Wird der Paramagnetismus von flüssigem Sauerstoff jemals im Motor- oder Tankdesign berücksichtigt?

HINWEIS: Ich frage, ob diese Materialeigenschaft jemals berücksichtigt wird. Ich frage nicht "Findest du , dass es in Betracht gezogen werden sollte". Ich bin mir ziemlich sicher, dass jemand darüber nachgedacht hat, und ich hoffe, einige Informationen darüber aufzuspüren – einen Bericht, ein Papier, sogar eine Anekdote. Als Ganzes sind Leute, die Raketen starten, ein äußerst vorsichtiger Haufen und denken selten, wenn überhaupt, " Nun, das wird wahrscheinlich keine Rolle spielen, also berechnen wir es besser nicht. " Man könnte sich diesen Artikel ansehen , bevor man sagt, dass es keine Wirkung gibt. Auf der Suche nach der Anfälligkeit von LOX im "freien" Internet (nicht hinter einer Paywall) habe ich hier einen Wert von Chi=0,0035 gefunden, der überhaupt nicht "klein" ist!

In dieser Antwort auf diese Physikfrage habe ich einen Link zu diesem YouTube-Video gefunden, in dem flüssiger Sauerstoff zwischen die Pole eines Labor-Permanentmagneten gegossen wird. Flüssiger Sauerstoff haftet zwischen den Polen und hält gegen die Schwerkraft und den Siededruck an den Poloberflächen.

Ich war genauso überrascht wie der Typ im Video!

Da LOX "magnetisch" ist (umgangssprachliche Verwendung), gibt es Designüberlegungen im Tank, Transport und Motor? Auch Komponenten selbst können Magnetfelder aufweisen – beispielsweise Motoren und Solenoide. Gibt es in der "Schwerelosigkeit" der Umlaufbahn eine signifikante Wechselwirkung zwischen einer Teiltankfüllung LOX und dem Erdmagnetfeld?

Ein weiteres Video mit mehr "festgefahrenem" LOX diesmal ( hier mehr lesen ):

magnetische LOX irgendjemand?

Wir haben oft Teile unserer Raumfahrzeuge aus Eisen. Wenn das kein Problem ist, warum sollte es dann LOX sein?
XD. Ich bin mir nicht sicher, deshalb nur ein Kommentar. Eisen und LOX können sich unterschiedlich verhalten [Zitieren erforderlich].
Der LOX repräsentiert den größten Teil der Masse einer Rakete, bis sie fast verschwunden ist. Da es sich um eine Flüssigkeit handelt, kann es auf eine Weise reagieren, die ein festes Teil, das 1000-mal leichter und festgeschraubt ist, nicht reagiert. Abgesehen von internen Komponenten von Motoren und Solenoiden, welche Teile Ihrer Raketen sind im Wesentlichen ferromagnetisch?
Nun, bei unseren Analysen des Shuttle-Antriebssystems haben wir einige ziemlich kleine Effekte berücksichtigt - wie den Auftrieb des ET in der fühlbaren Atmosphäre -, aber wir haben diesen Effekt nicht berücksichtigt. Elektrische Pumpen und Ventile waren jedoch im Shuttle-Hauptantriebssystem nicht üblich. Mit Ausnahme einiger Solenoide waren die meisten Ventile pneumatisch oder hydraulisch. Die Pumpen, die den ET auf dem Pad füllten, waren jedoch elektrisch.
Ich habe eine Studie über die Auswirkungen der Anwendung eines Magneten auf ein Raketentriebwerk gefunden: Wirkung von Paramagnetismus und Diamagnetismus auf die theoretische Raketenleistung . Ich habe keine Studien über die Verwendung von Magneten für den Freiraum oder den Einfluss des Erdmagnetfelds auf flüssigen Sauerstoff in einem Tank im Orbit gefunden.
Danke dafür - werde ich mir anschauen. Ich denke, es wird sich hauptsächlich mit der Verbrennungsdynamik und nicht mit Kühllagerung und -transport befassen, aber es ist ein guter Anfang. Freiraum ist ein guter Anruf!! Das ist interessant! Es stellt sich heraus (ich habe eine Schachtel mit leeren Umschlagrückseiten gefunden), wenn man nicht in großer Eile ist - dh wenn man nicht mitten in der Phasentrennung / Zündung der 2. Stufe ist - und man etwas Strom übrig hat, LOX ullage ist sicherlich möglich und kann sehr sanft sein. Leider sieht es so aus, als würden H2, Kerosin und die meisten anderen potenziellen Kraftstoffe nicht so kooperativ sein.
Danke für die Info @OrganicMarble. Es kann sein, dass es viel früher in Betracht gezogen wurde und dann zum allgemeinen "kollektiven Wissen" wurde, dass es kein Problem war. Die meisten Motoren und Solenoide behalten ihren Fluss sowieso im Inneren. Trotzdem scheint es eine allgemeine Konstruktionsregel zu geben - keine Magnetfelder über 1 kg in LOX-Tanks und Transferleitungen, nur zum Beispiel aus Vorsicht.
@Hobbes Ja - das ist so ziemlich eine Antwort "Ja, es wurde in Betracht gezogen". Danke, dass Sie sich auch all diese anderen Dinge angeschaut haben!

