Quantitative Diagramme von v, T, p, vs. Position von der Kammer durch die Düse zur Umgebung für einige kanonische moderne Motoren?

In dieser Antwort habe ich das schematische Diagramm einer einfachen De-Laval-Düse und repräsentative Diagramme gezeigt, wie sich Temperatur, Druck und Geschwindigkeit verhalten würden.

Es kann als grobe Darstellung dessen verwendet werden, wie sich diese von der Brennkammer durch die Expansionsdüse und hinaus in den Umgebungsraum verändern würden, aber weder als genaues Beispiel noch mit quantitativen Informationen.

Ich hatte gerade den Kommentar geschrieben :

@SteveLinton In der verknüpften Antwort " Erweiterung des Kammerdrucks von ~ 100 atm ... " gibt es eine ungefähre Schätzung von 1500 ° C , aber wenn keine Antwort mit mehr Details gefunden werden kann, wäre dies sicherlich eine interessante neue Frage für sich. Einige quantitative Darstellungen von Geschwindigkeit, Temperatur und Druck als Funktion der Position von der Kammer durch die Düse und in die Umgebung für einen kanonischen modernen Motor.

Frage: Wie könnten quantitative Diagramme von Geschwindigkeit, Temperatur, Druck als Funktion der Position von der Kammer durch die Düse und in die Umgebung für einige kanonische Beispiele moderner Motoren aussehen? Diagramme sollten Einheiten für die vertikale(n) Achse(n) haben.

unten: "Gaseigenschaften entlang einer de Laval-Düse , T - absolute Temperatur; p - Druck; v - Geschwindigkeit; M - Machzahl" von hier .

Gaseigenschaften entlang einer De-Laval-Düse

Ich kann einige SSME-Plots bei verschiedenen Leistungsstufen geben, aber nicht für andere Motoren.
@OrganicMarble SSME ist sicherlich eine kanonische Engine.

Antworten (1)

Für die SSME:

Ich habe es versucht; Ich musste so viele Annahmen treffen, dass es vielleicht nur eine lustige Übung für mich ohne zu viel Verankerung in der Realität wird.

Ich habe die SSME-Schubkammer und die Düsengeometrie aus diesem Artikel: Leistungsvorhersagen für eine SSME-Konfiguration mit vergrößertem Hals, aber ich musste sie aus diesen Plots von geringer Qualität ins Auge fassen:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Sie werden einige Wackeln in den Plots sehen, wo ich sie nicht so gut angeschaut habe.

Einige der Annahmen und (warum sie schlecht sind):

  • Durchgehend isentroper Fluss (nicht wirklich durchgängig isentrop)
  • Verwendet das Verhältnis der spezifischen Wärmen, auch bekannt als Gamma für Dampf (ich habe berechnet, dass das Abgas etwa 96% Dampf, 4% unverbranntes H2 war; für diese Art von Analyse sind 4% kein Grund zur Sorge)
  • Die Flüssigkeit beginnt in der Brennkammer zu ruhen (sie wird wirklich mit einer nicht trivialen Geschwindigkeit eingespritzt)
  • Der Verbrennungsprozess findet sofort nach der Einspritzung statt und benötigt keine Länge (es tut es nicht).

Berechnungsprozess:

  1. Wählen Sie eine Längsstation (X) und erhalten Sie ihren Radius aus den Geometriediagrammen
  2. Berechnen Sie die Fläche an dieser Station und das Flächenverhältnis unter Verwendung der Halsfläche
  3. Schlagen Sie die Machzahl, das Druckverhältnis und das Temperaturverhältnis in den isentropischen Flussdiagrammen für dieses Flächenverhältnis und Gamma nach. Ich habe hier nicht viel Mühe aufgewendet, um hier zu interpolieren, ich habe einfach die nächste ausgewählt ...
  4. Multiplizieren Sie den Staudruck und die Temperatur mit dem entsprechenden Verhältnis, um den Wert an dieser Station zu erhalten

In Anbetracht all dessen, hier sind die Ergebnisse.

Die X-Achse auf beiden Diagrammen ist der Abstand von der Kehle in Zoll.

Das erste zeigt die Geometrie (Radius) in Grün (linke Y-Achse, Einheiten in Zoll) und die Temperatur in Lila (rechte Y-Achse, Einheiten in Grad R)

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die zweite zeigt den Druck in Rot (linke Y-Achse, Einheiten von psi) und die Geschwindigkeit in Blau (rechte Y-Achse, Einheiten von Machzahl)

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Also, nimm es mit einer Tonne Salz. Die Trends sollten ohnehin repräsentativ sein.

Weitere Referenzen:

Tabelle für isentropische Strömungen, heruntergeladen von der Purdue-Engineering-Website

Kammereigenschaften aus dem SSME Orientierungsbriefing .

Das ist toll! Danke, dass Sie das Thema etwas greifbarer gemacht haben.
Es hat Spaß gemacht zusammen zu bauen.
Gute Antwort. Cpropep, das Tool, das ich in dieser Antwort verwendet habe, kann die Temperatur und den Druck für ein bestimmtes Flächenverhältnis (Überschall und Unterschall) auch in Bezug auf das sich verschiebende chemische Gleichgewicht berechnen. Für Hydrolox-Motoren vielleicht nicht allzu interessant, aber für Kohlenwasserstoffe ist es normalerweise ziemlich relevant, insbesondere für Niederdruckmotoren.
@Christoph danke. Ich wäre daran interessiert, das später noch einmal durchzugehen und es realistischer zu machen, dieses Tool wird sicherlich helfen.
@OrganicMarble Ich denke, das interessanteste Ergebnis dieser Diagramme ist die Druckverteilung. Man sieht, wie vernachlässigbar die axiale Schubkomponente (Druck über der Schallbecheroberfläche) nach der Kehle wird. Das heißt, der Großteil des Schubs ist auf den Druck in der Kammer stromaufwärts des Halses zurückzuführen.
Quantitative Diagramme von v, T, p, vs. Position von der Kammer durch die Düse zur Umgebung für einige kanonische moderne Motoren?
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