От Pokrovsky~stanislav
К А.Б.
Дата 18.09.2007 21:35:47
Рубрики Крах СССР; Манипуляция;

Re: Патетики много,...

Еще раз: поведение никелевых жаропрочных сплавов до догадки о влиянии гамма-штрих фазы представляло собой хаос великолепных и никчемных характеристик - без намека на закономерности их появления.- И обе крайности присутствовали буквально в материалах одной плавки.

Механизм дисперсионного твердения, создающий новую фазу, -достаточно тонкий. В таком-то диапазоне температур, с такой-то скоростью... Чуть в сторонке от этого диапазона - она стремительно распадается. А дальше - скорость распада резко снижается.
От А.Б.
К Pokrovsky~stanislav (18.09.2007 21:35:47)
Дата 18.09.2007 21:53:48

Re: Опять 25 и снова - не то...

Вам надо бы взять в ум модель явления "поведение сопла из никелевого сплава №№№№№ под воздействием высокотемпературной газовой струи". В руки - взять карандаш, бумагу и "клаву" компа. И представить расчет - когда (по вашей модели) материал сопла прогорит до потери прочности конструкцией.
И если получится около... кстати - а сколько двигатель работает? :) - то появится весомый повод засомневаться - а летали ли...

И никакими горами патетики и доводов - "оне не знали и знать не могли - а значит и не было того вовсе" - рассчетный подход не заменить. Усвойте же эту простую мысль!
От Pokrovsky~stanislav
К А.Б. (18.09.2007 21:53:48)
Дата 20.09.2007 15:19:26

Re: Опять 25

>Вам надо бы взять в ум модель явления "поведение сопла из никелевого сплава №№№№№ под воздействием высокотемпературной газовой струи". В руки - взять карандаш, бумагу и "клаву" компа. И представить расчет - когда (по вашей модели) материал сопла прогорит до потери прочности конструкцией.
>И если получится около... кстати - а сколько двигатель работает? :) - то появится весомый повод засомневаться - а летали ли...

О, господи! Я же Вам дал цифру. Думал, что Вы со стула упадете.

Ладно, выполню оценку.

Долговременная прочность никелевого сплава без фазовой модификации опускается до 1 кГ/мм2. Между длительной прочностью и прочностью временной(т.е. напряжением, при котором разрушение материала почти моментальное) есть приблизительное соотношение масштаба 10(или даже меньше).

Итак: на какой-то части материала, не прошедшего фазовую модификацию) разрыв наступает при
10 кГ/мм2=10^8 Па

Откуда такому напряжению взяться? Тепло идет сквозь стенку камеры сгорания. Сторона, обращенная к пламени горячее, задняя стенка холоднее. Масштаб разности температур - сотни градусов.
Коэф. линейного расширения 10^-5/град
Типичный металлический модуль Юнга 10^11 Па.

При разности температур нагреваемого слоя и слоя внутри стенки 100 грудусов приходим к достижению уровня растягивающих напряжений, действующих на внутренний слой, равного прочности по отношению к моментальному разрыву. Причем эти напряжения реализуются на всей стенке камеры сгорания. Если хоть один небольшой участок материала будет иметь столь низкую прочность, разрыв материала происходит в первые же несколько секунд после запуска двигателя(при типичной температуропроводности 10^-6 время прогрева нескольких миллиметров стенки как раз и составляет несколько секунд). Прямо в процессе прогрева стенки.

Далее. Вершина трещины становится концентратором напряжений. Возникнув в глубине материала, трещина со скоростью звука в металле(масштаба 3000-5000 м/с) выбирается на поверхности, образуя сквозной разрыв. Давление в камере сгорания по версии Сатурна-5 60 атмосфер. Происходит прорыв газов и невыгоревших топлива и окислителя за пределы камеры сгорания.
Выгорания материала стенки для этого не нужно. - Вообще.
______________________________

А вот когда нам удается гарантировать в 10 раз большую прочность материала при 1000 градусов, а при меньших температурах она и сама по себе заметно выше, тогда никакие термонапряжения не могут разорвать сплав. Разрыв может возникнуть только на технологических дефектах или в местах концентрации напряжений, возникающих от внешних источников. Например, в узлах или наоборот пучностях стоячей акустической волны. И это уже и вправду инженерная проблема. Дефектоскопии, соблюдения технологических режимов, акустических расчетов или измерений и т.д.
____________________________________


Но собственно вопрос о материале я ставлю в иной плоскости. Не в смысле аргумента против полетов.

