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[发动机] 关于电动泵低温火箭发动机-------燃气涡轮泵已死,有事烧纸

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xtal 发表于 2018-7-29 09:56 | 显示全部楼层 |阅读模式

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      从最近某算例来看,火箭发动机只要室压高于2MPa,工作时间长于37X秒,电动泵火箭发动机就开始拥有重量优势。
      电机要注意两点。第一,算例中用的是国产常规电动机。以电动机为例,功率密度才5KW/KG。这只是国产常规电动汽车用电动机的功率密度。这远没有到国内工业的极限,国内的极限,用于风机类负载的常温电机至少可以到10KW/KG,也就是说比算例中减重一半。第二,这是常温工作下的电动机。低温火箭有取之不尽用之不竭的低温冷却剂。使用低温冷却剂以后,哪怕是常导电机。欧姆损耗也将下降到原来的1/3至1/4,这极大的减少发热。再加上低温冷却剂能有足够的冷却功率。电动机功率密度达到30KW/KG也毫无难度。、用超导电机就更别说了。至于说超导需要的低温环境。直接用液氢制冷当然可以。用液氦制冷也行。而且液氦消耗量不大。因为你对应的外环境不是常温,而是液氢温区。
      电池有两点要注意。第一,这不是蓄电池。这是一次高性能电池,当电池不需要考虑循环充放电以后,能量密度会极大提升。而算例中用的是国产常规商用锂电池。实际上国内航天实用的一次锂硫电池,能量密度高达400WH/KG。差不多是算例里面的两倍第二,可以考虑用燃料箱自带的氧化剂:液氧。来给电池作为氧化剂。
     为啥说燃气涡轮已死?
    第一,可靠性捉急。
    燃气涡轮是什么可靠性?电动机逆变器是啥可靠性?燃气涡轮,哪怕是RS25这种号称100次复用的。总寿命有20小时没有?这还是中间不断检修的结果。电动机逆变器?你平均无故障时间小于2万小时,平均寿命小于10万小时。设计师可以拖出去炮决了。一次电池?大家可以参考一下导弹上用的一次电池。看看是啥可靠性。更别说大型电池组是有很强的冗余度的。坏掉几个电池单体完全不影响正常工作。
   第二,强大节流能力。
电动机驱动的泵。工作状态和燃烧室状态是基本解耦的。只要你燃烧室自己能稳定工作。节流随便玩
第三,超高室压非常容易实现
电动机驱动要玩高压泵输出很容易。多级燃料泵也容易。对比现在的二级泵,例如毛子的RD180。用一部分二级泵输出的燃料去驱动第一级泵。效率超低(二级泵本来就只有70%效率,再到一级泵涡轮这里损耗一下,呵呵)
第四,强大的多次启动能力
电动机电池你要100次启动都随便。燃气涡轮泵?呵呵呵哈哈哈。


StdNormDist 发表于 2018-7-29 10:17 | 显示全部楼层
燃气涡轮泵的多次启动,用电火花效果如何?
 楼主| xtal 发表于 2018-7-29 12:24 | 显示全部楼层
StdNormDist 发表于 2018-7-29 10:17
燃气涡轮泵的多次启动,用电火花效果如何?

别和电动机+电池比重复启动可靠性。那是自取其辱
3431 发表于 2018-7-29 12:31 | 显示全部楼层
看过那个 不过这计算结果可靠吗 毕竟连一次实验都没做
 楼主| xtal 发表于 2018-7-29 12:36 | 显示全部楼层
3431 发表于 2018-7-29 12:31
看过那个 不过这计算结果可靠吗 毕竟连一次实验都没做

燃气涡轮的能量效率和电动机电池的能量效率计算误差并不大
楠宫晓风vn 发表于 2018-7-29 12:41 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
那个算例对闭式循环来说没有任何意义
 楼主| xtal 发表于 2018-7-29 12:47 | 显示全部楼层
当时一大堆人跳出来说电动泵不行的。这个文档可是太抽脸了。
就放最后一张表格吧 @C2E9D4]{(4VP@KNUQW(CMY.jpg
这意思是说,超过表格中的时间,电动泵将对燃气发生器循环具有质量上的优势。10MPa室压下,超过141秒工作时间,电动泵的系统重量就更轻、
别忘记了。这用的是蓄电池而不是能量密度高得多的一次电池。这用的是常导常温电机,而不是低温下工作电机。
 楼主| xtal 发表于 2018-7-29 12:52 | 显示全部楼层
楠宫晓风vn 发表于 2018-7-29 12:41
那个算例对闭式循环来说没有任何意义