Antworten (4)

Schauen Sie sich diesen Artikel und die zitierten Quellen an: Simulation of LOX reorientation using Magnetic Positive Positioning https://link.springer.com/article/10.1007/BF02908417 Sieht so aus, als wäre es untersucht worden.

Auch diese:

Die Zusammenfassung der anscheinend nicht kostenpflichtigen Simulation der magnetischen positiven Positionierung für weltraumgestützte Flüssigkeitsmanagementsysteme ( https://doi.org/10.1016/j.mcm.2010.01.002 ) Jeffrey G. Marchetta, Amanda P. Winter, Mathematical and Computer Modellierung, 51, (9–10), Mai 2010, 1202-1212

Experimentelle und rechnerische Studien haben gezeigt, dass ein ausreichend starkes Magnetfeld eine magnetisch anfällige Flüssigkeit beeinflussen kann. Eine verbesserte Simulation integriert ein elektromagnetisches Feldmodell und ein inkompressibles Strömungsmodell, um die Neuorientierung von Flüssigkeiten unter Verwendung realistischer Magnetfelder vorherzusagen. Strömungsfelder werden mit mehreren realistischen Magnetfeldern dargestellt, um die Konnektivität der integrierten Modelle zu verifizieren und zu validieren.

Es werden Rückschlüsse auf die Genauigkeit der integrierten Simulation bei der Modellierung magnetisch induzierter Fluidströmungen gezogen. Die Simulation wird verwendet, um die Anwendung der magnetischen positiven Positionierung von LOX in einem Experiment mit reduzierter Schwerkraft unter Verwendung eines realistischen Magnetfelds zu modellieren. Vorhersagen von Preflight-Experimenten zur Leistung des Magnetfelds bei der Neuausrichtung von LOX werden präsentiert und Empfehlungen für zukünftiges Design gegeben.

Der Artikel geht auf signifikante magnetofluide Dynamikberechnungen ein und beschreibt ein vorgeschlagenes ORBITEC MFM LOX Parabelflugzeug-Flugexperiment .

Das Foto ist in Erdschwere aufgenommen. In der Mikrogravitation würde der LOX versuchen, über den ganzen Magneten zu klettern, der wahrscheinlich durch den Quarz geschützt werden müsste.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

oben: "Abb. 4. LOX-Profil für einen 0,0962 m langen, 0,0354 m hohen Quarzbehälter mit einer 30%igen Flüssigkeitsfüllung, beeinflusst durch einen NdFeB-Magneten." Von hier .

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

oben: "Abb. 7. Gemessene Höhe der freien Oberfläche entlang der Länge des Quarzbehälters." Von hier .

Hey, das ist fantastisch! Ich bin also doch nicht verrückt, oder zumindest nicht der einzige :) Das werde ich ein paar Tage nicht lesen können. Wenn Sie ein paar Anführungszeichen in Blockanführungszeichen einfügen können (Sie fügen am Anfang jedes Absatzes ein ">" hinzu), würde dies diese Antwort wirklich wertvoller machen.
Wenn dies dieselbe oder eine ähnliche Arbeit ist, können Sie diesen Link auch zu Ihrer Antwort hinzufügen. citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/… Ein paar Screenshots der Zahlen wären auch ausgezeichnet. Oh, das ist im Jahr 2010 und es hat keine Paywall!: sciencedirect.com/science/article/pii/S0895717710000087
Almaadin, es ist gut zu sehen, dass Sie dem OP helfen konnten, aber um zukunftssicher zu sein, müssen unsere Antworten ein wenig ausgearbeitet werden. Wenn Sie dieser Antwort weitere Informationen aus Ihren Quellen hinzufügen könnten, würde dies dazu beitragen, dass sie für die Site besser geeignet ist.
@called2voyage Ich habe einige hinzugefügt. Obwohl Almaadin das hätte tun sollen, dachte ich, es wäre gut, dafür zu sorgen, dass zukünftige Leser einige Details hinter dem erkennen können, was vor sich geht.

LOX ist paramagnetisch, nicht vollständig magnetisch. Was bedeutet das? Es braucht einen extrem großen Magneten, um überhaupt eine Wirkung zu erzielen. Die einzige Konstruktionsüberlegung, die überhaupt auftreten müsste, wäre, keinen starken Magneten in der Nähe des Schubventils oder wirklich irgendwo in der Nähe davon zu haben. Dies würde keinen wirklich nützlichen Zweck erfüllen und ist daher nicht erforderlich. Der Magnetismus solcher paramagnetischer Materialien ist mit sehr empfindlichen Geräten kaum messbar.