Я просто показал, что создание ракеты и двигателя не было просто инженерной задачкой, а имело таки нерешенные научные проблемы.

Американцы могли в принципе создать необходимый материал -методом уворовывания с помощью шпионажа, например, советского аналога и технологии создания в нем фазово-модифицированного состояния. У нас в это же время явно шли такие разработки. Например, в том же самом Институте металлургии им.А.А.Байкова АН СССР(ИМЕТ).
И они, в связи с их востребованностью со стороны ракетчиков, - были засекречены. Но ряд косвенных признаков указывает, что у нас соответствующие материалы получали уже в 1963-65 годах. Т.е. конкретно по жаропрочным материалам об этом свидетельствует динамика роста и награждений соответствующего завлаба ИМЕТ. И почти одновременный старт там же целой серии работ по получению других материалов - но по аналогичной методе фазовой модификации.
От А.Б.
К Pokrovsky~stanislav (20.09.2007 15:19:26)
Дата 20.09.2007 19:35:14

Re: Так где данные стендовых продувок....

в которых двигатель через несколько секунд получал "фрагментированное" сопло? Есть?

Если нет - то вам снова надо пересмотреть свои расчеты, как всегда - на порядок величин. Хотя мне думается - что надо будет на 2 порядка поправок вносить. :)
От Pokrovsky~stanislav
К А.Б. (20.09.2007 19:35:14)
Дата 20.09.2007 20:17:09

Re: Так где...

>в которых двигатель через несколько секунд получал "фрагментированное" сопло? Есть?

А сам двигатель Ф-1 есть? - Пока именно это подвергается большому сомнению.

>Если нет - то вам снова надо пересмотреть свои расчеты, как всегда - на порядок величин. Хотя мне думается - что надо будет на 2 порядка поправок вносить. :)

Вы имеете возможность внести коррекцию в оценку на основании своих, более точных представлений.

От А.Б.
К Pokrovsky~stanislav (20.09.2007 20:17:09)
Дата 20.09.2007 21:59:42

Re: Подожду пока...

>А сам двигатель Ф-1 есть? - Пока именно это подвергается большому сомнению.

Этот пункт не перестанет вызывать сомнения. А там - и посчитаем. :)
От Pokrovsky~stanislav
К А.Б. (20.09.2007 21:59:42)
Дата 20.09.2007 22:14:16

Re: Подожду пока...

>>А сам двигатель Ф-1 есть? - Пока именно это подвергается большому сомнению.
>
>Этот пункт не перестанет вызывать сомнения. А там - и посчитаем. :)

Странная у Вас логика.
Если мы признаем факт существования рабочего Ф-1 в версии НАСА, то в чем нам остается сомневаться?

От Pokrovsky~stanislav
К Pokrovsky~stanislav (20.09.2007 15:19:26)
Дата 20.09.2007 16:18:49

Re: Опять 25

>О, господи! Я же Вам дал цифру. Думал, что Вы со стула упадете.

Что я имел в виду, говоря про стул и про падение с него?

1 кГ/мм2 - это предел прочности графита.

Бакелит - сополимер фенола и формальдегида, - основа чуть ли не самых древних фено-формальдегидных пластмасс, из которых до недавнего времени делали розетки, патроны для лампочек, - имеет предел прочности 2-3 кГ/мм2

Теперь Вы поняли мою мысль, из какого по прочности материала должны были бы американцы делать камеру сгорания к 1967 году?
От Pokrovsky~stanislav
К Pokrovsky~stanislav (20.09.2007 15:19:26)
Дата 20.09.2007 15:26:42

Re: Опять 25

>Итак: на какой-то части материала, не прошедшего фазовую модификацию) разрыв наступает при
>10 кГ/мм2=10^8 Па

>Откуда такому напряжению взяться? Тепло идет сквозь стенку камеры сгорания. Сторона, обращенная к пламени горячее, задняя стенка холоднее. Масштаб разности температур - сотни градусов.
>Коэф. линейного расширения 10^-5/град
>Типичный металлический модуль Юнга 10^11 Па.

