Учитывался ли когда-нибудь парамагнетизм жидкого кислорода в конструкции двигателя или резервуара?

ПРИМЕЧАНИЕ. Я спрашиваю, рассматривалось ли когда-нибудь это материальное свойство. Я не спрашиваю «как вы думаете, следует ли это учитывать». Я почти уверен, что кто-то обдумывал это, и я надеюсь разыскать какую-нибудь информацию по этому поводу — отчет, статью, даже анекдот. В целом, люди, которые запускают ракеты, очень осторожны и редко, если вообще когда-либо, думают: « Ну, это, вероятно, не имеет значения, поэтому нам лучше не рассчитывать это». Прежде чем говорить, что эффекта нет, можно прочитать эту статью . Охотясь в «бесплатном» Интернете (не за платным доступом) на предмет восприимчивости к LOX, я нашел здесь значение Chi = 0,0035 , что на самом деле вовсе не «маленькое»!

В этом ответе на этот вопрос по физике я нашел ссылку на это видео на YouTube, где жидкий кислород заливают между полюсами лабораторного постоянного магнита. Жидкий кислород застревает между полюсами, удерживаясь от гравитации и давления кипения на поверхности полюсов.

Я был так же удивлен, как и парень на видео!

Поскольку LOX является «магнитным» (разговорное употребление), есть ли конструктивные особенности в баке, транспорте и двигателе? Сами компоненты могут иметь магнитные поля — например, двигатели и соленоиды. Существует ли в «невесомости» орбиты какое-либо существенное взаимодействие между частично заполненным баком жидкого кислорода и магнитным полем Земли?

Еще одно видео с более "застрявшим" LOX на этот раз ( подробнее здесь ):

магнитный LOX кто-нибудь?

Части нашего космического корабля часто сделаны из железа. Если это не проблема, почему должен быть LOX?
ХД. Я не уверен, поэтому только комментарий. Железо и LOX могут вести себя по-разному [необходима цитата].
LOX представляет собой большую часть массы ракеты, пока она почти не исчезнет. Будучи жидкостью, он может реагировать так, как твердая часть, будучи в 1000 раз легче и свинченной, не будет. Помимо внутренних компонентов двигателей и соленоидов, какие части ваших ракет в значительной степени ферромагнитны?
Что ж, в наших анализах двигательной установки шаттла мы учитывали некоторые весьма незначительные эффекты, такие как плавучесть инопланетян в разумной атмосфере, но мы не учитывали этот эффект. Однако электрические насосы и клапаны не были распространены в главной силовой установке шаттла. За исключением некоторых соленоидов, большинство клапанов были пневматическими или гидравлическими. Однако насосы, которые заполняли ET на площадке, были электрическими.
Я нашел одно исследование о влиянии магнита на ракетный двигатель: «Влияние парамагнетизма и диамагнетизма на теоретические характеристики ракеты» . Я не нашел исследований по использованию магнитов для заполнения или влиянию магнитного поля Земли на жидкий кислород в резервуаре на орбите.
Вот спасибо - посмотрю. Я думаю, что в основном речь пойдет о динамике сгорания, а не о хранении в холодильнике и транспортировке, но это хорошее начало. Ullage - хороший звонок!! Это интересно! Оказывается (я нашел коробку с пустыми корешками конвертов), если человек не очень торопится, т.е. если он не находится в середине разделения ступеней / зажигания 2-й ступени, и у вас есть запас электроэнергии, LOX незаполненный объем. конечно возможно, и может быть весьма нежным. К сожалению, похоже, что H2, керосин и большинство других потенциальных видов топлива не будут столь совместимы.
Спасибо за информацию @OrganicMarble. Может быть, это рассматривалось гораздо раньше, а потом стало общеизвестным, что это не проблема. Большинство двигателей и соленоидов в любом случае сохраняют свой поток внутри. Тем не менее, кажется, что должно быть какое-то общее правило проектирования - отсутствие магнитных полей выше 1 кг в баках LOX и передаточных линиях, например, из чувства осторожности.
@Hobbes Да, это в значительной степени ответ «да, это было рассмотрено». Спасибо, что заглянули и во все эти другие вещи!

Ответы (4)

Ознакомьтесь с этой статьей и цитируемыми источниками: Моделирование переориентации LOX с использованием магнитного положительного позиционирования https://link.springer.com/article/10.1007/BF02908417 Похоже, это было изучено.

Также это:

Резюме явно не платного моделирования магнитного положительного позиционирования для космических систем управления жидкостями ( https://doi.org/10.1016/j.mcm.2010.01.002 ) Джеффри Г. Марчетта, Аманда П. Винтер, математические и компьютерные Моделирование, 51, (9–10), май 2010 г., 1202–1212.

Экспериментальные и расчетные исследования показали, что достаточно сильное магнитное поле может воздействовать на магниточувствительную жидкость. Усовершенствованное моделирование объединяет модель электромагнитного поля и модель несжимаемого потока для прогнозирования переориентации жидкости с использованием реалистичных магнитных полей. Представлены поля течения, включающие несколько реалистичных магнитных полей, чтобы проверить и подтвердить связность интегрированных моделей.

Сделаны выводы о достоверности комплексного моделирования при моделировании магнитно-индуцированных течений жидкости. Моделирование используется для моделирования применения положительного магнитного позиционирования LOX в эксперименте с пониженной гравитацией с использованием реалистичного магнитного поля. Представлены прогнозы предполетного эксперимента о характеристиках магнитного поля при переориентации LOX и даны рекомендации для будущего дизайна.

Статья посвящена важным расчетам магнитожидкостной динамики и описывает предложенный экспериментальный полет параболического летательного аппарата ORBITEC MFM LOX .


