øjeblikkeligt danne inerte iskrystaller i LOX tanken. Disse krystaller vil være så kolde at de ikke kan klæbe sammen til en klump der på nogen måde vil genere jer. Jeg har arbejdet med kryo-elektronik (EDX detektorer). En betydelig støjkilde var frie iskrystaller der vibrerede under påvirkning af lyd i laboratoriet. At få de krystaller til at sætte sig fast på noget som helst ville have været fantastisk.
Selv når det er sølle -10C udendørs er det svært at lave snebolde.

Well, hjælper jer gerne hvis vælger denne vej, men I skal se'fø'li vælge den retning der giver jer en god mavefornemmelse. Hvis du vil have fat i mig, så kan du finde min kontaktinfo på wavepiston.dk's hjemmeside.

  • 5
  • 0

A neat idea that sounds simple at first. However, feeding the fuel takes a lot of power, so you will need a powerful burner, and regulating the pressure will be a very difficult task. I have a feeling this presents a lot of nasty problems. So it might actually be harder to do than electrical pumps. But it sure is worth a look, please keep us up to date.

  • 1
  • 0

den er svær at realisere. Jeg har arbejdet en del med LN2, det er let nok at håndtere når rør osv er kolde, men nedkølingen (og det at holde rørene kolde) vil ikke være nemt på en raket. Det vil være ret kompliceret at cirkulere LN2 ned omkring motoren i vædskeform, da din streng til motoren skal være nedkølet for

Jeg tror vi taler forbi hinanden når vi siger LN2 - Eller også tager jeg fejl, hvilket jeg bestemt ikke skal udelukke :-)

  • Jeg forestillede mig at bruge LN2 under tryk så temperaturen kommer lidt op og så væsken presser sig selv ud af dens højtryks tank (VaPak) og så temperaturen kan komme noget op over de 90K som Oxygen kondensere ved. Videre forestillede jeg mig at trykket skulle ligge over de 34 bar så væsken går fra flydende til superkritisk istedet for til gas form, så vil jeg mene man undgår det værste sprutteri som væsken opvarmes.

Så ved jeg ikke helt hvordan DPR systemet lige håndtere det, men kunne være noget med at steppe trykket ned over to trin, først til gas og så til de ønskede 20 bar.

Jeg vil sige at gimbal er til at overskue med højtrykslanger da det trods alt ikke er så meget gas der skal bruges (siger jeg uden at have regnet på noget). Jeg forestiller mig videre at varmen tages fra yderst på "nozzle"... Men simpelt er det da ikke, det vil jeg gerne give jer.

Er der måske en måde hvor gas fra højtryks N2 tanke kan varmes op så i "bare" kan nøjes med 6 højtrykstanke omend det vil koste 60k, men kendt teknologi.

Går tanken til som den kommer i kontakt med salt vand eller kan den genbruges?

  • 0
  • 0

Jeg tror vi taler forbi hinanden når vi siger LN2 - Eller også tager jeg fejl, hvilket jeg bestemt ikke skal udelukke :-)

Jeg forestillede mig at bruge LN2 under tryk så temperaturen kommer lidt op og så væsken presser sig selv ud af dens højtryks tank (VaPak) og så temperaturen kan komme noget op over de 90K som Oxygen kondensere ved.  

Næhhh, vi snakker om det samme. I min verden vil man fylde sådan et reservoir trykløst hvorefter det proppes med en overtryksventil. Trykløst ligger du under ilts kondensationstemperatur, men det er klart at du kan komme over O2's kondensationstemperatur hvis du kører med højt nok vent-tryk. Men stadigvæk: det er tilledningerne jeg er nervøs for. De vil stadigvæk blive varmere og fyldes med gaslommer, med mindre du aktivt cirkulerer den kolde væske. Det er muligt at man kan få det til at virke men nemt bliver det ikke.

  • 1
  • 0

Man kan formentlig godt køre en motortest på den beskrevne måde, men efterfølgende vil man have vand i tanken, som kan give problemer på næste test.

Standard procedure for den slags er at tørre med sprit. Hvis tanken kan bære 1 bars eksternt tryk kan du også vippe en vaccum-pumpe på og tørre direkte.

Det er jo ikke noget, man lige gør mellem hver test på en testdag. Tørring kræver iøvrigt også adskillelse af kugleventilerne.

  • 1
  • 1

Er det med i overvejelserne at bygge en pumpe til brændstof/lox ved hjælp af en lille højt-ydende stempel motor?
Man kan jo nok finde ud af at give den lidt ekstra ilt på vejen op.

  • 1
  • 0

The two pumps of the V2 rocket (260kN thrust) were powered by one steam turbine with about 680HP. So the BPM100 will roughly need 260HP to feed fuel and oxydiser. Piston engines in that power range are way too heavy. I think a burner to vaporize LN2 to do that job would need to have about the same power, as the power must come from somewhere.

  • 4
  • 0

The two pumps of the V2 rocket (260kN thrust) were powered by one steam turbine with about 680HP

Exactly - the V2 steam turbine was actually a Walther turbine powered by catalytically decomposed H2O2. When thinking about this I realised that because the BPM100 tank is pressurised, you can skip the laborious turbomachinery and use the "steam" directly to pressurize the tank.
As for the EtOH tank, you can use the thermal energy readily available in the liquid to gassify a boost gas like ethan to make the pressure.

  • 2
  • 0

Hvad med at bruge en H2O2 "brænder" til at opvarmning af LN2? Fordelen ved det system er at der ikke er nogen ild der skal tændes. Det hele er en bunke ventiler der kan reguleres elektronisk.

  • 1
  • 0

Tidligere i en blog eller i debatten, blev vi præsenteret for en NASA pumpe der kun arbejder med tryksætning. Så vidt jeg husker var det noget i følgende stil:

En lille beholder fyldes med væske fra hovedtanken. Det foregår ved at hovedtanken er tryksat (med lavt tryk) og væsken flyder af sig selv ind i den lille beholder. Ventil lukkes.

Den lille beholder tryksættes fra gasgenerator. Ventil til motor åbnes.

Når der den lille beholder er ved at være tømt, lukkes der for ventil til motor og trykket fjernes fra beholderen med en udluftningsventil. Herefter er beholderen klar til at blive fyldt med brændstof igen.

Systemet består af to sådanne beholdere, der på skift forsyner motoren med tryksat brændstof.

Det fine ved systemet er at det kun består af beholdere, rørføring og ventiler. Teknik som CS synes at mestre.

  • 2
  • 0

Det var nøjagtigt det princip Kristian von B's moonspike projekt kørte med, så jo: Det er en mulighed.

Hmm det var vel bare på power point basis det "kørte" så at det er en mulighed er vel på samme niveau som et andet projekt "kørte" med udvendig pintle injektor.
Ellers spændende ide med LN2. Hvor stor effekt sådan ca er det man forventer den store varmeveksler (omstrømningskøling på dyse) kommer til at overføre? Hvis det kan lade sig gøre at hive 200 KW ud af lunken ethanol vil jeg da absolut foretrække det, men hvor stor bliver sådan en fordamper forventelig?

  • 3
  • 0

Ellers spændende ide med LN2. Hvor stor effekt sådan ca er det man forventer den store varmeveksler (omstrømningskøling på dyse) kommer til at overføre?

Systemet skal booste 100 liter/s @ 30 bar. jvf ovenstående diskussion skal du derfor overføre i størrelsesordenen 200 kW termisk i røret - svarende til den samlede effekt af 10 store villafyr der kører for fulde gardiner.
Der er et trade-off imellem areal (varme overført) og tryktab (areal af rør). Det er muligt løsningen med at bruge varme fra dysen ville virke på en lille raket, men på en stor virker det ikke realistisk. Naturen er en bitch: længder skalerer lineært, arealer kvardratisk og voluminer kubisk med størrelsen.

Nu kommer der sikkert sure tommelfingre igen..... Just for the record: I stedet for at rygklapperi og feel-good løsninger prøver jeg faktisk at være realist. Drømme er gode at have, men det ingeniørkunst der får folk over Karman linien.

  • 4
  • 0

Ref Kristian Glejbøl

Altså:
1/ En lille gascylinder skubber på et stempel.
2/ Stemplet skubber til en vædske der løber over et katalytisk grid.
3/ Gassen genereres og skubber på LOX'en.

H2O2 er ikke en dum ide.
Jeg ville nu nok bruge en drivgas til at trykke brintoverilten ud. 100 l/s sekund svarer til ca 30 mol gas/s, svarende til 20 mol H2O2. Det er 3/4 l/s, ikke nogen lille stempel.
Den dekomponerede H2O2 vil bestå af 33% O2, sammenholdt med almindelig atmosfærisk luft mener jeg ikke at det er specielt brændfarlig og jeg mener man fint kan bruge dette mix til at tryksætte fuelen.

