Hier ist mein Verständnis, lassen Sie mich wissen, ob ich es richtig oder falsch verstanden habe:
Bis vor kurzem befanden sich die meisten kryogenen Treibstoffe an oder nahe an ihrem Siedepunkt. Jede Wärmeeinheit, die in den Tank leckt, würde dann eine entsprechende Treibmitteleinheit verdampfen und die Temperatur würde konstant bleiben. Dies ist ungefähr so, als würde man fast kochendes "Make-up" -Wasser in einen Topf mit kochendem Wasser geben. Es könnte etwas kühler sein, aber nicht viel.
Bei unterkühltem LOX liegt die Temperatur jedoch weit unter dem Siedepunkt, je nach Fall zwischen 10 und 30 Grad C. Wenn Wärme in den Tank eindringt, erhöht sich die Temperatur des LOX, das sich dann ausdehnt. Ein voller Tank würde dann überlaufen – voll bleiben, aber aufgrund der Dichteänderung mit weniger LOX-Masse .
Es würde kein Abkochen geben, das durch Auffüllen "kompensiert" werden könnte. Es würde voll bleiben , aber mit zunehmender Erwärmung stetig an Dichte verlieren.
Warum sollte also eine Rakete mit einem Tank der ersten Stufe, der mit gut unterkühltem LOX gefüllt ist, bis zur letzten Minute oder so vor dem Start "aufgefüllt" werden?
Dieses Video bei T -00:05:05, Videozeit 06:52, meine ungefähre Transkription der Erzählung:
Im Moment nähern wir uns hier gerade der Fünf-Minuten-Marke, wir schließen das Beladen des RP-1 auf die erste Stufe ab […] und wir füllen auf dieser ersten Stufe auch flüssigen Sauerstoff nach, und wir Ich werde das noch etwa zwei Minuten lang aufstocken.
Das Video ist bereits zum entsprechenden Zeitcode in die Warteschlange gestellt (in diesem Fall denke ich, dass die Videobearbeitung abgeschlossen ist):
Bei einem Druck von 1 bar stabilisiert sich die Temperatur von flüssigem siedendem Sauerstoff bei 90 K. Zur Unterkühlung von LOX sollte die Temperatur niedriger sein. Es ist möglich, LOX durch Zwangsverdampfung auf einen Druck von weniger als 1 bar zu kühlen. Aber der LOX-Panzer in einer Rakete sollte so leicht wie möglich sein. Wenn der Druck im Inneren des Tanks wesentlich niedriger ist als außerhalb, sind zusätzliche Kraft und Gewicht erforderlich. Aber nach diesen Papieren: (1) (2) und (3) gibt es eine andere Methode.
Kaltes Heliumgas wird am Boden des Tanks eingespritzt und die Blasen steigen im LOX auf. An der Oberfläche der Blasen verdampft LOX in die Blase und kühlt das verbleibende LOX ab. Aber für die Blasen im LOX und für das Gasgemisch aus Helium und Sauerstoff über dem Flüssigkeitsspiegel wird zusätzlicher Platz benötigt. Zum Nachfüllen wird die Heliuminjektion gestoppt und der verbleibende Raum mit LOX gefüllt. Abbildung 8 der ersten Veröffentlichung zeigt den Effekt unterschiedlicher Heliumgastemperaturen. Die Kühlung funktioniert am besten mit Helium bei 85 K, aber auch Helium bei 150 K kühlt den LOX.
Eine in das LOX injizierte Blase besteht zunächst zu 100 % aus Helium und zu 0 % aus Sauerstoff. Das LOX um diese Blase herum würde wie im Vakuum sieden, weil der Sauerstoffpartialdruck in dieser Blase null ist. Selbst eine Blase aus 50 % Helium und 50 % Sauerstoff kann LOX auf 90 K abkühlen. Ohne Unterkühlung in einem Tank mit siedendem LOX bei 90 K besteht das Gas über der Flüssigkeit zu 100 % aus Sauerstoff und der Sauerstoffpartialdruck ist es 1 bar. Wenn der Sauerstoffpartialdruck im Gas über der Flüssigkeit oder innerhalb der Blasen niedriger als 1 bar ist, wird das LOX durch Verdunstung gekühlt.
An der Startrampe kann der LOX unter Verwendung eines Wärmetauschers mit aus dem Boden zugeführtem flüssigem Stickstoff, der bei 77,355 K siedet, vorgekühlt werden. Um Gewicht der Rakete zu sparen, sollte sich dieser Wärmetauscher außerhalb der Rakete, aber nahe bei ihr befinden. Flüssiger Stickstoff und Sauerstoff sollten nicht gemischt werden, um zu vermeiden, dass sich Stickstoff im LOX löst. Kühlung mit Heliumblasen kann innerhalb des LOX-Raketentanks verwendet werden.
Ihr diskutiert über Anti-Geysir-Systeme wie das, das wir beim Space Shuttle ET-LO2-Panzer verwendet haben. Aber ich sah die offensichtlichere Antwort nicht, die operative Antwort. Alle waren so auf die Thermodynamik und die komplizierten Unterschiede zwischen Verdampfung und Verdampfung konzentriert ... aber niemand erwähnte die thermische Konditionierung der Motoren.
Wie dies gemacht wird, hängt von den verwendeten Triebwerken ab, aber in allen Fällen (mit kryogenen Treibmitteln) müssen Sie Ihren Triebwerkseinlass und alle Komponenten, die Kryos berühren, vor dem Start abkühlen, sonst haben Sie das, was wir als " schlechter Tag". Im Fall des Shuttles gab es eine konstante Entlüftungsrate von etwas Kleinem für LO2 (in der Größenordnung von ein paar Pfund / Sekunde, glaube ich), aber da LH2 Umwälzpumpen verwendete, hatten sie diese Entlüftung nicht. Das Shuttle hatte jedoch auch eine konstante Regenerierrate, um das LO2 zu ersetzen, das aufgrund von Verdampfung und Drainback verloren ging. Der Freiraumdruck fiel von etwa 17/18 psi am Ende des Auffüllens auf etwa 15 psi(g) bei der Endzählung.
Das Anti-Geysir-System war nur eine einfache Heliuminjektion, die verwendet wurde, um den LOX zu unterkühlen, so dass wir bei niedrigen Strömungen/niedrigen Flüssigkeitsständen (z. B. während Slowfill) keine Taylor-Blasenbildung in der Zuleitung und ein Geysir-Ereignis bekommen würden – das hatten wir nicht zusätzliches Treibmittel dafür zu laden, aber es milderte die LOX-Temperaturen während des Tankens und Auffüllens.
Bin da vom Thema abgekommen. Einige Raketen werden kurz vor dem Start wieder auf Flughöhe aufsteigen, um den Treibmittelverlust aufgrund des Verdampfens (VIEL häufiger als Verdunstung!) Und der thermischen Konditionierung des Triebwerks auszugleichen. Einige Fahrzeuge, wie das Shuttle, füllen die Füllstände ständig auf, um sie bis zum Start der Terminal-Zählsequenz auf 100 % zu halten.
asdfex
äh
Hobbes
Uwe
äh
Uwe