Расчет rs двигателя: Варианты увеличения объема мотора и значение R/S — Шины для спецтехники, шины для погрузчика

Содержание

Варианты увеличения объема мотора и значение R/S

Увеличить мощностную отдачу и крутящий момент двигателя можно несколькими способами. Начнем с самых простых. Во-первых, расточка блока цилиндров под диаметр поршня больше стандартного показателя. Этот вариант закономерно назван народным, потому что в его затратную часть входит лишь стоимость комплекта новых колец/поршней и работы по расточке. Второй вариант более затратный, ибо он рекомендует заменить штатный коленвал на иной, с большим радиусом кривошипно-шатунного механизма. Рассчет здесь прост – чем больше будет амплитуда хода поршня, тем больше увеличится объем силового агрегата.

Хотя форсировка мотора за счет роста рабочего объема его поршней оправдана далеко не всегда. Например, иногда выгоднее приобрести спортивный распредвал и модернизировать под него головку блока цилиндров – это даст больший прирост «лошадей». Однако доработка ГБЦ в таком случае будет очень серьезной: иногда приходится перепрессовывать седла и монтировать клапаны повышенного диаметра, не забывая при этом о впускных-выпускных каналах, из которых выхлопные газы будут выходить с большой скоростью – потребуется увеличить сечение этих элементов двигателя. Поэтому обращаться в «гаражные» автомастерские любителям такого тюнинга нельзя – это грозит едва ли не сразу после оплаты работ вызовом эвакуатора в Москве.

Кроме того, значительное влияние на «характер» силового агрегата оказывает и «геометрия» блоков цилиндров – есть разные типы и формы поршней, масса коленвалов и прочие параметры. Однако упомянуть об одном из чрезвычайно важных все-таки стоит: это отношение длины шатуна к ходу поршня, так как по своей сути мотор представляет собой насос, прокачивающий через себя определенный объем топливо-воздушной смеси за определенный отрезок времени. Наконец, кардинально важно соотношение диаметра кривошипа коленчатого вала к длине шатуна, которое в англоязычной автолитературе обозначается как «R/S» – rod to stroke ratio. Данному показателю и автопроизводители, и тюнеры уделяют серьезнейшее внимание, а многие специалисты идеальным показателем считает величину 1,75.

Положительная сторона большого R/S заключается в том, что он позволяет поршню гораздо дольше находиться в верхней мертвой точке (ВМТ), тем самым обеспечивая лучшее сгорание топлива. А поскольку оно вызывает повышенное давление в рабочих цилиндрах, то достигается повышенный крутящий момент на средних/высоких оборотах двигателя. Также удлиненный шатун уменьшает коэффициент трения поршня о стенки цилиндра, что особенно важно для рабочего хода поршня.

Негативное влияние большого R/S – это плохое наполнение цилиндров на низких/средних оборотах из-за того, что снижается скорость воздушного потока. А поскольку температура в камерах очень высокая и поршень в ВМТ находится долго, это повышает риск детонации.

Плюсы малого R/S, наоборот, выражаются в хорошей скорости наполнения цилиндров на средних и низких оборотах коленвала и, соответственно, лучшем сгорании топлива. Кроме того, при модернизации моторов таким способом, требования к качеству работ не высоки и вызывать эвакуатор в Москве не понадобится.

Против использования малого RS свидетельствует большой угол наклона шатуна по горизонтали, что автоматически приводит к повышенным нагрузкам на сам шатун и повышает вероятность выхода его из строя. Кроме того, увеличивается нагрузка и на стенки блока цилиндров, и на поршни с кольцами, увеличивается рабочая температура. Соответственно, названные элементы двигателя получают меньше смазки и быстрее изнашиваются.

Как вызвать эвакуатор недорого?

