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

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.
rumfart på den anden måde cs banner bloghoved

Hvad man virkelig kan lære af et eksperiment.

Kære læsere,

I sidste blog strøg jeg om mig med trykkurver og testresultater i skemaer. Kikker man lidt nærmere på de kurver ser man at tank trykket falder dramatisk under alle vores "pressure blow down" tests.

Har man fulgt den senere tids kvaler med alkoholtanken til HEAT 2X, kan man desuden se at vi må kæmpe hårdt for at få de sidste par bar ind i de tanke. De par bar forsvinder desværre som dug for solen når gaslommen i tanken ekspanderer.

Det er selvfølgelig termodynamik, men det er jo klart nok. Vi lader gaslommen ekspandere, så den fylder mere. Det vil få trykket til at falde. Men oveni, så rasler temperaturen ned, for det "pumpearbejde" gaslommen udfører kommer kun fra gassens varme kapacitet. Det er sådan Air Liquide får luft ned på næsten - 200 C så det bliver flydende og de kan destillere det. Det vi gør med den gaslomme er tæt på adiabatisk ekspansion, så trykket kollapser ganske enkelt når vi åbner for drivmidlet. Tag et kik på kurverne fra i mandags.

Illustration: CS

Man starter fint med 24 bar i tanken, som i øvrigt kun er fyldt 1/3 del. Alligevel rasler trykket ned og er nået 20 inden vi bare får motoren op i mainstage.

Vi rammer meget flot de 5 bar trykfald over injektoren som jeg havde dimensioneret for. Da trykket passerer de 20 bar i tanken kører motoren fint ved 15 bar. Hvis vi bare kunnet holde tank trykket...havde vi kørt over pinligheds grænsen for kammertryk...som jeg synes faktisk går ved 15 bar. Under det tryk koster det virkelig ISP, fordi Pc /Pe forholdet bliver for lavt til at udnytte energien i drivmidlet.

Man kan trøste sig med vi kommer op i tynd luft hvor det gør mindre. Man alligevel...det meste af de 90 sekunder HEAT 2X kører, er det med meget lav udnyttelse af motorens potentiale.

Der er to løsninger, sagen er afdækket gennem de sidste halvfjerds års raketforskning...

Man kan bruge en højtrykstank ( 200 - 300 bar ) og en reduktionsventil. Med dette kan man holde tank trykket oppe. Det er sådan profferne gør hvis de endelig bruger tryktanks raketter.

Dette er diagrammet for raketflyet Bell X1´s XLR-11 raketmotor.

Men det har mange ulemper.

Højtrykstanken må nødvendigvis veje det samme som den tank den tryksætter. Det er en naturlov som kommer af at en gastank på et givet volumen, vil veje det dobbelte hvis den skal kunne holde til det dobbelte tryk. Eller det ti dobbelte hvis den skal kunne holde til det ti dobbelte tryk. Så den lille 200 bars højtrykstank vil altså veje lige så meget som den ti gange så store 20 bars tank den skal tryksætte. Øv. Så er der reduktionsventilen. Folk tror det er sådan en bette en fra en industriflaske. Sådan en kan typisk klare ca 3000 liter gas i timen. Vi skal bruge 3750 gange mere hvis HEAT 1600 skulle være en tryktanks raket med højtryks tank og reguleret tryk. Det er tallet. Den slags reduktionsventiler er bare ikke standard...og må jo også veje...et ondt år.

Men kunne så kombinere en pressostat og en aktueret højtrykskugleventil...kugle ventilen ville så være åben når tank trykket var for lavt og lukke når det passerede det tryk pressostaten var sat til...jo jo - men så må man ellers bede til at den lukkede når den skulle. For lukker kugleventilen mellem tanken og højtryksbeholderen sprænges tanken.

Alt dette leder en stakkels rakettekniker til at tænke...

Hvor svært er det egentligt at bygge en turbinepumpe ?

Jeg er meget sikker på at det er overkommeligt, hvis og kun hvis, man kan modstå fristelsen til at lave den så god at den ikke virker. Derfor kører vi med lave omdrejninger og koldgas ( 450 C ) i stedet for høje omdrejninger og varm gas. Selv en rimeligt lav performance turbine pumpe slår alt vi har bygget før, så ingen grund til at over gøre det.

En test som den i går, er ren smøreolie for HEAT 1600, fordi den så visuelt demonstrerer problemerne med tryktanks raketter. Kald den slags et sideprojekt - ja - men det er altså også en motivator for at prøve den ultimative løsning på alt dette. Det er stadig sjovt at lege med Trabanter, men det viser også hvorfor profferne tager de valg de gør. Da Space X begyndte at spøge for nogen år siden var jeg lidt skuffet over de ikke tog den helt ud og gik trykfødt. Nu forstår jeg virkelig hvorfor de tager de nogen gange kostbare valg.