H2O2 har nogen problemstillinger:
1) Det er ikke helt enkelt at fremskaffe ren H2O2. Det kan raffineres, men det er så en ekstra proces.
2) Ren H2O2 er ikke særlig stabilt og skal håndteres med stor omhyggelighed.
3) Ren H2O2 kan bruges til fremstilling er bomber. Ikke det bedste at ligge inde med i disse terrortider.
4) H2O2 var en Peter Madsens baby. Lur mig ikke om der en del CSer, der bare vil holde afstand.

  • 0
  • 0

Jeg vil nu mene at varm O2+H2O i forhold 1-2 ikke under nogen omstændigheder bør komme i nærheden af noget som helst brændbart, risikoen for antændelse og/eller eksplosion er ganske simpelt hen for stor!

  • 2
  • 0

Ref Baldur Norddahl

Systemet skal booste 100 liter/s @ 30 bar. jvf ovenstående diskussion skal du derfor overføre i størrelsesordenen 200 kW termisk i røret -

Glemmer du ikke den energi der er gemt i faseskiftet?


Hvis man går LN2 skal man selvfølgelig tage energien til faseskift og temperaturøgningen med i beregningen.
Ved 30 barg fordamper N2 ved -150 deg.C og den gasformige N2 har en densitet på ca 180 kg/m3, så det må være indlysende at gassen skal varmes yderligere op.
Hvis man ser på Spica er der i forvejen 2 varmekilder; alkoholen, som er ca 20 deg.C og motoren.
Mit forslag er at man lader LN2 overgå fra flydende form til varm gas via 2 vekslere.
Der er energi nok i alkoholen fra 20 til 0 deg.C til at fordampe LN2 og med en delta t på 150-170 deg.C kan man lave en rimelig effektiv veksler. Denne veksler kan druknes i alkohol tanke og laves stor nok til at afkogning kan ske sikkert.
Efter LN2/Alkohol veksleren føres den nu gasformige N2 ned i kølekappen på motoren.
N2 er selvfølgelig ikke en så effektiv kølemedie som alkohol, men vi starter med -150 deg.C. Endvidere har gas ikke problemer med kogning ved hotspots etc. Jeg er ikke klar over hvor meget varme der skal køles på motoren og hvor høj temperatur der er acceptabel på ydersiden af inderkappen. Det er selvfølgelig oplagt at det bedste hvis man kunne nøjes med N2 som køling af motoren.
Det er noget man kan regne på; og har "vi" ikke en BPM-5, der kunne testes på??

  • 0
  • 0

Elektrisk dypkoger?

Efter snakken om den elektriske pumpe, drevet af batterier, kom jeg til at tænke på, at man kunne fordampe LN2´en med en dypkoger.
Men hvor meget energi skal der lige til at fordampe 40l LN2 og opvarme det 500 grader til 300 C?
Med lidt udregninger bag på en serviet får jeg det til ca. 46 MJ........ mmmh det er så bare lige en batteripakke på 50-130 kg!!! Ok så døde den idé ;-(
Hvis man istedet for bruger sprit i en brænder, er det så kun lidt over 2l + ilt, og så ser vægtbudgettet jo noget bedre ud.
Glæder mig til at høre mere om dette ;-)

  • 0
  • 0

Hej Kristian Glejbøl

Ja, men ethan er et bedre valg til den øvelse, i og med at ethan har et damptryk på omkring 35 bar @ stuetemperatur. Du kan derfor påfylde ethan reservoiret når som helst. Hvis du bruger N2, skal du opretholde kryo betingelser. Kryo er bøvlet og du taber masse fra dit reservoir pga fordampning.


Ref linket er ethans kogepunkt 9.7 deg.C ved 30 barg, hvilket er lavt i forhold til hurtigt fordampning.
https://webbook.nist.gov/cgi/fluid.cgi?P=3...

Endvidere vejer ethan 62 kg/m3 hvilket er temmelig ineffektivt.

Ethan skal håndteres under tryk og LN2 er kryogent, hvad CS har ekspertise i.

Jeg er usikker på pris og tilgængelighed for ethan, hvor LN2 er både billigt og tilgængeligt.

H2O2 sporet ville være noget mere elegant hvis man kunne bruge løsningen både i O2 og alkoholtanken. Og jeg må nok erkende at dekomponeret H2O2 i alkoholtanken er en rigtig dårlig ide, da vi er langt over antændelsetemperaturen.
Måske kunne man spike den dekomponerede H2O2 med LN2. Vandet kunne tages fra i en lille cyklon og føres ned i bunden af alkoholtanken, det kunne kompensere for noget af vandet i alkoholen.

