[AR] Re: Issues with operating at low chamber pressure

  • From: "Troy Prideaux" <troy@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx>
  • To: <arocket@xxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Tue, 6 Sep 2016 13:49:45 +1000

About 15-20 years ago, someone on here (forgive me for not remembering his
name) conducted a theoretical study on the delta V return for various common
liquid propellant combinations for (IIRC) a volume constrained (fixed)
amateur sized pressure fed rocket. IIRC the combinations analysed were
something like LOX:RP1, LOX:LH2 & WFNA:Turpentine. All things being equal
(chamber pressures, operating conditions etc). 

   Anyway, it turned out the combination producing the lowest Isp actually
produced the highest delta V return primarily due to the respective
densities on offer which directly affected the respective mass ratios for
the volume fixed analysis. Anyway, it raised a few eyebrows if I vaguely
recall.

 

Troy.

 

 

From: arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx [mailto:arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx] On
Behalf Of rebel without a job
Sent: Tuesday, 6 September 2016 1:22 PM
To: arocket@xxxxxxxxxxxxx
Subject: [AR] Re: Issues with operating at low chamber pressure

 

The key phrase here appears to be "for launcher-like values" 

 

For the sort of launchers that can carry a man, m_I/m_f is greater than e,
and log curve flattens out to such an extent that given a fixed m_f (a
reasonable approximation of payload), exponentially greater quantities of
fuel are necessary for linear increases in delta v. 

 

It is precisely this flat wimpyness of the log curve that makes improvement
in Isp (and staging) so attractive for these launchers. 

 

People like Zach and I don't build launchers that can carry men though, we
build launchers that men can carry. 

 

At our scales, minimum gauge effects driven by aerodynamic loads, fixed
sizes of many components, and cube square effects cause our m_i/m_f to be
rather low. 

 

For these launchers, the log curve is much steeper, and unlike in the
previous case a small increase in propellant yields great results (1). In
this case optimization of mass fraction is the better choice (2). 

 

Pedant's note (1): in both cases it takes an exponential increase in mass
fraction to to cause a linear increase in delta v. It's just that in the
second case we are looking at a different and unloved part of the function. 

 

Pedant's note 2: at the scale of man-carried launchers, aerodynamics plays a
role larger than either part of the Tsiolkovsky's equation.




-------- Original message --------
From: Zachary Martinez <znm3m8@xxxxxxx <mailto:znm3m8@xxxxxxx> > 
Date: 09/05/2016 15:05 (GMT-08:00) 
To: arocket@xxxxxxxxxxxxx <mailto:arocket@xxxxxxxxxxxxx>  
Subject: [AR] Re: Issues with operating at low chamber pressure 



It really does depend on the vehicle almost exclusively. You will have to
explore the options and pick the one with the most delta v because it's not
like you are ever given a choice between 10% Isp and 10% mass fraction in a
design. It also really depends on the mass fraction. For example at the
scale I am working at ~15-30% propellant mass fraction, a relatively small
reduction in dry mass can lead to almost a doubling of propellant while this
same choice (400psi chamber pressure vs 200psi chamber pressure) only leads
to about a 20% reduction in Isp. The logic obviously doesn't apply to
orbital launch vehicles so the advice that Isp is better than mass fraction
or the other way around is kinda irrelevant because these decisions 10% this
vs the same 10% that rarely come up in design. Just my 2 cents

Zach Martinez

Sent from my iPhone

On Sep 5, 2016, at 16:37, Norman Yarvin <yarvin@xxxxxxxxxxxx
<mailto:yarvin@xxxxxxxxxxxx> > wrote:

On Mon, Sep 05, 2016 at 07:10:08AM -0400, William Claybaugh wrote:
Norm:

A logarithm is an exponential function.

Not when you're talking about an "exponential effect", it isn't.  An
exponential effect is a big effect that grows strongly as you increase
the factor in question; a logarithmic effect is a wimpy one that gets
ever-wimpier as the factor in question increases.  In particular,
here, a 10% increase in Isp buys you a 10% increase in delta-v,
whereas a 10% increase in m_initial/m_final buys you less, at least
for launcher-like values of that ratio.  (If, say, it starts out as
10, a 10% increase buys you about 4% more delta-v; or if it starts out
as 5, a 10% increase buys you 5.6% more delta-v.)


Other related posts: