Ламерский вопрос про ЖРД

Почему камеры сгорания серийных ЖРД (по крайней мере советских (российских)) имеют цилиндрическую форму? Ведь это одна из причин возникновения высокочастотных колебаний, ПМСМ.

Понятно...
Хотя вот это

Потому что прямой связи между ВЧ неустойчивостью и формой камеры нет. Ибо ВЧ колебания имеют длину волны меньше размеров камеры.

 

Совершенно не канает... ПМСМ. Главное не совпадение длин, а кратность и образование резонанса.

Так а резонансы возможны при любой мыслимой геометрии. Главное, что в протяжённой камере возможны не только прямые, но и косые отражения.

Т.е. рассмотрим сферический конь случай. У нас возможна не только мода, при которой волна укладывается от края до края, но и волна, когда путь замыкается после трёх отражений, четырёх и т.д.

 

Ну интенсивность колебаний с ростом кратности отражений падает. Поскольку больше потери на отражение и меньше активная масса.
Ведь гармоники выше третьей сильно меньше по интенсивности.
Колебания,ИМХО, можно гасить сделав поток у стенки более холодным. А диаметр камеры подбирать так чтобы частоты прямых и кольцевых (трех-кратно отраженных) колебаний были взаимно простыми числами, дабы избежать складывания.
Я думаю гораздо бОльшая проблема это продольные колебания между передней (или как она правильно называется?) стенкой камеры и скачком уплотнения в критике. Во всяком случае по описанию проблем с ВЧ в РД-107...
И решение такое же как там... Разносить головки окислителя и горючего дабы сформировать холодную пристеночную зону. Или впрыскивать добавочное количество одного из компонентов в холодном состоянии возле стенки.
А еще можно, ПМСМ, формировать холодные "плоскости" вдоль камеры, впрыскивая, скажем, керосин плоскими струями. Чуть позже нарисую как мне это видится.
Хотя конечно на эффективности ЖРД все это отрицательно скажется.

Jerard> Ну интенсивность колебаний с ростом кратности отражений падает. Поскольку больше потери на отражение и меньше активная масса.

Тем не менее, ВЧ возникает и на чётных гармониках высокого порядка.

Jerard> Ведь гармоники выше третьей сильно меньше по интенсивности.

Где, когда, почему?

Jerard> Колебания,ИМХО, можно гасить сделав поток у стенки более холодным.

Не влияет. Вообще никак. А поток у стенки делают более холодным во всех разумных ЖРД просто для того, чтобы стенка не прогорала. Завесное и плёночное охладжение.

Jerard> А диаметр камеры подбирать так чтобы частоты прямых и кольцевых (трех-кратно отраженных) колебаний были взаимно простыми числами, дабы избежать складывания.

Чего-чего? А диаметр окружности мы сделаем таким, чтобы котангенс шестидесяти градусов имел нужное нам значение?

Jerard> Я думаю гораздо бОльшая проблема это продольные колебания между передней (или как она правильно называется?) стенкой камеры и скачком уплотнения в критике. Во всяком случае по описанию проблем с ВЧ в РД-107...

В критике нет никакого скачка уплотнения. В сопле Лаваля давление, температура и скорость меняются монотонно. Больше того, против сверхзвукового потока никакие возмущения не распространяются. Нет. ВЧ возникает на поперечных и косых модах.

Jerard> И решение такое же как там... Разносить головки окислителя и горючего дабы сформировать холодную пристеночную зону. Или впрыскивать добавочное количество одного из компонентов в холодном состоянии возле стенки.

Ещё раз. Так делается во всех сколько-нибудь серьёзных ЖРД. На ВЧ колебания это никакого влияния не оказывает.

Jerard> А еще можно, ПМСМ, формировать холодные "плоскости" вдоль камеры, впрыскивая, скажем, керосин плоскими струями. Чуть позже нарисую как мне это видится.

Так действительно делали. Заменяли часть (примерно 1/16-1/20) эффективных центробежных форсунок на менее эффективные струйные. Но эффективность такого решения меньше. Ведь в новых РД-107 акустическими перегородками служат не "струи", а корпуса форсунок.

Jerard> Хотя конечно на эффективности ЖРД все это отрицательно скажется.