Man må formode at CS har kun giver en volumen

  • 0
  • 0

Ref linket er ethans kogepunkt 9.7 deg.C ved 30 barg, hvilket er lavt i forhold til hurtigt fordampning.
https://webbook.nist.gov/cgi/fluid.cgi?P=3...

Der er kun brug for 20 bar, så der er god headroom i de 30 bar. Hvis blot ethanen bobles ud i små "dråber" er jeg sikker på at den går på gasfase.

Ethan er efter al sandsynelighed møj-billigt, det er en simpel kulbrinte.

Nu er det ikke fordi at det for alt i verdenen skal være ethan - det var bare en gas jeg kendte og som jeg trak op af hatten for at illustrere princippet.

Pointen er, at det er smart at anvende en boost gas der er på væskeform ved ikke alt for store tryk. Ved at gøre det, så slipper man for tunge tryktanke og/eller arbejde med kryo. Ud over det kan man lave systemet mere eller mindre selvregulerende.

Det er helt sikkert at systemet også vil kunne bringes til at virke med LN2, men systemet vil være p.....koldt med alle de problemer det afstedkommer (kondensation, kontinuert efterfyldning, isolering, kolde ventiler osv osv) uden at det bibringer noget som helst positivt til bordet. LN2 systemet vil desuden være sværere at gøre selvregulerende og vil kræve en aktiv reguleringsventil udenfor EtOH tanken (Hvis den sidder i tanken vil den lynhurtigt ende i en klump frossen EtOH)

  • 2
  • 0

Hej Kristian Glejbøl

Systemet skal booste 100 liter/s @ 30 bar.


Det var min forståelse at trykket var 30 barg, men det gør kun problemet mindre.
Med en LN2 løsning mener jeg at man bør se på de eksisterende varmekilder inden man begynder at opfinde brændere med kedel. Hvilket så førte frem til mit forslag om en to-trins løsning med veksler i alkoholtanken og ifb motoren. Jeg er ikke klar over kølebehovet ved motoren, men hvis dette kan løses af N2 har man fået en opvarmning af gas ”gratis”.
Vi sammenligner H2O2 løsning med LN2 løsning:

Kemikalier:
H2O2 løsning:
H2O2 vanskelig at fremskaffe og med problemstillinger tidligere nævnt. Kan håndteres i atmosfærisk tank.
C2H2 Måske enkelt at fremskaffe og formentlig billig. Skal håndteres tryksat

LN2 løsning:
N2 enkelt at fremskaffe. Kryogen

Styring og regulering.
H2O2 kræver 2 reguleringer; èn pr kemikalie
LN2 kræver 1 regulering

Udstyr.
H2O2 løsning:
- H2O2 tank
- H2O2 katalysator
- Ethan tank

LN2 løsning:
- LN2 tank
- Varmeveksler i alkohol tank
- Kølekappe på motor skal designes til N2

Min holdning er at H2O2 i sig selv og katalysatoren gør at en LN2 løsning er at foretrække.
Det er mere kendt stof at arbejde med.

  • 0
  • 0

Hej Niels, tror ikke at man kan opstille tingene så simpelt. To systemer er ikke nødvendigvis mere komplicerede end "one system to rule them all".
Et eksempel: det er nemt at åbne en dåeseøl med venstre hånd og samtidig bruge en lighter til at tænde en smøg med højre hånd. Voila - to tryksatte systemer der er så simple, at de kan betjenes samtidig. Lighteren illustrerer i øvrigt fint hvor simpelt et system baseret på ethan kan laves - lighteren indeholder butan eller propan der begge er storebrødre til ethan.

Jeg har, som det måske fremgår af ovenstående, rodet en del med kryotech i laboratoriet og har sågar lavet is med LN2 for at glæde mine børn. Tro mig: alt er svært når man arbejder kryogent, også ting man ikke lige skulle forstille sig. Man ønsker så lidt af den slags på en raket som overhovedet muligt.

Anyway - vores ideer er kommet videre til CS, så vi kan vel betragte det som "mission accomplished" der er ingen grund til at fortsætte denne diskussion - med mindre da nogle af de ærede CS medlemmer har brug for yderligere detaljer.

God aften

K

  • 1
  • 0

Hej Kristian

tror ikke at man kan opstille tingene så simpelt. To systemer er ikke nødvendigvis mere komplicerede end "one system to rule them all".