Заказать обратный звонок или
позвонить по телефону
8-964-566-07-55

В указанное время и
место прибудет наш
эвакуатор

Бережно и недорого
перевезем Ваш автомобиль
по нужному адресу

СТОИМОСТЬ ЭВАКУАЦИИ АВТО

Дешёвый эвакуатор в Москве и Московской области

Выберите тип своего ТС:

Мотоцикл

Малолитражка

Легковой

Кроссовер

Внедорожник

Микроавтобус

Мотоцикл Малолитражка Легковая Кроссовер Внедорожник Микроавтобус

Москва

Подача: БЕСПЛАТНО

Стоимость: 2500 руб 2500 руб 2500 руб 2500 руб 2800 руб 3000 руб

Подмосковье

Подача за МКАД: 250 руб

1 км перевозки: 15 руб 15 руб 15 руб 15 руб 15 руб 15 руб

Эвакуация с заблокированными колёсами: +150 руб/колесо

Предварительный расчет

стоимости эвакуатора

Тип транспортного средства:

мотоциклмалолитражкалегковойкроссовервнедорожникмикроавтобус

Кол-во заблокированных колес:

01234

Рассчитать

Общая стоимость:

Время погрузки/разгрузки учтено.

Конечную стоимость уточняйте у диспетчера

Пересчитать

Калькуляторы — Автосервис Yourtype

Press enter to begin your search

Расчет расхода воздуха и мощности
Расчет топливной системы
Расчет степени сжатия

Обороты двигателя:

Объем двигателя (в кубических сантиметрах):

Объемная эффективность (между 75-130%):

Давление избытка наддува:

Bar:

PSI:

kPa:

Абсолютное давление (в картах турбин) = 1 Бар
Крутящий момент при заданных оборотах () и мощности (): 202 Нм

Для понимания как это работает Вы можете выбрать популярный двигатель из списка ниже.

Обратите внимание, что в этом списке указаны паспортные данные полностью стоковых двигателей и в поле оборотов попадает не отсечка, а обороты на которых эти двигатели развивают максимальную мощность, как заявлено производителем.

— BMW B48 F30 LCI— BMW B58 F30 LCI— Honda D15B VTEC— Honda D16Y8— Honda B16A3 DOHC VTEC— Honda B18C SiR-G/GSR— Honda B20Z2 USDM CR-V— Honda R18A2 Civic 8— Honda J35Z4 YF3— Honda K20A6 CL7— Honda K20Z4 Type R— Honda K24A3 CL9— Honda K24Z3 CU2— Honda K24W2 CR2— Honda K20C1 FK2R— Honda K20C4 CV2— Honda L15B7 FK4— Mitsubishi 4G63T CD9A— Nissan RB26DETT R34— Nissan VR38DETT DBA-R35— Toyota 1JZ-GTE— Toyota 2JZ-GTE EU/US

Ориентировочная мощность¹ :

л/с:

кВт:

¹укажите обороты и мощность чтобы узнать при каком наддуве она будет достигнута на заданных оборотах.

Количество потребляемого воздуха:

CFM:

lbs/min:

m³/min:

kg/sec:

например указав желаемое давление наддува и в графе потребляемого воздуха количество воздуха в точке первого пересечения зоны эффективности вашей турбины (~6. 5lbs/min) с абсолютным давлением (1.5 Бара) будут расчитаны обороты спула заданного двигателя

Тип наддува:
Атмо Турбина Компрессор
Тип топлива:
Бензин Гоночное топливо E85

Целевая мощность на маховике:

Количество форсунок:

Максимальная загрузка форсунок (Duty %)*:

*Вы можете указать целевую мощность на маховике и производительность ваших форсунок, чтобы рассчитать процент их максимальной загрузки. Для безопасной эксплуатации двигателя не желательно нагружать форсунки выше 90%.

Производительность форсунок при давлении топлива 3 Бара (43.5 PSI):

cc/min:

lbs/hr:

Необходимые форсунки 4шт. по 310cc/min (кубические сантиметры в минуту) или 30lbs/hr (фунты в час)

Минимальная производительность топливного насоса 74LPH (литры в час)

Статическая степень сжатия 0.00 : 1

Динамическая степень сжатия 0.

00 : 1
Объем двигателя 0000 cc

Блок цилиндров

D-серия— D15— D16 — D17B-серия— B16A — B17A— B18A/B— B18C — B16B— B20B/ZH/F-серия— h32 — h33— F22— F23— F20BK-серия— K20— K24

Диаметр поршня (мм)

Высота блока (мм)

Коленвал

D-серия— D15— D16— D17B-серия— B16A/B— B17A— B18A/B — B20B/Z— B18CH/F-серия— h32— h33 — F22— F23— F20BK-серия— K20— K24

Ход поршня (мм)

Головка блока цилиндров

D-серия— D15B7-D16A6— D16Z6/Y7-D15B— D16Y8— ZC— D17A2— D15Z1B-серия— B16A/B-B17A-B18C5— B18A/B-B20B/Z— B18C1H/F-серия— h32-h33A— h33-F22-F23— F20BK-серия— K20A REDTOP— K20A1— K20A2— K20A3— K24A1— K24A2— K24A3— K24Z3— K24A4

Отношение Шатун/Ход (R/S) 0.00 : 1

Расстояние от поршня до плоскости блока Piston-to-Deck 0.00 мм
Приблизительный УОЗ

Объем камеры сгорания (см³)

Поршни
D-серия— PM3 (US D15B7)— P07-010 (US D15Z1)— PM6 (US D16A6)— P2E-000 (US D16Y7)— P28-A01 (US D16Z6)— P2M-00 (US D16Y5)— P2P (US D16Y8)— PDN-A00 (US 98-00 GX)— P29 / PM7 (ZC)— PMS-A00 (US 01-03 GX)— PG6 (US 86-87 D16A1)— PLR-A0 (US D17A2)— P08-010 (JDM 91-99 VTi)— VitaraB-серия— PR3 (USDM B16A)— P30 (JDM B16A)— P61 (B17A)— PR4 (B18A/B)— P72-A0 (USDM B18C1)— P72-00 (JDM B18C1)— P73-A0 (USDM B18C5)— P73-00 (JDM B18C5)— P3F (B20B)— PHK (B20Z)— PCT (JDM B16B)H/F-серия— h32A4 (USDM h32)— h32A (JDM h32)— h32 — S (h32 Type S)— h33A1 (USDM h33)— h33A (USDM h33)— F22A1/A4/A6/B1/B2— F23A1— F20BK-серия— K20A1 (SiR)— K20A2 (RSX-S)— K20A3 (RSX)— K24A1 (CRV)— K24A2-A3 (CL9)— K24A4— K24Z3

Объем купола поршня (см³)

Компрессионная высота поршня (мм)

Шатуны
D-серия— D16 — D17 — D15Z1/B— D15B1/B2/B8/B7B-серия— B16A— B17A— B18A/B — B20B/Z— B18C1/C5— B16BH/F-серия— h32— h33— F22— F23— F20BK-серия— K20— K24

Длина шатуна (мм)

Скорость поршня 22 м/с

Прокладка ГБЦ

D-серия— D15B7-D16A6— D16Y8-D16Z6— D16Y8 2-layerB-серия— OEM 3-layer— 2-layer— 1-layerH/F-серия— OEM 3-layer— 2-layer— 1-layerK-серия— OEM

Толщина прокладки (мм)

Разница в диаметре прокладки (мм)

Точная общая высота шлифовки блока и ГБЦ

Максимальные обороты

Давление наддува в барах (оставьте 0, если Атмо)

Адрес: 140073 Россия, Московская обл. , Люберецкий р-н, пос. Чкалово, ул. Горького 26

+7 495 77 67 987 WhatsApp

Сергей: +7 985 776 7987 Telegram
Руслан: +7 906 056 3536 WhatsApp
E-mail: [email protected]

Система управления типовым Aerojet Rocketdyne RS-25 — SSME

Процесс с точки зрения идентификации математически имеющий передаточную функцию.

процесс от простого до сложного. Например, один вход, один выход (SISO), несколько входов, один выход (MISO), один вход, несколько выходов (SIMO) и несколько входов, несколько выходов (MIMO).

MIMO обычно является сложным,

Эти входы и выходы имеют характеристики сигналов.

Обычные сигналы идентифицируются как переменные как x(t),x(s) и т.д.

Инструментарий начинается с идентификации этих сигналов, которые идентифицируют внутренние и внешние свойства процессов, например, давление, объем, температура (P, V, T), так что газ идентифицируется с точки зрения его внутренних свойств и может тестироваться. определить дополнительные свойства, такие как изоэнтропия (изоэнтропия?) и т. д.

предположим, что вы инженер НАСА, который разрабатывает криогенный двигатель и в дальнейшем хочет его контролировать. далее Контролируйте это.

Когда газ проталкивается через трубку, молекулы газа отклоняются стенками трубки. Если скорость газа намного меньше скорости звука газа, плотность газа остается постоянной, а скорость потока увеличивается.

Однако, поскольку скорость потока приближается к скорости звука, мы должны учитывать влияние сжимаемости газа.

Плотность газа варьируется от одного места к другому.

Учитывая поток через трубку, как показано на рисунке,

Если поток очень постепенно сжимается (площадь уменьшается), а затем постепенно расширяется (площадь увеличивается), условия потока возвращаются к исходным значениям.

Мы говорим, что такой процесс обратим . С учетом второго закона термодинамики

обратимый поток поддерживает постоянное значение энтропии. Инженеры называют этот тип потока изоэнтропическим потоком; сочетание греческого слова «изо» (один и тот же) и энтропии.

Изэнтропические потоки возникают, когда изменение параметров потока небольшое и постепенное, например, идеальный поток через сопла, как показано выше.

Генерация звуковых волн – изоэнтропический процесс. Сверхзвуковой поток, поворачиваемый при увеличении площади потока, также является изэнтропическим.

Мы называем это изэнтропическим расширением из-за увеличения площади.

Если сверхзвуковой поток резко поворачивается и площадь потока уменьшается, возникают ударные волны, и поток становится необратимым .

Изэнтропические соотношения больше не действуют, и поток определяется наклонной 0028 или нормальное ударное отношение нс.

На этом слайде NASA GRC собрала множество важных уравнений, описывающих изоэнтропический поток.

Начнем с определения числа Маха, поскольку этот параметр фигурирует во многих уравнениях изоэнтропического течения. Число Маха М есть отношение скорости потока к к скорости звука к .

Уравнение №1:

M = v / a

Скорость звука, в свою очередь, зависит от плотности r , давления p , температуры T и отношения удельных теплоемкостей gam :

Уравнение #2:

3 a

8 = sqrt(gam * p / r) = sqrt (gam * R * T)

, где R — газовая постоянная из уравнений состояния. Если мы начнем с энтропийных уравнений для газа, можно показать, что давление и плотность изоэнтропического потока связаны следующим образом:

Уравнение № 3: 9-[(gam+1)/(gam-1)/2]} / M

Условия, отмеченные звездочкой, возникают, когда поток засорен и число Маха равно единице. Обратите внимание на важную роль, которую играет число Маха во всех уравнениях в правой части этого слайда. Если число Маха потока определено, можно определить все остальные зависимости потока. Точно так же определение любого отношения потока (например, степени давления) зафиксирует число Маха и установит все другие условия потока.

NASA GRC даже разработала программу на Java, которая решает уравнения, приведенные на приведенном выше слайде.0003

Этот апплет запрашивает Входную переменную . Затем рядом с выбором вы вводите значение выбранной переменной. При нажатии красной кнопки COMPUTE выходные значения меняются.

Теперь далее Интересный факт воспроизводится здесь:

Некоторые переменные (например, отношение площадей) имеют двойное значение. Это означает, что для одного и того же отношения площадей существует дозвуковое и сверхзвуковое решения.

Кнопка выбора в правом верхнем углу выбирает представленное решение. Переменная «Wcor/A» представляет собой скорректированную функцию расхода воздуха на единицу площади, которая может быть получена из массового расхода сжимаемой жидкости.

Эта переменная является функцией только числа Маха потока.

Угол Маха и угол Прандтля-Мейера также являются функциями числа Маха.

Эти дополнительные переменные используются при проектировании высокоскоростных впускных отверстий, патрубков и воздуховодов.

Далее идет газ, который зарезервирован или вырабатывается на борту воздухоразделительной установки для получения кислорода, чтобы можно было спроектировать ракетную систему следующего поколения.

Все это находится в эксплуатации, и специальное оборудование может быть спроектировано дополнительно. Но основы действительно должны быть сильными.

Мы должны больше обсуждать это.

Пожалуйста, напишите мне для дальнейшего развития темы.

Моя цель — создать сеть с инженерами по управлению, чтобы понять великое высказывание моего гуру сэра Белы Липтак

«Если вы не можете измерить, вы не можете контролировать» — Бела Липтак.

предположим, что у вас есть устаревшая система типичного Aerojet Rocketdyne RS-25 — SSME — главный двигатель космического корабля «Шаттл»

Конфигурация системы (SSME- главные двигатели космического челнока ) изображен здесь.