Фотография сделана в условиях земной гравитации. В условиях микрогравитации LOX будет пытаться карабкаться по всему магниту, который, вероятно, должен быть защищен кварцем.

введите описание изображения здесь

выше: «Рис. 4. Профиль LOX для кварцевого контейнера длиной 0,0962 м и высотой 0,0354 м с 30%-ным заполнением жидкостью под влиянием магнита NdFeB». Отсюда . _

введите описание изображения здесь

вверху: «Рис. 7. Измеренная высота свободной поверхности по длине кварцевого контейнера». Отсюда . _

Эй, это фантастика! Так что я все-таки не сумасшедший, или, по крайней мере, не один такой :) Несколько дней я не смогу это прочитать. Если вы можете включить несколько цитат, используя блочные кавычки (вы добавляете «>» в ​​начале каждого абзаца), это действительно сделает этот ответ более ценным.
На самом деле, если это та же или похожая работа, вы также можете добавить эту ссылку в свой ответ. citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/… Несколько снимков экрана с рисунками тоже были бы превосходны. О, это в 2010 году, и это не платный доступ!: sciencedirect.com/science/article/pii/S0895717710000087
Алмаадин, приятно видеть, что вы смогли помочь ОП, но для проверки на будущее нам нужно, чтобы наши ответы были немного конкретизированы. Если бы вы могли принести больше информации из своих источников в этот ответ, это помогло бы сделать его более подходящим для сайта.
@ Called2voyage Я добавил кое-что. Хотя Алмаадин должен был это сделать, я подумал, что было бы неплохо убедиться, что будущие читатели смогут увидеть некоторые детали того, что происходит.

LOX является парамагнитным, а не полностью магнитным. Что это значит? Нужен очень большой магнит, чтобы иметь хоть какой-то эффект. Единственное конструктивное соображение, которое вообще необходимо учитывать, - это отсутствие мощного магнита рядом с клапаном двигателя или вообще где-либо рядом с ним. Для этого не будет никакой реальной полезной цели, и, следовательно, это не требуется. Магнетизм таких парамагнетиков едва ли можно измерить с помощью очень чувствительного оборудования.

Я добавил комментарий в начале вопроса, чтобы повторить, что я ищу информацию о том, что он рассматривается, а не считаете ли вы, что его следует учитывать.
Парамагнетизм линейный, поэтому эффекты пропорциональны. Утверждение типа «...чрезвычайно большой магнит, чтобы вообще иметь какой-либо эффект» просто неверно. Мой вопрос о том, как инженеры подошли к этому материальному свойству - ведь речь идет о десятках или сотнях тонн. Я надеюсь найти некоторые инженерные ответы, которые используют математику, а не просто сильные формулировки. В Школе чемпионов есть интересная информация, спасибо за нее! Но для этого конкретного вопроса я хотел бы придерживаться количественных дискуссий.
В видеороликах мы видим, как учитель левитирует граммы LOX с помощью постоянного магнита в классе (да, второй большой, но это просто для увеличения площади полюса). Поля, вероятно, ~ 5 кГс. Это на самом деле не согласуется с « едва измеримым с очень чувствительным оборудованием » — это граммы, плавающие против силы тяжести в 1G! Я думаю, проблема в том, что большинство таблиц восприимчивости поддерживают постоянную температуру, поэтому они сравнивают газообразный кислород с другими твердыми телами. Жидкость примерно в 1000 раз более плотная, и в отличие от ферромагнетизма, который является коллективным явлением, она в основном просто масштабируется с плотностью - количество атомов в объеме.
... и масштабируется как 1/T, что дает еще один фактор грубой 3.

Кислородные баллоны на «Сатурн-5» имели антитурбулентные лопасти, чтобы предотвратить образование вихрей. Это считалось нежелательным как для целей потока, так и для предотвращения паразитных магнитных полей.

Мой отец руководил заводом по производству локса на ракетном полигоне Вумера в Австралии. Он сказал мне, что газопроводы, ведущие к ракетам Blue Streak и Black Knight, должны быть заземлены, чтобы избежать искр от ЭМП, создаваемого жидким газом, протекающим через них.

Ну, по крайней мере, меня бы не беспокоило магнитное поле Земли. Причина в следующем: на борту МКС много маленьких магнитов, которые использовались в сотнях небольших экспериментов. Эти магниты транспортируются туда ракетами. Типичный магнит холодильника составляет около 5 мТл, что примерно в 100 раз сильнее, чем магнитное поле Земли. Если бы эти магниты было опасно перевозить на станцию, они бы этого не сделали.

Кроме того, в ракете есть много других магнитных деталей, например стальных. Я никогда не слышал, чтобы магнитное поле Земли вызывало проблемы из-за этого. Мелкие металлические детали, конечно, не жидкие и не составляют большую часть массы ракеты, так что это не является веским аргументом.

Магниты вокруг трубопровода могут увеличивать в нем сопротивление, но, как показано на видео, магниты почти не противодействуют нормальной силе тяжести. Трубопроводы, как правило, находятся под высоким давлением, что делает силу, толкающую LOX, намного выше, чем сила, которой могут сопротивляться магниты.

Это когда-нибудь рассматривалось? Ну, теперь у вас есть :)

Спасибо за ваше время, но мой вопрос сформулирован осторожно. Я не спрашиваю, будете ли вы это учитывать, я спрашиваю: « Учитывался ли когда-нибудь парамагнетизм жидкого кислорода в конструкции двигателя или бака? ». Я почти уверен, что это действительно было рассмотрено! Вероятно, было выполнено более одного расчета, и, возможно, существует отчет. Вы также не должны сравнивать 10 000+ кг критически важной криогенной жидкости с магнитом холодильника.