Вообще, ВЧ колебания возникают при попытке повысить УИ свыше определённой величины, причём, для кислородных ЖРД эта величина тем меньше, чем больше диаметр камеры. Поэтому американцы "любят" скоростные камеры, у которых диаметр критики ненамного меньше диаметра камеры.

Где, когда, почему?

 

В резонаторах... Или мой склероз меня подвел?

Не влияет. Вообще никак. А поток у стенки делают более холодным во всех разумных ЖРД просто для того, чтобы стенка не прогорала. Завесное и плёночное охладжение.

 

Да это я пока, на обед ходил, обдумал
Там эээ траектория звуковых волн скорее всего параболическая. Ну не прямая в общем.

Чего-чего? А диаметр окружности мы сделаем таким, чтобы котангенс шестидесяти градусов имел нужное нам значение?

 

Имелось ввиду диаметр камеры по отношению к средней резонансной длине звуковых волн в активной массе. Вы согласитесь с тем что длина волны в камере зависит от давления и температуры?
И при заданных давлении и температуре в камере, изменяя диаметр, мы изменяем частоту на которой возникнет резонанс?
И у стенки (для кольцевых колебаний) она (частота) будет выше чем для прямых колебаний.

Тем не менее, ВЧ возникает и на чётных гармониках высокого порядка.

 

Ну о том и речь что если четная гармоника прямых колебаний совпадет с частотой "четных" (по количеству отражений) кольцевых колебаний, будет о-ля-ля. Они взаимно усилятся. А если не совпадет, то интенсивность "четных" кольцевых колебаний будет малой.

В критике нет никакого скачка уплотнения. В сопле Лаваля давление, температура и скорость меняются монотонно. Больше того, против сверхзвукового потока никакие возмущения не распространяются. Нет. ВЧ возникает на поперечных и косых модах.

 

Вот этого не знал. Ламер

Jerard>

Где, когда, почему?

 

Jerard> В резонаторах... Или мой склероз меня подвел?

На спор заведу любой кварцевый резонатор на девятой гармонике. И некоторые - на одиннадцатой. При этом амплитуда гармоник с первой по седьмую (девятую) будет пренебрежимо мала по сравнению с той, на которой завёл.

Jerard> Там эээ траектория звуковых волн скорее всего параболическая. Ну не прямая в общем.

Это влияет только на частоту колебаний, но не на интенсивность.

Jerard>

Чего-чего? А диаметр окружности мы сделаем таким, чтобы котангенс шестидесяти градусов имел нужное нам значение?

 

Jerard> Имелось ввиду диаметр камеры по отношению к средней резонансной длине звуковых волн в активной массе. Вы согласитесь с тем что длина волны в камере зависит от давления и температуры?

Частота - да, зависит. Но не амплитуда.

Jerard> И при заданных давлении и температуре в камере, изменяя диаметр, мы изменяем частоту на которой возникнет резонанс?



Jerard>

Тем не менее, ВЧ возникает и на чётных гармониках высокого порядка.

 

Jerard> Ну о том и речь что если четная гармоника прямых колебаний совпадет с частотой "четных" (по количеству отражений) кольцевых колебаний, будет о-ля-ля. Они взаимно усилятся. А если не совпадет, то интенсивность "четных" кольцевых колебаний будет малой.

Чётными называются гармоники, когда в резонаторе "укладывается" целое число длин волн, нечётными - когда полуцелое (1/2, 3/2, 5/2 и т.д.) Чётные гармоники характерны для открытых резонаторов, нечётные - для закрытых. В камере сгорания ЖРД возникают и те, и другие, хотя классической теории колебаний это противоречит. Кварцевые резонаторы, например, возбуждаются строго на нечётных гармониках.

что бы не начинать новый топик - можно тут вопросик?

Нужно прикинуть скорость истечения газовой струи из РД. топливо однокомпонентное. Температура в кс 1270С. Состав продуктов - азот 48%, вода 48%, водород 3%.
Мольная теплота реакции вроде -407,7кДж/моль топлива - NH4(NO)3*1.8*NH3.

R.M.> что бы не начинать новый топик - можно тут вопросик?
R.M.> Нужно прикинуть скорость истечения газовой струи из РД. топливо однокомпонентное. Температура в кс 1270С. Состав продуктов - азот 48%, вода 48%, водород 3%.
R.M.> Мольная теплота реакции вроде -407,7кДж/моль топлива - NH4(NO)3*1.8*NH3. [»]

Плюс-минус лапоть - 1500-1600 м/с. Средний молекулярный вес очень близок к таковому для 100% перекиси водорода, правда, там температура чуть ниже. Но разница в пределах 10%

R.M.> Нужно прикинуть скорость истечения газовой струи из РД

Лучше всего возьми PROPEP и посчитай. Заодно получишь и правильный состав продуктов, и температуру.

ДЛИНА ВОЛНЫ В РЕЗОНАТОРЕ ЗАВИСИТ ТОЛЬКО ОТ РАЗМЕРОВ РЕЗОНАТОРА.

 

Да это я того...

На спор заведу любой кварцевый резонатор на девятой гармонике. И некоторые - на одиннадцатой. При этом амплитуда гармоник с первой по седьмую (девятую) будет пренебрежимо мала по сравнению с той, на которой завёл.

 

Я вообще-то имел в виду самовозбуждение.

ЧАСТОТУ - ДА. НО НЕ АМПЛИТУДУ

 

Но ведь в данном случае нас интересует именно частота.

Еще пара вопросов. Больше не будет

Вы в курсе в РД-107 и иже какой характер разрушений от ВЧ? Вырывало сопловую крышку или рвало камеру вдоль или поперек?

Камера обычно "раскрывалась" цветочком

А бывает ли ВЧ на движках с вытеснительной подачей топлива (без ТНА)?

Отличие ВЧ от НЧ именно в том, что ВЧ возникает прямо в камере, независимо от способа подачи и других внекамерных условий. Писалось тут об этом уже весьма подробно. В том числе, описывались механизмы создания ПОС.

Поиск-то не работает

Да, с поиском ныне беда совсем....
Коротенько, смысл в следующем. Акустическая ПОС в камере возникает из-за того, что скорость реакции компонетов, а соответственно, и энерговыделение, пропорциональны локальной плотности и температуре.

Ага, а-ля лазер.

А бывает ли ВЧ на движках с вытеснительной подачей топлива (без ТНА)?

 

Теоретически - может, а вот практически ... ЖРД с ВСП как правило имеют скромные размеры
и как следствие высокие собственые частоты КС.

Соответственно взаимодействие РП с ВЧ колебаниями
не столь интенсивно.

Мы пару раз сталкивались с таким феноменом (судя по всему имели место продольные ВЧ колебания).

НО:

1) Это ощущалось пожалуй только на слух (камера издавала характерный рокот вместо свиста и интенсивность звука была явно выше чем обычно)
2) Это стоило нам пары вышедших из строя от вибрации манометров которые стояли на измерении давления в КС
3) Это практицки никак не сказывалось на устойчивость РП

Да, с поиском ныне беда совсем....
Коротенько, смысл в следующем. Акустическая ПОС в камере возникает из-за того, что скорость реакции компонетов, а соответственно, и энерговыделение, пропорциональны локальной плотности и температуре.

 

Офигительное обяснение Чем оно отличается от формулировки закона Аррениуса ?

Офигительное обяснение Чем оно отличается от формулировки закона Аррениуса ?

 

Тем, что это не закон, а следствие из него.

Тем, что это не закон, а следствие из него.

 

Дык химические реакции имеют место в КС всегда а ВЧ таки нет

Дык химические реакции имеют место в КС всегда а ВЧ таки нет

 

Потому и следствие, а не закон.

Потому и следствие, а не закон.

 

Нет это не следствие это даже не половина ответа на вопрос

Точный ответ находится путём интегрирования полных нестационарных уравнений Навье-Стокса с учётом каплеобразования и процессов испарения жидких капель в общем случае и с учётом кинетики химических реакций:

1) нахождения интеграла квадрата вариации давления по времени для всего объёма КС и нахождения
зон максимального значения данной величины

2) нахождения зон максимального тепловыделения (максимальной скорости химических реакций)

3) Сопоставление местоположения 1 и 2

Все остальные шаманизмы как раз и вертятся вокруг этого.

Но можно упростить решение (не связываться с непосредственным решением UFNS) и разбить задачу на более мелкие и простые но суть всей деятельности будут вертеться вокруг 1 2 и 3.

Кстати это касается не только ЖРД а любой КС химического РД.