Nu stiller jeg det heller ikke så simpelt op.

Jeg har, som det måske fremgår af ovenstående, rodet en del med kryotech i laboratoriet og har sågar lavet is med LN2 for at glæde mine børn. Tro mig: alt er svært når man arbejder kryogent, også ting man ikke lige skulle forstille sig.


Velkommen i klubben. Jeg har også rodet med H2O2 med forholdsvis høj renhed.
Jeg vurderer at LN2 er simplere at arbejde med.
Men da CS ikke har uanede ressourcer til detailed design må man i sidste ende vælge et design udfra et portefølje af designs, som alle er på samme konceptuelle niveau vor diskussion er på.
Her tænker jeg at man foretage et vurdering udfra forskelle paramter; f.eks:
- Tilgængelighed af kemikalier
- Kompleksitet at koncept
- Tilgængelighed af viden indenfor de forskellige design
- Viden eller erfaring i CS indenfor de forskellige design

Det er her at jeg mener at H2O2 i sig selv og H2O2 katalysatoren trækker ned. Idet ren H2O2 ikke er nemt tilgængelig og H2O2 katalysatorer ikke er kendt viden.

  • 0
  • 0

I denne tid står Venus flot på den sydøstlige morgenhimmel.

Ca 7 grader til højre (vest) for Venus ses CS' ledestjerne, Spica.

  • 1
  • 1

Har det Orbital Machines tidligere leveret turbopumper? Er interesseret i at se evt referencer
Og hvilken platform er det planen at opsende fra?

Kunne være interessant med et vægtregnskab hvor de forskellige principper sammenlignes med hinanden. Tryksatte tanke er klart tungere end trykløse tanke. Måske kan lettere tanke kompensere helt eller delvist for vægten af en egnet batteripakke. Batteripakken skal trods alt "kun" levere 200kW i 20-30 sekunder.

  • 0
  • 0

Det er her at jeg mener at H2O2 i sig selv og H2O2 katalysatoren trækker ned. Idet ren H2O2 ikke er nemt tilgængelig og H2O2 katalysatorer ikke er kendt viden.

@ Niels - Hrmmm, enten har du ikke ret, eller også er det forkert hvad man kan læse i https://ing.dk/blog/cs-turbopumper-del-3-1... hvor der er et specielt afsnit omhandlende H2O2s fortræffeligheder.

Jeg tror mere end nogensinde på direkte tryksætning af LOX tanken med dekomponeret H2O2, efter at have læst ovenstående. Jeg bed mærke i at man kan reducere temperaturen af reaktionsprodukterne ved fortynding af hydrogenperoxiden med vand.

  • 1
  • 0

Hej Kristian Glejbøl

Hrmmm, enten har du ikke ret, eller også er det forkert hvad man kan læse i https://ing.dk/blog/cs-turbopumper-del-3-1... hvor der er et specielt afsnit omhandlende H2O2s fortræffeligheder.


Du er godt klar over at den leverandør, der henvises til er samme Peter Madsen, som nu er fængslet for mord. Så leverancen er ikke afklaret.
Bloggen er 4 år gammel og jeg husker ikke at man foretog forsøg med H2O2, så jeg mener ikke man kan påstå at CS har praktisk viden indenfor feltet. Eller at den viden er spærret inde sammen med Peter Madsen.

  • 1
  • 0

Du er godt klar over at den leverandør, der henvises til...........

Hydrogenperoxid er et simpelt industrielt kemikalie der der har lige så lidt med Peter M at gøre som MDF plade. Det blev i sin tid destilleret, men destillation er noget enhver med rudimentært kendskab til kemi (eller hjemmebrænderi for den sags skyld) bør kunne finde ud af. I det hele taget er det ikke engang sikkert at destillation er nødvendig, man kan sikkert købe H2O2 i en passende koncentration hvis man har tilladelsen og vil betale hvad det koster.
Jeg siger ikke at "alle" kan købe koncentreret H2O2 , men raketfolk med hjertet på det rette sted skaffer sig både saltpeter, LOX og ammoniumnitrat, så mon ikke de også kan få en tilladelse til H2O2. Well - min mission er ikke at proppe teknologi eller ideer ned i halsen på folk. Jeg har peget på en mulighed, så må folk selv tage den derfra.

  • 0
  • 0

Det H2O2 som PM fremstillede var overstabiliseret som følge af opkoncentration af stabiliseringsmiddel ved destilation. Man kan nok få bedre resultater ved at købe det med den rigtige koncentration.

  • 0
  • 0