确实,这个算例对真正优化的电动泵也没有任何意义。性能被严重低估。同时在超高可靠性应用中。燃气涡轮推进的闭式循环还是别来电动泵面前自取其辱了。
 楼主| xtal 发表于 2018-7-29 12:57 | 显示全部楼层
简单评估一下就知道。电动泵有着远超目前任何燃料泵火箭发动机的可靠性。性能明显超越燃气发生器循环。
并有希望超越传统的闭式循环。
燃气涡轮已死!!!!
StdNormDist 发表于 2018-7-29 13:03 | 显示全部楼层
电动泵循环应该算闭式循环?电动泵的电能来自电池,输出的能量一部分用于提高推进剂的动能,另一部分用于预热推进剂,提高了推进剂的内能,看起来没有能量浪费
 楼主| xtal 发表于 2018-7-29 13:05 | 显示全部楼层
目前,赛车用电动机已经达到10KW/KG功率密度。但是这是赛车电机。要求低速下拥有强大的扭矩。而泵是典型的风机类负载。不需要这么好的扭矩特性。所以即使是国产的电动机,在驱动风机类负载的时候,功率密度达到10KW/KG也是非常容易做到的。而液氧温区下,铜电阻率可以减半。液氢温区下,铜电阻率只有1/3甚至是1/4。而常导电机功率密度,最终取决于发热量和散热能力。现在发热量大减。散热能力空前强大(有用不完的低温制冷剂)。30KW/KG根本不是问题。
 楼主| xtal 发表于 2018-7-29 13:07 | 显示全部楼层
StdNormDist 发表于 2018-7-29 13:03
电动泵循环应该算闭式循环?电动泵的电能来自电池,输出的能量一部分用于提高推进剂的动能,另一部分用于预 ...

嗯,主要优点是泵动力和发动机工作状态彻底解耦了。加上电动本身的高可靠性。
所以整机可靠性特别高。节流能力强大。
 楼主| xtal 发表于 2018-7-29 13:08 | 显示全部楼层
有几位研究超导电机的,这下你们有实际应用了。高性能不需要?这里正需要。担心没制冷剂用?不用担心。
漆室葵忧 发表于 2018-7-29 13:11 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
SSME的主泵功率大约10万马力,基本上是伊丽莎白女王级航空母舰主电动机功率的四倍。
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 楼主| xtal 发表于 2018-7-29 13:16 | 显示全部楼层
漆室葵忧 发表于 2018-7-29 13:11
SSME的主泵功率大约10万马力,基本上是伊丽莎白女王级航空母舰主电动机功率的四倍。

第一,液冷电动机的功率重量比基本恒定,不会随着功率变大而有什么变化。
第二,航母用的电机一分钟也就是100转上下。这里是一分钟4万转的高速电机。功重比没有可比性。如果这两点不认同,那就别来讨论电动机相关话题了。你不适合。
漆室葵忧 发表于 2018-7-29 13:17 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
RD170主泵功率190兆瓦,和尼米兹级超级航母四根驱动轴功率的总和差不多。
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 楼主| xtal 发表于 2018-7-29 13:18 | 显示全部楼层
漆室葵忧 发表于 2018-7-29 13:17
RD170主泵功率190兆瓦,和尼米兹级超级航母四根驱动轴功率的总和差不多。

寿命不超过15分钟。船用电动机机寿命是50年+
漆室葵忧 发表于 2018-7-29 13:19 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
xtal 发表于 2018-7-29 13:16
第一,液冷电动机的功率重量比基本恒定,不会随着功率变大而有什么变化。
第二,航母用的电机一分钟也就 ...


请找出任何一个重量小于一吨,功率超过10万马力的电动机型号。
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 楼主| xtal 发表于 2018-7-29 13:20 | 显示全部楼层
漆室葵忧 发表于 2018-7-29 13:19
请找出任何一个重量小于一顿,功率超过10万马力的电动机型号。

请找出任何一种转速低于1000转/分钟的燃气涡轮泵。
漆室葵忧 发表于 2018-7-29 13:21 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
xtal 发表于 2018-7-29 13:18
寿命不超过15分钟。船用电动机机寿命是50年+

     哪怕只工作10秒,目前也做不出来一个重量小于1吨,功率超过10万马力的电机。
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