Vraag:
Hoe groot is het gewichtsprobleem dat ijs aan een raket kleeft?
DrZ214
2015-07-21 03:41:47 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Cryo-tanks zijn zo koud dat ze de neiging hebben om vocht uit de lucht te condenseren, waardoor er ijs ontstaat dat een groot deel van de raket bedekt. ​​

Ik heb veel video's gezien waarin dit ijs begint af te werpen bij de lancering, maar Ik moet nog vragen, is dit geen (tijdelijke) gewichtstraf? Is het een aanzienlijke straf voor een grote raket met grote tanks?

EDIT: hopelijk kan iemand een numeriek antwoord plaatsen in de vorm van extra gewicht ten opzichte van het nominale gewicht, of dikte en dichtheid van ijs plus oppervlak voor een gegeven raket (podium).

Ik kan me voorstellen dat tijdens de eerste keer opstarten veel ervan zou afschudden. De kritische dimensie die ik zou vermoeden, is de dikte. Als je dat eenmaal hebt, kun je het volume berekenen.
@tl8 ja dikte en dichtheid van ijs (bij welke temperatuur het ook is) is prima, zolang we ook het oppervlak kennen dat het bedekt.
Het ijs zal niet erg dik zijn; als er eenmaal ijs op de tank zit, is het een redelijk goede isolator.
Twee antwoorden:
Hobbes
2015-08-06 22:58:29 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Voor de Apollo 11-lancering waren bij S-IC-ontsteking de vorstgewichten: 

  S-IC: 1400 lb / 635 kg S-II: 450 lb / 204 kg S-IVB: 300 lb / 136 kg

Maar door de arm vrijgeven: 

  S-IC: 650 lb / 295 kg S-II: 450 lb / 204 kg S-IVB: 200 lb / 91 kg

Dus ongeveer de helft van het ijs werd vergoten (door trillingen) voordat de stapel de grond verliet.

Het vluchtevaluatierapport Saturn V Skylab bevat meer gegevens (zie de tabellen op pagina 187). Bij de eerste trap was er 1400 lbs ijs aanwezig op de eerste trap. Bij S-IC-afsnijding bleef 750 lbs over. Door de S-II-ontsteking was al het ijs op de S-II-trap verdwenen.

Op de externe tank van de Space Shuttle werd schuimisolatie gebruikt om ijsvorming te verminderen. Dat loste het probleem niet helemaal op. Het isolatieschuim was poreus, dus er zou zich ijs ophopen in het schuim. Volgens dit testrapport had zich bij een gemiddelde lancering ongeveer 1100 kg waterijs verzameld in de ET-isolatie (afhankelijk van de leeftijd van de isolatie zouden oudere tanks zich meer ophopen).

De meeste raketten gebruiken geen AFAIK-isolatie, dus dit is een beetje een uitbijter.

Deze studie suggereert dat ijs op LH-tanks een probleem is vanwege thermische overdracht van het water / ijs naar de LH, het opwarmen van de LH en het verhogen van de boiloff. De studie noemt het gewicht van het ijs niet als een probleem.

Van stadia tot Saturnus:

De ontwikkeling van de J-2-engine bracht de onvermijdelijke problemen met zich mee voor projectontwerpers, ingenieurs en arbeiders. Bij het gebruik van cryogene drijfgassen was het duidelijk dat grote zorg nodig was om de installatie van zeer efficiënte isolatie op kritieke punten te garanderen om thermische verliezen te beheersen. In het geval van de meeste vroege rakettechnologie die LOX als oxidatiemiddel gebruikte, was het probleem niet onmiddellijk. Ontwerpers profiteerden simpelweg van het feit dat LOX-componenten de neiging hadden om te bevriezen. De frosty coating werkte verrassend goed als natuurlijke isolatie, zo goed dat veel componenten vanaf het begin zonder isolatie zijn ontworpen. De superkoude vloeibare waterstof maakte zulke eenvoudige ontwerpsnelkoppelingen niet mogelijk. Toen lucht de extreem koude LH2-oppervlakken raakte, bevroor het niet, maar werd het vloeibaar. Als gevolg hiervan werd stromende vloeibare lucht niet alleen vervelend, maar veroorzaakte het ook een ernstig warmtelek.

