Вопрос по LaunchModel.xls

[Max_Z]

Поэтому значения удельных импульсов тяги, площадь миделя, удельные массы дваигателей и относительные массы отсеков я задаю фиксированными значениями. Их можно скорректировать на последующих этапах проектирования

Тогда и Вам вопрос: а какие на Ваш взгляд реальные удельные массы двигателей и относительные массы отсеков?


Для РН (2 ступени+РБ) стартовой массой 370 т на метане я принял удельную массу двигателей 1% от вакуумной тяги в кгс (TWR 100), и удельную массу ступени (в которую входит всё, что не двигатели) в 6% от РЗТ. Для РБ соответственно удельная масса ДУ 2% (TWR 50) и удельная масса ступени в 12%. 
Насколько эти значения адекватны?

[Дмитрий В.]

Поэтому значения удельных импульсов тяги, площадь миделя, удельные массы дваигателей и относительные массы отсеков я задаю фиксированными значениями. Их можно скорректировать на последующих этапах проектирования

Тогда и Вам вопрос: а какие на Ваш взгляд реальные удельные массы двигателей и относительные массы отсеков?


Для РН (2 ступени+РБ) стартовой массой 370 т на метане я принял удельную массу двигателей 1% от вакуумной тяги в кгс (TWR 100), и удельную массу ступени (в которую входит всё, что не двигатели) в 6% от РЗТ. Для РБ соответственно удельная масса ДУ 2% (TWR 50) и удельная масса ступени в 12%.
Насколько эти значения адекватны?

По статистике и по расчётам примерно так (для ракет стартовой массой более 100 т):
- для керосиновых топливных отсеков достижимы относительные массы (с учётом остатков компонентов и газов) топливных отсеков 0,02...0,035 (в зависимости оттипа конструкции и применяемых алюминиевых сплавов) от массы рабочего запаса топлива.
- для водородных - от 0,04 до 0,06 (в зависимости от размерности и применяемых материалов). Для сверхлёгкого ВТБ шаттла этот показатель составляет примерно 0,056, но это с учётом межбакового отсека и узлов связи с СТУ и ОС. Я эти отсеки ("сухие) отношу к группе "прочие отсеки и системы"
- для метановых - от 0,025 до 0,045 (в зависимости от размерности и применяемых материалов)
Для прочих отсеков и систем (сухие отсеки, системы управления, бортовая кабельная сеть, системы пожаровзрывопредупреждения) - достаточно брать на уровне 0,02 от массы заправленного ракетного блока ступени.

Удельную массу залитых двигателей смотрим по статистике (для керосиновых от 0,005  - до 0,007-0,015 - первые ступени, и от 0,05 - у американцев до 0,02- у верхних). Масса ДУ выше, чем масса двигателя:
- Мду = 1,3*М дв - для керосиновых и метановых
- (1,3-1,6)*Мдв - для водородных.
После выполнения общей компоновки и расчёта на прочность можно эти коэффициенты уточнить.

[C-300-2]

Тогда и Вам вопрос: а какие на Ваш взгляд реальные удельные массы двигателей и относительные массы отсеков?

Так, я вам обещал коэффициенты потерь, держите

[C-300-2]

Коллеги, я тут попробовал оптимизировать в спредшите давление на срезе сопла. Методика была следующая:
1) Вычисляются в ТЕРМОРАС-е значения удельного импульса на уровне моря и в вакууме при фиксированном давлении в камере и варьировании давления на срезе сопла (Ра).
2) Значения удельного импульса умножаются на коэффициент совершенства сопла.
3) Фиксируется значение стартовой тяги.
4) Прогоняется расчёт для определения Мпг при разных значениях удельного импульса.
5) Строится график зависимости Мпг=f(Ра).
И максимум пришёлся на 0,4 атм. Хотя статистика говорит нам, что давление на срезе у большинства земных двигунов лежит в диапазоне 0,6...0,75 атм.
Есть исключения в бОльшую сторону, но они вызваны либо модернизацией исходного двигателя путём повышения давления в КС, либо ограниченностью габарита среза сопла. Есть исключения в меньшую сторону - но это всё двигатели, долго работающие в вакууме (центральный двигатель "Атласа", 11Д122 "Энергии"). Но это всё исключения.
Есть ещё методика, изложенная в Алемасове-Дрегалине. Там даётся формула - см. приложенную картинку. Так же в спредшите взял простенький интеграл, поделил на время работы первой ступени. И получилось того же порядка величина, что и в первом случае - порядка 0,34. 
Вот теперь сижу и думаю. То ли лыжи не едут, то ли ещё что