Ich habe am Anfang der Frage einen Kommentar hinzugefügt, um zu wiederholen, dass ich nach Informationen darüber suche, dass sie in Betracht gezogen wird, und nicht , ob sie Ihrer Meinung nach in Betracht gezogen werden sollte.
Paramagnetismus ist linear, daher sind die Effekte proportional. Eine Aussage wie "...extrem großer Magnet, um überhaupt eine Wirkung zu haben" ist schlichtweg falsch. Meine Frage bezieht sich darauf, wie Ingenieure an diese Materialeigenschaft herangegangen sind - da es um Dutzende oder Hunderte von Tonnen geht. Ich hoffe, einige technische Antworten zu finden, die Mathematik verwenden und nicht nur starke Formulierungen. School for Champions hat einige interessante Informationen, danke dafür! Aber für diese spezielle Frage möchte ich bei quantitativen Diskussionen bleiben.
In den Videos sehen wir, wie ein Lehrer Gramm LOX mit einem Klassenzimmer-Permanentmagneten schweben lässt (ja, der zweite ist groß, aber das dient nur dazu, eine größere Polfläche zu erhalten). Die Felder sind wahrscheinlich ~5 Kilogauss. Das stimmt nicht wirklich mit " mit sehr empfindlicher Ausrüstung kaum messbar " überein - es sind Gramm, die gegen 1 G Schwerkraft schweben! Ich denke, das Problem ist, dass die meisten Suszeptibilitätstabellen die Temperatur konstant halten, also vergleichen sie Sauerstoffgas mit anderen Feststoffen. Die Flüssigkeit ist etwa 1000-mal dichter und im Gegensatz zum Ferromagnetismus, der ein kollektives Phänomen ist, skaliert sie meistens nur mit der Dichte - Atome pro Volumen.
... und skaliert als 1/T, was einen weiteren Faktor von grob 3 ergibt.

Die Sauerstofftanks der Saturn V hatten Antiturbulenzschaufeln, um zu verhindern, dass der Lachs Wirbel bildet. Diese wurden sowohl aus Strömungsgründen als auch zur Vermeidung von magnetischen Streufeldern als unerwünscht angesehen.

Mein Vater leitete die Lachsfabrik in der Woomera-Raketenreichweite in Australien. Er sagte mir, dass die Lox-Rohre zu den Blue Streak- und Black Knight-Raketen geerdet werden müssten, um zu vermeiden, dass Funken von EMF entstehen, wenn Lox durch sie fließt.

Nun, zumindest würde ich mir keine Sorgen um das Magnetfeld der Erde machen. Der Grund ist folgender: An Bord der ISS gibt es viele kleine Magnete, die in Hunderten von kleinen Experimenten verwendet werden. Diese Magnete werden mit Raketen dorthin transportiert. Ein typischer Kühlschrankmagnet hat etwa 5 mT, etwa 100-mal stärker als das Magnetfeld der Erde. Wenn es gefährlich wäre, diese Magnete zur Station zu transportieren, hätten sie es nicht getan.

Außerdem gibt es noch viele andere magnetische Teile in einer Rakete, zum Beispiel solche aus Stahl. Ich habe noch nie davon gehört, dass das Magnetfeld der Erde deswegen Probleme verursacht. Kleine Metallteile sind natürlich nicht flüssig und machen nicht den größten Teil der Masse der Rakete aus, so dass dies kein gültiges Argument ist.

Magnete um eine Pipeline können den Widerstand darin erhöhen, aber wie im Video gezeigt, wirken die Magnete dort der normalen Schwerkraft kaum entgegen. Pipelines stehen im Allgemeinen unter hohem Druck, wodurch die Kraft, die den LOX drückt, viel höher ist als das, was die Magnete widerstehen können.

Wurde schon mal darüber nachgedacht? Nun, jetzt hast du :)

Vielen Dank für Ihre Zeit, aber meine Frage ist vorsichtig formuliert. Ich frage nicht , ob Sie es in Betracht ziehen würden, ich frage: " Wird der Paramagnetismus von flüssigem Sauerstoff jemals bei der Konstruktion von Motoren oder Tanks berücksichtigt? ". Ich bin mir ziemlich sicher, dass es in der Tat berücksichtigt wurde! Wahrscheinlich wurde mehr als eine Berechnung durchgeführt, und möglicherweise existiert ein Bericht. Sie sollten auch nicht mehr als 10.000 kg einer unternehmenskritischen kryogenen Flüssigkeit mit einem Kühlschrankmagneten vergleichen.
Wird der Paramagnetismus von flüssigem Sauerstoff jemals im Motor- oder Tankdesign berücksichtigt?
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