Turbinen.

I en nøddeskal er sagen den at CS væskemotorer faktisk har fungeret ok, men vi har aldrig været i stand til at skovle nok kul på dem. Forsynings systemet som skal levere 30 - 40 kg drivmiddel i sekundet til TM65, har aldrig kunnet følge med. Det løses ikke i 2X, for den mangler stadig turbinen, men med 1600 kan vi ændre det totalt. For første gang for vi en raket med gashåndtag, og vi bestemmer selv hvor vi vil ligge i output. Op til og med den grænse hvor motoren simpelthen smelter. Man kan godt flyve væskeraketter uden turbine, ligesom man godt kan køre på motor vej i Trabant. Men - rigtigt godt bliver det først med roterende maskineri. Rigtigt sind sygt spændende faktisk. Jeg glæder mig til vi vover en turbine pumpet TM65 test i VTC-3.

Dette er noget jeg har lært i løbet af CS seks år. Jeg er rigtigt træt at adiabatiske ekspansionskurver - som hurtigt tager en under pinligheds grænsen på de 15 bar. Derfor er jeg fyr og flamme på 1600, det skal prøves !

Peter Madsen

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

De der trykkurver er i sandhed deprimerende... Jeg var ellers overbevist da jeg først læste oberstløjtnant Londons bog, men virkeligheden viste sig altså anderledes.

Man følger åbenbart en erkendelsesproces når man læser denne blog..

:)

  • 7
  • 0

Har du gjort dig yderligere tanker (som du vil dele) omkring disse turbinepumper på 1600'eren med hensyn til konfigurationen ? Jeg tænker her på x-antal sammenkoblede svanehøj pumper vs. en stor (og dyr) én af slagsen jf. tidligere blogs om emnet. Hvordan tænker du løsningen pt. ?

  • 0
  • 0

Hej Peter.

Kunne man ikke lave en totrins tryktank og producere mere tryk/varme i hovedtanken når trykket i denne falder.

Hvis man nu havde en lille tryktank med T-stoff og et noget højere tryk. Denne forbindes til en "fessor cat" eller hvad den nu kaldes gennem en justerbar ventil. Fessor-cat'ens varme damp ledes så videre ned i hovedtanken. Den justerbar ventil fra den lille tryktank til fessor-cat'en styres således at den åbner når trykket i hovedtanken falder under den ønskede værdi for trykket i hovedtanken.

Det kræver naturligvis at man kan operere ventilen under tryk og, at hovedtankens T-stoff ikke i væsentlig grad forringes af den varme damp der ledes ned i den.

Den lille tank burde ikke behøve ikke være særlig stor for at kunne levere det ønskede tryk til hovedtanken ... antager jeg dog uden at have regnet på det.

Kunne det virke?

  • 0
  • 0

Det hænder, at man hælder en sort Guiness øl ned i den tørstige hals.

Bedst fra anker og håndpumpe - men hvis man må "nøjes" med en 0,5 liters dåse så er er der kun lidt tryk af CO2 i den uåbnede dåse.

Når man så åbner dåsen og tager trykket af så - Puff - bang - syde - syde - boble - boble når en rund plastickugle brister
inde i dåsen og får den liflige drik til at skumme herligt i glas og på tunge.

Kunne dette system ikke bruges til at addere tryk ????

  • 0
  • 0

Kunne man ikke sætte 2 eller 3 pressostat-tanke på alkoholtanken - som blev skudt af en ad gangen, når trykket var for lavt?

Så ville trykket kunne holdes nogenlunde konstant.

  • 1
  • 0

@ Rud, Peter:
Jeg vil vædde på at tanker som dem I er inde på har været luftet på chefmøderne i CS... "Kan man da for pokker ikke holde temperaturen oppe?".

Og mit gæt er så at man ikke vover at putte noget kemi indeni LOX - tanken der har en fejlmode der indebærer at tanken eksploderer på grund af for højt tryk. Og samtidig skulle det så også være noget der er prøvet før og som kan genskabes med relativt simple midler...

Det er bare slet ikke let at finde en løsning her. Det kan være at den relativt komplekse turbopumpe er det mest simple der kan bruges - det har i det mindste været prøvet før.

Mit bud på en løsning er at bruge den varme gas fra peroxiden til at varme selve tanken op fra ydersiden - altså en slags kølespiral med modsat fortegn. Men det er sikkert for svært at kontrollere, og jeg tror heller ikke det har været prøvet før, så...

  • 3
  • 0

Mit bud på en løsning er at bruge den varme gas fra peroxiden til at varme selve tanken op fra ydersiden - altså en slags kølespiral med modsat fortegn.

Problemet er bare at hedefladen (tankoverfladen) er ret lille sammenlignet med det indre volumen. Desuden er varmeoverførselstallet ikke ret attaktivt (gas-metal-gas). Mit gæt er at flyvningen længe er overstået inden der er termisk ligevægt eller bare noget der ligner.

Der er vist ingen vej udenom turbopumper, men her er også masser af muligheder for optimering i forhold til CS' 1. generation. En meget effektiv parameter at skrue på er styrken af H2O2. En 70% opl. har en adiabatisk dekomponeringstemperatur på 230 C og det kan man ikke drive meget turbine med. En 85% opl. giver 610 C og er det sjovt. Så kan man gøre turbinen mindre og så bliver den lettere og så snurrer den hurtigere. For en gangs skyld et positivt feed-back kredsløb.

  • 10
  • 0

Fuldstændigt enig i ovenstående, men bare for fuldstændighedens skyld:
Så vidt jeg husker har tanken allerede en kølespiral installeret så ilten kan holdes kold nok til at undgå efterfyldning på havet. Min ide var så at bruge den omvendt: At fylde 600 grader varm gas gennem samme kølespiral ned i en tank der er -180 grader vil da resultere i en hel del overførsel af varme...
Men formodentlig ikke ligevægt, nej. Ikke på denne side af jul.

  • 3
  • 0

Det er ikke alene selve trykket der er problemet. Så vidt jeg har forstået, er vi endt på, at Helium er den eneste gangbare drivgas.
Billig helium er en begrænset ressource, uanset om man får det foræret af velvillige sponsorerer, så derfor også: Turbinepumpe!

  • 3
  • 0

@Peter Lykke

Og mit gæt er så at man ikke vover at putte noget kemi indeni LOX - tanken der har en fejlmode der indebærer at tanken eksploderer på grund af for højt tryk.

Foreslår kun et to-trins tryktanksystem til H2O2 hybrid så som Peters Super HATV, da han klager over at trykket falder for hurtigt. Burde vel kunne virke. At blande varm damp i T-stoff burde vel være harmløst med mindre varmen trigger en uønsket proces.

Vil ikke blande noget i LOX, så LOX-raketter skal have et andet system, helium-tryksætning eller pumpe.

  • 0
  • 0

Det vil nok være svært at sikre at der ikke kan følge partikler af katalysator med i dampen.

Man kunne vel forsøge at filtrere de største partikler, men jeg kan godt se, at det er et problem at få katalysatorpartikler ned i hovedtryktanken. Disse partikler kan dog bidrage til at øge trykket i hovedtanken, hvis det kan styres. Hvis det ikke kan styres, løber trykket nok løbsk i hovedtanken, med mindre det kan nå at løbe ud gennem motoren.

  • 0
  • 0

Hello,

I habe been following your blog now for quite a while, but I have some questions, though not all are directly related to the topic above:

1) Did you ever test the Swanehoj pump / H2O2 turbine combination with a cryogenic liquid? With this I mean e.g. to find out if the Teflon bearings and seals do their job at low temperatures and high speeds, especially the lubrication properties. Another thing might be possible cavitation of high vapour pressure liquids at the pump entrance and if maybe an inductor would be required (or if the pressure head from the tanks would be enough). Personally I would use liquid nitrogen first, since it is cheap and less dangerous than liquid oxygen. Due to it's lower boiling point than LOX, I would say that if the pump works with LN2, it should also work with LOX.

2) How did you form the throat on the TM-65 to get a smooth curve? Did you use a turned metal section welded between the
sheet metal parts of the combustion chamber and the nozzle, or did you form it out of sheet metal? If yes, how did you do it? Spinning? Or handforming using a plastic mallet and a sand bag?

3) Did you ever consider a methane (Liquified natural gas) / LOX engine?

Thanks,

Jan Krusat

  • 7
  • 0

Peter Mærsk-Møller og Peter Lykke kommer med 2 indlysende forslag til at holde trykket i H2O2 tanken.
Oplagte kandidater til et eksperiment. Og måske mere interessante eksperimenter end det oprindelige. De fleste ved godt at trykket falder i en tank, når man lukker gassen ud.

  • 0
  • 0

Hvis du læser Peter Lykkes indlæg igen vil du nu se at den er til en LOX-tank.

Yep. Jeg troede at PMM havde skrevet forkert. Det er jo kun med flydende ilt at den adiabatiske ekspansion bliver et problem, IMHO. Og prøv kun at varme en tank med H2O2 op hvis I er sikre på at jeg er meget langt væk...

