Können Kerolox- oder SRB-Rußpartikel zu schnell zu groß werden; bei expandierendem Abgas nicht beschleunigt, was zu einem Verlust des massespezifischen Impulses führt?

In dieser Antwort auf Wird Methylsilan CH6Si jemals als Treibstoff in der Raketentechnik betrachtet? Ich behaupte, dass es keinen großen Verlust des massenspezifischen Impulses (Isp) gibt, wenn Sand (und damit Ruß) im Auspuff erzeugt wird, solange die Partikel klein genug sind, dass sie sich ähnlich wie ein Gas verhalten, indem sie zum Auspuff beschleunigen Geschwindigkeit während der Expansion und sind somit wirksame Impulsträger.

Wenn sie sich extrem schnell bilden und wachsen, besteht die Gefahr, dass sie so groß werden, dass sie nicht auf die volle Geschwindigkeit des Abgases beschleunigt werden, das, wie wir uns erinnern, schnell auf den Umgebungsdruck ausgedehnt wird, der im Weltraum ziemlich niedrig ist . Dieses Niederdruckgas kann beim Beschleunigen großer Partikel unwirksam sein.

Ich habe jedoch keine Ahnung, was "schnell" und "groß" in diesem Zusammenhang quantitativ bedeuten , daher möchte ich fragen:

Frage: Können Kerolox- oder SRB-Rußpartikel zu schnell zu groß werden, so dass sie beim Expandieren des Abgases nicht ausreichend beschleunigt werden, was zu einem erheblichen Verlust des massespezifischen Impulses führt?

Wenn sich viel Ruß bildet, bedeutet dies, dass die Verbrennung sehr weit von der Stöchiometrie entfernt ist und Sie bereits viel potenziellen Kammerdruck verlieren. Sicherlich kann Ruß ein zusätzlicher Sargnagel sein, aber dies scheint ein Problem zu sein, das sich selbst beheben wird, sobald Sie das Wurzelproblem beheben (viel zu wenig Oxidationsmittel oder sehr schlechte Mischung).
@SF. Neben „schnell“ und „groß“ bleibt auch quantitativ abzuwarten, was „viel“ bedeutet.

Antworten (1)

Teilantwort für Feststoffmotoren:

Fundamental Aspects of Solid Propellant Rockets (Williams, Barrere, and Huang, ~800 Seiten, 55 MB) sagt, dass wenn Verbrennungsprodukte innerhalb des Motors zu Feststoffen kondensieren, die Wirkung nachteilig sein kann.

Aus Abschnitt 3.2.6 (Seite 78):

Typische Ergebnisse zeigen erhebliche Leistungsverluste für Partikeldurchmesser über 2 Mikron

(in dieser Grafik e ist der Massenstromanteil der kondensierten Phase, und "Verzögerung" bezieht sich auf die Verlangsamung der kondensierten Partikel in der Strömung)

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

( e = 0,5 scheint mir viel zu sein, zumal "wir die Annäherung beibehalten, dass die kondensierte Phase einen vernachlässigbaren Bruchteil des Gesamtvolumens einnimmt", aber Feststoffe nicht mein Gebiet sind, daher fehlt meine Intuition)

Ich habe das PDF heruntergeladen und werde versuchen, es zu lesen, aber Sie wissen es vielleicht bereits; Gibt es eine Stelle, an der angegeben wird, dass der Grund dafür ist, dass die Partikel "bei der Expansion des Abgases nicht beschleunigt werden, was zu einem Verlust des massenspezifischen Impulses führt?" Mit anderen Worten, handelt es sich um diese bestimmte kausale Beziehung oder um eine andere oder nur um eine beobachtete Korrelation?
@uhoh Ich nahm an, dass dies nur daran liegt, dass die festen Partikel durch die De Laval-Düse nicht die "natürliche" Beschleunigung erfahren, die Gase haben, aber das ist nur eine Annahme. space.stackexchange.com/questions/18904/…
Bei Gasen wird die Strömung als eindimensionale kompressible Flüssigkeitsströmung eines idealen Gases angenähert. Dies kann nicht auf feste Partikel angewendet werden. Meiner Meinung nach sollte die Beschleunigung fester Partikel mit dem Quadrat-zu-Kubik-Gesetz und der Partikeldichte zusammenhängen, da Feststoffe beschleunigt werden, wenn Gase auf die Partikeloberfläche einwirken, und die Beschleunigung mit der Masse des Partikels zusammenhängt, die auch von seinem Volumen und seiner Dichte abhängt. Bei gleicher Partikelgröße hat Kohlenstoff meines Erachtens die geringste Wirkung C<SiO2<Al2O3
Da Feststoffe viel dichter sind als Gase, erscheint es mir durchaus plausibel, dass ein großer Teil des Massenstroms aus Feststoffen bestehen könnte und dennoch nur einen winzigen Teil des Abgasvolumens ausmacht.
Können Kerolox- oder SRB-Rußpartikel zu schnell zu groß werden; bei expandierendem Abgas nicht beschleunigt, was zu einem Verlust des massespezifischen Impulses führt?
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