Очень сложный дроссельный ракетный двигатель на криогенном топливе (LOX и Lh3) с уровнем надежности 99,95% (только один отказ в полете). Это ступенчатый двигатель внутреннего сгорания с 4 насосами (насос низкого и высокого давления для окислителя и топлива), 2 камерами предварительного сгорания, 4 турбинами (на основе LOX для насоса LOX низкого давления, Lh3 на основе насоса Lh3 низкого давления и 2 газовых турбин). на основе предварительных баннеров).

Двигательная установка космического корабля «Шаттл» состоит из два (2) больших твердотопливных ускорителя ( SRB ) двигатели , три (3) главных двигателя космического челнока (SSME) и (1) внешний топливный бак (ET), все использовались для запуска шаттла в космос . Кроме того, орбитальный аппарат содержит два (2) двигателя системы орбитального маневрирования (OMS) и 44 двигателя системы управления реакцией (RCS).

Только посмотрите, почему 2 SRB, 3 SSME, 1 ET, 2 OMS и 44 RCS.

У каждого дизайна есть предыстория. Когда вы задаете вопросы, у вас будут квесты и ответы.

Каждый SRB имеет диаметр 12 футов и высоту 149 футов, весит 1,3 миллиона фунтов и создает примерно 3,3 миллиона фунтов тяги . SRB также служат в качестве опор для стартовой площадки для всего корабля и зажигаются при запуске после того, как все три SSME развивают тягу не менее 90 процентов.

(См. Зажигание SRB основано на достоверном заключении с должным подтвержденным порогом порога 3 SSME, т. е. 0,9x 3,3 MLBS> крепления SRB IS Launch Pad, оснащенные датчиками Thurts, подключенными к системе безопасности и подключенными к системе аборта после обратного отсчета, и должно быть спорное наблюдение за УРОВНЕМ БЕЗОПАСНОСТИ (SIL). Просто изучите, и если нет, вы можете предложить добавить или развить дальше. )

Твердое топливо (обычно окислитель с топливом, имеющим связующее вещество с отвердителем, если твердое топливо и должен быть подходящий катализатор. Химия этого топлива является интересной специальной темой. Может быть убеждена заинтересованным инженером-химиком)

состоит из литой смеси

перхлората аммония ( окислитель ,
8 % по весу), 2 64,9030
Распыленный алюминиевый порошок (топливо , 16,00%),
Полимер (связующее, 12,04%),
Эпоксидная смола (отвердитель, 1,96%),
Оксид железа (катализатор, 0,07%).

После выгорания на высоте примерно 150 000 футов отработавшие гильзы отделяются от транспортного средства, поднимаясь по дуге примерно до 220 000 футов, после чего десантируются в океан для извлечения и повторного использования.

Внешний бак длиной 154 фута и диаметром 27,5 фута является самым большим элементом космического корабля «Шаттл». Он служит основой для крепления Орбитального аппарата и SRB, а также содержит и подает топливо под давлением к трем основным двигателям Орбитального аппарата.

Инопланетянин должен выдерживать напряжения, создаваемые его собственным весом при загрузке топливом и весом орбитального аппарата перед запуском.

Затем при запуске тяга, генерируемая орбитальным кораблем и SRB, должна реагировать на внеземную конструкцию.

ET состоит из трех основных компонентов:

Передний баллон с жидким кислородом,
задний бак с жидким водородом,
негерметичный промежуточный бак, соединяющий два топливных бака.

После останова SSME инопланетянин сбрасывается, входит в атмосферу Земли, распадается на части, уцелевшие при входе в атмосферу, в отдаленном районе океана. Это единственный невосстановленный элемент космического корабля «Шаттл».

Три SSME, , которые последовательно запускаются при запуске, сжигают смесь топлив, состоящую из водорода и кислорода, которые хранятся и доставляются в криогенном жидком состоянии из внешнего бака (ET).

Уменьшение тяги двигателя необходимо в начале набора высоты, чтобы предотвратить чрезмерную аэродинамическую нагрузку на конструкцию корабля, а затем в полете, чтобы ограничить ускорение корабля не более чем в 3 раза превышающим нормальную земную силу тяжести.