>При разности температур нагреваемого слоя и слоя внутри стенки 100 грудусов приходим к достижению уровня растягивающих напряжений, действующих на внутренний слой, равного прочности по отношению к моментальному разрыву.

Неаккуратно получилось, типа: подставляй цифры сам. А как? Разъясняю:

Понятно, что термоупругие напряжения(10^8) равны произведению модуля Юнга(10^11) на относительную деформацию(10^-3), которая сама получается перемножением разности температур(100) на коэф.линейного расширения(10^-5)
От А.Б.
К Pokrovsky~stanislav (20.09.2007 15:26:42)
Дата 20.09.2007 19:40:06

Re: Чтобы не ошиьбаться - надо так.

Сперва узнать - какой поток тепла идет через стенку сопла. Потом - можно будет рассчитать градиент температур по толщине. Потом, можно будет посчитать "геометрию" расширения материала сопла. Вкупе со знанием об изменении модуля Юнга с температурой... можно будет прикинуть - какая часть конструкции "держит" нагрузку. И по силам ли ей это. :)
От Pokrovsky~stanislav
К А.Б. (20.09.2007 19:40:06)
Дата 20.09.2007 22:10:23

Вот так надо:

>Сперва узнать - какой поток тепла идет через стенку сопла. Потом - можно будет рассчитать градиент температур по толщине. Потом, можно будет посчитать "геометрию" расширения материала сопла. Вкупе со знанием об изменении модуля Юнга с температурой... можно будет прикинуть - какая часть конструкции "держит" нагрузку. И по силам ли ей это. :)

Страна советов...


http://www.j-pm.ru/?archive&a=630

О ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ МЕТАЛЛОВ
Резюме:Осуществлено теоретическое и экспериментальное определение величины относительного изменения модуля Юнга (Е/Ео) металлов в интервале температур от комнатной до температуры плавления включительно. Показано, что это изменение зависит от гомологической температуры, а не от абсолютного ее значения. Установлено, что минимальная величина (E/Eo)min для нерелаксированного, адиабатического модуля составляет ~0,7, а для релаксированного, изотермического ~0,5.
№2 – 1998 г.
Авторы:Б.М.Драпкин, В.К.Кононенко, Б.Н.Леонов

Модуль Юнга матричного материала никелевых сплавов(т.е. самого никеля) при комнатной температуре Е=2х10^11.

В обсуждаемой оценке я занизил величину в два раза против комнатной. Именно потому, что очень хорошо представлял, что модуль Юнга уменьшается. Но не более, чем вдвое. Реально - масштаба 70% от модуля Юнга при комнатной температуре. Тем более, что до температуры плавления как бы далековато.

При расчете разности температур следует внести еще один множитель (1-x), где х-коэффициент Пуассона. Для никеля х=0.28.

Вот и смотрите. 0.7х0.72 ~ 0.5
Не так ли?
Т.е. по модулю Юнга ошибки как бы и нет вообще.

Температура стенки камеры сгорания масштаба 1000 градусов автоматически следует из выбора американцами материала. Высокожаропрочные стали, которые уже не нужно было специально разрабатывать, позволяли работать на температуре 900 градусов даже в длительном режиме. А не только краткосрочно.
Выигрыш в массе? - При содержании никеля в сплавах более 50% и плотности никеля на 1 г/см3 -наиболее вероятен именно проигрыш. Сверхлегкие жаропрочные алюмо-никелевые сплавы - это уже разработки 80-х и даже 90-х.

Наличие температурных градиентов масштаба 100 градусов на мм следует хотя бы из того, что обратная стенка охлаждается керосином. А толщина стенок КС - несколько миллиметров.

Я в приведенной оценке, по давно сложившейся лазерной привычке, пользуюсь упрощенной формулой, которая прекрасно работает при высокой скорости нагрева-охлаждения. В таких случаях опущенный мной сомножитель, учитывающий толщину материала, и содержащий сложную и неудобоваримую функцию свойств материала, - просто устремляется к единице. Возникающая ошибка - в пользу меньших перепадов температур, требующихся для разрушения более толстых материалов. Экспериментально - приблизительно по закону корня квадратного из толщины(в миллиметрах).
_____________________________________________________

Теперь об ошибке на порядок-два и т.п.
Современные жаропрочные никелевые сплавы работают до температур 1100 градусов. А в диапазоне температур 900-1000 длительная прочность этих сплавов опускается как раз до указанной мной критической отметочки 10^8 Па. На этой отметочке они начинают деформироваться в циклической нагрузке. И в конце концов за сколько-то циклов разрушаются. Т.н. малоцикловое разрушение.
Соответственно временная прочность -приблизительно на порядок выше. - Именно такие требования к сплавам я и предъявлял.