Gezien de grootte van de externe tank, zou ik zeggen dat 1,1 ton vrij klein is. Ik ben het er echter mee eens dat dit een beetje een uitbijter is en ik hoop dat iemand het antwoord kan vinden voor een meer conventionele LOX van LH2-tank.
Dat is minder dan een tiende van 1% van de bruto lanceermassa; de overgrote meerderheid ervan zal loskomen in de eerste seconden van de vlucht en de rest zal verdampen zodra de atmosferische huidverwarming ernstig wordt, dus ik zou zeggen dat het helemaal geen prestatieprobleem is.
@RussellBorogove Als je het hebt over de Space Shuttle External Tank, ik dacht dat het schuim (en het ijs binnenin) niet mocht werpen. Als je het hebt over meer conventionele raketten, er is nog steeds iets dat ijsvorming tussen de trappen wordt genoemd, waarbij ijs zich vormt op de bovenkant van het podium en niet of niet zo snel werpt. LOX-tanks staan ​​meestal bovenaan een podium, denk ik.
Mooi antwoord, goede bronnen.
Very nice, Hobbes, you get the bounty. (My above two comments only applied to your original answer, which only mentioned the Space Shuttle External Tank.)
@hobbes Als ik me niet vergis, is LH kouder dan LOx. Hoe komt het dan dat lucht stolt wanneer hij in contact komt met LOx, maar vloeibaar wordt wanneer hij in contact komt met LH? Zou het niet andersom moeten zijn? Of bepaalt de afkoelsnelheid de laatste fase?
* water * stolt in contact met de LOX-tank, * lucht * wordt vloeibaar in contact met de linker tank.
T.J. Tarazevits
2015-08-08 03:22:38 UTC
view on stackexchange narkive permalink

IJsvorming op rakettanks is geen significant probleem. Alleen cryogene brandstoffen veroorzaken ijsvorming, dus de overgrote meerderheid van militaire raketten wordt niet aangetast. Sommige ruimtelanceervoertuigen gebruiken echter cryogene zuurstof of waterstof, wat ijsvorming veroorzaakt.

Raketten worden enkele uren voor de lancering gevuld met cryogene brandstoffen. Dit gecombineerd met de vochtige lucht die op sommige lanceerlocaties (Cape Canaveral / Frans Guiyana) wordt aangetroffen, zal leiden tot een niet te verwaarlozen hoeveelheid ijsvorming aan de zijkant van de tank. Cryogene brandstoffen worden constant in de tanks gepompt tot vlak voordat ze opstijgen om het afkoken van de drijfgassen te minimaliseren. De Space Shuttle External Tank en Delta IV CBC hadden schuimisolatie aangezien het grote oppervlak van waterstoftanks tot grote hoeveelheden thermische overdracht leidt. Raketten zoals Falcon 9 en Atlas V die alleen cryogene zuurstof hebben, hebben meestal geen zware isolatie.

Een reden voor het gebrek aan isolatie van deze raketten is dat het ijs een natuurlijke isolatielaag vormt waardoor er geen ijsvorming meer ontstaat. omhoog.

Nu is het gewicht van het ijs niet te verwaarlozen, maar het meeste valt eraf tijdens de lancering vanwege extreme trillingen en luchtweerstand.

"Sommige ruimtelanceervoertuigen gebruiken echter cryogene zuurstof of waterstof, waardoor ijsvorming ontstaat." niet "sommige", maar de meerderheid! Waterstof is behoorlijk populair, maar LOX wordt voor bijna alles gebruikt.


ⓘ
Deze Q&A is automatisch vertaald vanuit de Engelse taal.De originele inhoud is beschikbaar op stackexchange, waarvoor we bedanken voor de cc by-sa 3.0-licentie waaronder het wordt gedistribueerd.
Loading...