Каждый двигатель закреплен на двух плоскостях для управления тангажем, рысканием и креном автомобиля.

SSME направляют и разгоняют аппарат до нужного орбитального положения и скорости.

и выключите.

Два двигателя OMS установлены в отсеках по обеим сторонам вертикального стабилизатора орбитального корабля.

Каждая гондола также содержит топливные баки двигателей и гелиевые баллоны, используемые для наддува топливных баков.

Используемые пропелленты:

монометилгидразин (топливо) и
тетроксид азота (окислитель), которые являются гиперголическими (воспламеняются при контакте).

Каждый двигатель развивает тягу в 6000 фунтов в вакууме.

Они используются вместе или по отдельности для увеличения или уменьшения скорости орбитального аппарата при выходе на орбиту, переходе по кругу, перемещении и сходе с орбиты.

Съемные блоки OMS обслуживаются на специальном объекте и снова прикрепляются к орбитальному аппарату во время наземных ремонтных работ.

Блоки также содержат кормовую группу двигателей системы управления реакцией.

Система управления реакцией обеспечивает возможность маневров вращения и перемещения орбитального аппарата в космосе.

Он включает в себя 38 основных двигателей (тяга 870 фунтов каждый) и шесть нониусных двигателей (тяга 24 фунта каждый).

Передняя двигательная группа (в носовой части орбитального корабля) включает 14 главных и два нониусных двигателя.

Каждый блок OMS содержит 12 основных и два нониусных двигателя.

Каждый двигатель может запустить импульс длительностью 800 миллисекунд,

используя монометилгидразин (топливо) и тетроксид азота (окислитель), которые являются гиперголическими.

Типичное использование RCS: управление ориентацией по мере необходимости, управление креном во время работы одного двигателя OMS, выход на орбиту и сход с орбиты (в случае отказа OMS), сближение и стыковка, а также удержание станции.

Здесь я буду обсуждать в основном SSME и RCS.

продолжение следует.

Май 2012 г. — Жидкостные ракетные двигатели (J-2X, RS-25, общие)

Один из наиболее важных аналитических инструментов, используемых при разработке ракетного двигателя, называется «баланс мощности». Проще говоря, баланс мощности представляет собой моделирование стационарного состояния, внутренних условий и функционирования двигателя. Это может, с одной стороны, быть выполнено с помощью электронной таблицы, а с другой стороны, принять форму сложной компьютерной программы с сотнями теоретических расчетов, подкрепленных десятками и десятками встроенных эмпирических взаимосвязей, настроенных для конкретной аппаратной конфигурации. Но прежде всего поговорим о том, что такое баланс сил с чисто концептуальной точки зрения. Вы начинаете со схемы двигателя:

Где:
MCC = Основная камера сжигания
GG = газовой генератор
MFV = основной топливный клапан
MOV = основной клапан окислителя
GGFV = Газобеденный топливный клапан
GGOV = GAS GENTERATO

Затем вы разбиваете эти части двигателя, компоненты, на описания в отношении того, как они относятся к мощности, давлению и температуре:

Насосы: преобразование мощности на валу в энергию жидкости в виде повышенного давления
Турбины: извлечение энергии из газов привода турбины и преобразование ее в мощность на валу
Газогенератор и главная камера сгорания: выработка энергии за счет сгорания находится в форме повышенной температуры (горение = огонь = горячий)
Воздуховоды, клапаны и форсунки: Контролируйте движение жидкости, чтобы подавать топливо и продукты сгорания туда, где они должны быть, например, в водопроводе. Каждый из этих элементов снижает давление в протекающих через них жидкостях
Охлаждающие рубашки: здесь также снижается давление при протекании жидкости через охлаждающие каналы, но температура повышается по мере отвода тепла (т. е. при охлаждении) Вот что происходит с ракетным двигателем:
Вы заметите, что вся силовая часть, происходящая в двигателе, происходит в верхней части исходной схемы (все остальное я вырезал). Другими словами, основная передача мощности происходит в компонентах, которые составляют то, что мы называем тестированием «блока питания». Видеть? Вот почему и отсюда пошло название. Довольно умно, да? Вся идея состоит в том, чтобы подать мощность на насосы, чтобы они могли создавать большое и большое давление жидкости, чтобы они могли проталкивать много и много топлива через систему в камеру сгорания. В этом весь смысл ракетного двигателя — толкать что-то в камеру сгорания, чтобы создать тягу.
Итак, какое давление вам нужно? Это зависит от того, сколько материала у вас есть, чтобы протолкнуть порох, и какое давление вы хотите получить в камере в конце. Иногда я думаю об этом как о старой замечательной настольной игре «Монополия». Вы проходите «Go» и получаете 200 долларов. Помните это?