От А.Б.
К Pokrovsky~stanislav (20.09.2007 22:10:23)
Дата 20.09.2007 22:51:43

Re: Намек не дошле. Продолжу.

Помимо того - с ростом температуры меняются еще многие свойства материала. И придется "обсчитывать" весь объем и реальную картину напряжений в нем. А не ваше "одностлойное" умозаключение.
От Pokrovsky~stanislav
К А.Б. (20.09.2007 22:51:43)
Дата 21.09.2007 00:49:14

Re: Намек не...

>Помимо того - с ростом температуры меняются еще многие свойства материала. И придется "обсчитывать" весь объем и реальную картину напряжений в нем. А не ваше "одностлойное" умозаключение.

Да кто ж Вам мешает? Был бы я Вашим Главным конструктором, - выгнал бы с порога. Типа взашей - да с лестницы.

А поскольку я не Ваш начальник, не Ваш Главный конструктор, скрупулезный КОНСТРУКТОРСКИЙ расчет Вам никто не мешает выполнить.

Итак, Вам необходимо иметь двигатель с тягой 650-700 тонн. Выбирайте материалы, их характеристики, схему работы агрегата... Напоминаю, из-за термоупругих напряжений Вы не сможете правильно просчитать корпус. Он у Вас(и у меня тоже) - изогнется при нагреве - в сторону пламени. Изгиб зависит от свойств материала, который еще не выбран. А выбрать материал при скрупулезном расчете Вы сможете только после точного расчета энергопотоков. Зависящих от геометрии взаимодействия пламени, охлаждающих струй и поверхности... геометрия которой(определяющая все прочие геометрии) - зависит от материала, который еще не выбран....

До встречи в ПОСЛЕ-СЛЕДУЮЩЕЙ жизни.
От Pokrovsky~stanislav
К Pokrovsky~stanislav (21.09.2007 00:49:14)
Дата 21.09.2007 01:45:38

Не договорил...

>До встречи в ПОСЛЕ-СЛЕДУЮЩЕЙ жизни.

А я, грешный, вернусь к своим делам, которые я из года в год строю по принципу разумной достаточности: на пальцах просчитанные системы охлаждения и вентиляции лазера и лазерного участка, подъемник собственной разработки с вдесятеро более дешевой элементной базой, чем предлагал конструктор, металлоизделия с 3 термообработками, которые круто превосходят по надежности германские, так еще и раз в 5 дешевле германских изделий на выходе из завода, склеивающие устройства с шестеренками из фанеры и храповиками из оргстекла...

А время от времени рождается мысль: благо наши предки не были такими идиотами, чтобы вместо изготовления лука и стрелы, - в первую очередь изучать аэродинамику полета этой стрелы.

Теперь намек понят?
От А.Б.
К Pokrovsky~stanislav (21.09.2007 01:45:38)
Дата 21.09.2007 11:18:56

Re: :)

Валяйте-валяйте...

На досуге - прикину каков должен быь поток через металлическую пластину. чтобы у нее был градиент температуры в сотни градусов. Эту прикидку - несложно сделать. :)
От Pokrovsky~stanislav
К А.Б. (21.09.2007 11:18:56)
Дата 21.09.2007 14:33:18

Re: :)

>Валяйте-валяйте...

>На досуге - прикину каков должен быь поток через металлическую пластину. чтобы у нее был градиент температуры в сотни градусов. Эту прикидку - несложно сделать. :)

А чего там прикидывать на досуге? Одно действие.

При градиенте 100 град/мм=10^5 град/м и теплопроводности 20-40 Вт/(м град) тепловой поток (2-4)МВт/м2.

Типичный поток ракетной техники и тепловыделяющих элементов атомных реакторов - лидеров по рабочей теплонапряженности

Для сравнения:
Поток через сталь горячего утюга 0.1 МВт/м2