Jeg tror jeg vil skimme "Leo on the cheap" endnu en gang - der må være noget oberstløjtnanten har overset - eller også er han bare klogere end os.

  • 0
  • 0

Hmm. Det viser sig nu at det ikke er PMM der har misforstået noget, men mig...

Tak til Michael for at bemærke at det sidste forsøg var med H2O2 og ikke O2 - og dermed at kurverne ovenfor ikke er for meget kold helium men for komprimeret atmosfærisk luft ved ca 10 grader. Og det gør jo kun problemet værre...

  • 0
  • 0

Hvis du læser Peter Lykkes indlæg igen vil du nu se at den er til en LOX-tank.


Korrekt; jeg tænkte konceptet tryksat H2O2 og fast fuel, ligesom ved testen.
Men derfor er Peter Lykkes ide stadigvæk værd at overveje.
Hvis man varmer gaspuden vil trykket stige tilsvarende, ref gasligning. Men det har en begrænsning, det vil være mere ambitiøs at varme på H2O2'en.

Peter Lykke skriver:

Og prøv kun at varme en tank med H2O2 op hvis I er sikre på at jeg er meget langt væk...

Selv de bedste ideer kan ødelægges med en dårlig udførelse. Nu behøver man jo ikke varme al H2O2 op til 200degC ... H2O2 dekomponerer bla. som funktion af temperaturen, måske kunne prøve at ramme noget ind i mellem. Eller man kunne montere et instrumentrør i bunden af H2O2 tanken og punktsvejse den til udstødningsdysen. H2O2 i røret vil lynhurtig varmes op og starte, at dekomponere, men der vil ikke komme ny H2O2 til, da gassen vil stige op gennem røret.

Peter Mærsk-Møllers ide kræver også den rigtige udførelse. Der er principielt 2 måde at justere hastigheden på dekomponeringen, enten vha katalysator arealet eller tilførelsen af H2O2.
Nu tror jeg ikke kattegrus er særlig veldefinereter, men hvad nu hvis man knuser det i en morter og vejer det af? Her må ham katalysatormanden på banen.
Eller man kan lave et separat kammer hvor tilstrømningen kan begrænses.

Eller hvad ved jeg? men det kan bygges og testes.
Og hvis man virkelig er "træt at adiabatiske ekspansionskurver", så er det vel bare at prøve.

  • 0
  • 0

Og hvis man virkelig er "træt at adiabatiske ekspansionskurver", så er det vel bare at prøve.

Selvfølgelig.

Men faktum er jo at den tiltalende enkelthed ved et trykfødt system er blevet mindre tiltalende når man tager ulemperne med i betragtning. Det er sager som forøget materialetykkelse (og dermed vægt og pris) for tankene, tæthedskrav ved højere tryk (svejseproblemer) og et system til at opvarme den tryksættende gas (som vistnok ikke er prøvet før). Der er mange djævle gemt i detaljen.

Men nu indbefatter masterplanen altså en turbopumpe, hvilket IMHO er fuldt forståeligt for det løser ovenstående problemer. Det kan da godt være at vi finder andre djævle langs denne sti... men det finder man vel først ud af ved at prøve.

  • 2
  • 0

Man kunne øge varmekapasiteten af gassen ved at fylde tanken med groft ståluld.
Eller uld af kobber eller alu.

  • 0
  • 0

uden at bidrage med en rimelig afvikling af energien er min fornemmelse ,Ole. I ren oxygen( her brintperioxyd..brintoverilte) vil iltningsreaktionen af "uldfyldet" generere mere(eksplodere mener jeg) ,end det gavner i et apparat der skal bruge energi til at løfte Peter ud i rummet. Jeg vil antage, at kun Peter vil forlade startpladsen med kurs mod sin navnefælle i perleporten hvis metoden anvendes :)

Jeg vil hellere flyve 180 i en Bergfalke, end at nærme mig et sådant system, hvis du forstår mig :)

  • 3
  • 0

Se det er da god lægehumor!
(tak til N. Foldager)
Ovenpå den fremlæggelse, så gider jeg slet ikke høre hvad der virkeligt skete mellem Kristian von Bengtson og Peter Madsen.

  • 2
  • 0

Hvem er Torben?


Hvem er Ewa Pedersen?
Hvorfor spørger hun efter hvem Torben er?
Hvor mange vinkelslibere går der på 10 tons?
Hvad består hypergolsk hæmoridecreme af?
Kan 30 kasser citronmåner forskyde vægtbalancen i Nautilus?

Der er helt klart brug for en 2'er ;-)

  • 3
  • 0