Что ж, в ракетном двигателе ваш насос работает, и в этот момент вы получаете определенное давление. Затем, по мере прохождения жидкости по системе, от компонента к компоненту — воздуховоды, клапаны, рубашки охлаждения, форсунки — приходится платить арендную плату в виде потери давления. Это похоже на приземление на разные квадраты на доске. Платить всю эту аренду просто прекрасно. Вы не можете этого избежать. Но вы должны убедиться, что накопили достаточно денег, чтобы в конце концов остановиться в отеле на Бордвок и не обанкротиться. Другими словами, вам нужно подавать порох в камеру с желаемым остаточным давлением. Вот представление этого процесса управления давлением в J-2X как на стороне топлива, так и на стороне окислителя:

Символы в виде взрыва на этой диаграмме обозначают зоны возгорания. Одна — это газогенератор, где вы производите энергию для привода насосов, а другая — это, конечно же, основная камера сгорания, где вы создаете свою тягу. Серые линии представляют продукты горения, выходящие из этих зон горения.
Последний вопрос, который необходимо рассмотреть, заключается в следующем: какое давление в камере сгорания вам нужно (и/или необходимо)? Другими словами, когда ваше топливо поступает в основную зону сгорания, при каком остаточном давлении вы хотите, чтобы произошло это сгорание? Звучит как простой вопрос, верно? Ну, конечно же, вы хотите, чтобы это произошло при «оптимальном» давлении. Но что это значит? Это не простой вопрос. В плане энерговыделения в определенных пределах давление в камере не имеет большого значения (или, в крайнем случае, является второстепенным фактором). К чему это действительно сводится, хотите верьте, хотите нет, так это к размеру и весу двигателя, а также к нескольким производственным соображениям.
На приведенном выше рисунке я попытался показать две комбинации камеры сгорания и форсунки, где верхняя имеет диаметр горловины и выходного диаметра форсунки в два раза больше, чем соответствующие измерения в нижней версии. Таким образом, оба двигателя, использующие эти камеры сгорания и сопла, будут иметь одинаковое отношение площади выхода сопла к площади горловины. Просто горловина наверху будет в четыре раза больше по площади (площадь пропорциональна квадрату диаметра). Вас бы удивило, если бы вы узнали, что эти два двигателя могли бы генерировать одинаковую тягу, если бы давление в камере нижнего двигателя в четыре раза превышало давление в камере верхнего двигателя? Да, это правда. Если верхний двигатель имеет, скажем, давление в камере 500 фунтов на квадратный дюйм (фунтов на квадратный дюйм), а нижний — 2000 фунтов на квадратный дюйм, то эти две ракеты — по оценкам первого порядка — работают с одинаковым уровнем производительности.
Что это значит? Это означает, что у вас может быть большой, громоздкий ракетный двигатель или маленький, «узкий». Казалось бы, маленький насос более эффективен, за исключением того, что при таком высоком давлении в камере вам приходится создавать все это дополнительное давление в ваших насосах. Это требует большой мощности насоса и, следовательно, мощности турбины. И сдерживание всего этого давления в системе двигателя означает более толстые стенки ваших воздуховодов, клапанов и всего остального. Более толстые стенки означают более тяжелые детали. Так что, возможно, этот «тугой» двигатель действительно более расточительный. Так что вместо этого, может быть, большой громоздкий двигатель звучит как хорошая идея, поскольку он меньше влияет на ваши турбонасосы. За исключением того, что вы понимаете, что он слишком велик, чтобы поместиться в вашем автомобиле, и, кстати, это чудовищно большое сопло весит тонну, и ни у кого нет станков, достаточно больших, чтобы произвести это. Так что, возможно, громоздкий тоже не подходит. Бла, бла, бла… От этого голова болит! Но такого рода обсуждения взад и вперед известны как торговые исследования, и они являются основой того, чем в конечном итоге станет ваш двигатель. Редко бывает простой и очевидный ответ, поскольку все влияет на все остальное.
Итак, как же все это вернуть к балансу сил? Итак, вы берете все эти понятия, обсуждавшиеся выше, и начинаете применять следующее:
Расчеты, описывающие, сколько энергии высвобождается при сгорании вашего топлива.
Расчеты, связывающие скорость насоса и конструктивные особенности насоса с повышением давления жидкости.
Расчеты, связывающие газовые условия в турбинном приводе и конструктивные особенности турбины с отбором энергии.
Расчеты, описывающие потери давления для жидкости, протекающей через каналы, клапаны, рубашки охлаждения и форсунки.
Расчеты, связывающие поток жидкости и условия жидкости с процессами теплопередачи в охлаждающих рубашках
После получения всех этих взаимосвязей можно выполнить баланс мощности. Вы используете свой энергетический баланс для информирования своих торговых исследований. Больше или меньше? Быстрее или медленнее? Вы просто должны понимать, используя его, что вы не можете ничего получить бесплатно. Энергия, которую вы вырабатываете в своем газогенераторе, расходует часть вашего топлива (для двигателя цикла газогенератора), поэтому они не могут пройти через главный инжектор с целью создания тяги. Вы не можете идеально извлекать энергию из газов турбины. И вы также не можете качать с идеальной эффективностью. Все эти соображения необходимо учитывать при расчетах. Но результатом будет аналитическая модель, которая может сообщить вам давление и температуру топлива на протяжении всего его пути через двигатель. Он покажет вам скорость вращения вала турбонасосов. И это даст вам общую производительность вашего ракетного двигателя.

Итак, допустим, вам поручили разработать двигатель с нуля. У вас есть требование к тяге и конкретное требование к импульсу. Скажем далее, что вы знаете, каким должно быть ваше топливо, и давайте даже зайдем так далеко, чтобы сказать, что вам сказали, что это должен быть двигатель газогенераторного цикла. Хорошо, так что теперь ты делаешь?
Вот один из подходов (…один из многих, многих возможных):
Выберите давление в камере.
Из-за ваших потребностей в тяге и специфических требованиях к импульсу вы можете начать с довольно точных предположений относительно расхода топлива.
Затем создайте схематический макет двигателя и различных компонентов и соберите воедино вашу симуляцию системы.
Затем выясните, какое давление должны создавать ваши насосы и, следовательно, какую мощность вам потребуется для создания газогенератора.
Баланс необходимой мощности насоса с мощностью турбины, которую необходимо извлечь; теперь вы установили условия для вашего газогенератора.
Основываясь на том, сколько топлива вы «теряете» на ведущей ноге газогенератора/турбины, вы можете определить, какой коэффициент расширения сопла вам нужен, чтобы достичь ваших конкретных требований к импульсу.
Вы, вероятно, будете ходить по кругу с предыдущими несколькими шагами — также известными как повторение — до тех пор, пока не получите полностью непротиворечивый набор ответов (по сути, это процесс обоснованных предположений, чтобы посмотреть, все ли уравновешивается, делая новые догадки, основанные на любом несоответствии, и снова проверяя, все ли уравновешено. С хорошей схемой решения вы в конечном итоге придете к месту, где все ваши догадки работают, а ваша система сбалансирована.)
Теперь у вас есть конструкция ракетного двигателя.
Но ты этого хочешь? Вы можете построить его? Подходит ли он к машине? Будет ли он слишком тяжелым? Соответствуют ли факторы производительности компонента разумным ожиданиям (т. е. эмпирическим правилам, применяемым различными экспертами по компонентам)? Достаточно ли близок дизайн к устаревшему дизайну, чтобы вы могли использовать предыдущий связанный опыт? Или, может быть, конструкция вся настолько новая и разная, что необходимая программа разработки будет достаточно обширной (а значит, и дорогой)? Может быть, есть целая куча причин, по которым ваш дизайн, откровенно говоря, воняет, поэтому вам нужно пройти весь процесс заново. В конце концов, после нескольких циклов вы почти никогда не придумываете дизайн, который удовлетворит всех со всех точек зрения, но вы получаете тот, который является достаточным, приемлемым и разумным.