[Max_Z]

Говорят (в частности уважаемый Дмитрий В.), что в базовом спредшита атмосфера задана немного некорректно.... 

А так да, проверяется легко - после построения траектории, идёшь во вкладку simulation, выделяшь в столбце значений атмосферного давления значения, приходящиеся на работу первой ступени, ексель внизу даёт сумму и среднее значение выделенных ячеек.... У меня (время работы около 180 с) тоже выходит, что среднетраекторное значение ближе к 0,4 атм (чуть меньше).

Имхо на мой взгляд, повышенное давление земных двигателей берётся для исключения "отрыва потока"... По крайней мере в учебниках про такое говорится, но ни в одном учебнике я не нашёл прямого ответа на вопрос (формулы) при каких условиях этот отрыв потока происходит... Пишут что нужны экспериментальные данные по каждому конкретному случаю. Вот и берут конструкторы "запас"...

[C-300-2]

Говорят (в частности уважаемый Дмитрий В.), что в базовом спредшита атмосфера задана немного некорректно.... 

Да я это быстро понял - спредшит его занижает. Поэтому просто прописал отдельный столбик, в который загнал свою модель по ГОСТ 4401. 

Имхо на мой взгляд, повышенное давление земных двигателей берётся для исключения "отрыва потока"...

Есть такое. Я получил оптимум 0,35 как среднее значение давления (это по Алемасову-Дрегалину) и 0,4 как максимум Мпг от перебора удельных импульсов при разных давлениях среза.

У РД-107 как раз 0,4 атм. Но там похоже просто камеру унифицировали с РД-108 - а тот оптимизирован под высоту.
У 11Д111/НК-33 0,049 МПа. 
Так что похоже да, нормально я всё насчитал.

но ни в одном учебнике я не нашёл прямого ответа на вопрос (формулы) при каких условиях этот отрыв потока происходит...

Це маемо. Надо?

[Max_Z]

Формулу - давай! А ещё лучше весь букварь, где она написана...
А вот совместными усилиями допилить спредшит очень бы хотелось... Инструмент хороший и, самое главное, в нем понятно что откуда берется, в отличии от других калькуляторов, в котором только голый ответ...

Если надо, завтра могу сюда скинуть исправление формулы тяги первой ступени, чтобы дросселирование работало и на ней (в базе - только на второй ступени)

[Дмитрий В.]

Формулу - давай! А ещё лучше весь букварь, где она написана...
А вот совместными усилиями допилить спредшит очень бы хотелось... Инструмент хороший и, самое главное, в нем понятно что откуда берется, в отличии от других калькуляторов, в котором только голый ответ...

Если надо, завтра могу сюда скинуть исправление формулы тяги первой ступени, чтобы дросселирование работало и на ней (в базе - только на второй ступени)

При расчёте траектории РН с фиксированными параметрами дросселирование легко задаётся в листе симуляции вручную. Хотя автор спредшита давал вариант с дросселированием и первой ступени.

[Max_Z]

Вручную - не наш метод 

Да там небольшие исправления... Видно, что формула писалась для варианта дросселирования, но она чуть чуть не допилена...

Лучше выложите сюда формулу с "более правильной" атмосферой 

[C-300-2]

Лучше выложите сюда формулу с "более правильной" атмосферой 

Формула (25) в статье, она до где-то 11-12 км отлично работает. Выше уже надо кусочно-гладко аппроксимировать ГОСТ 4401. Эти полиномы я получил, но с ними ещё надо посидеть, чтобы плавно перетекали из одного в другой. Поэтому их пока не выкладываю.

[C-300-2]

Формулу - давай! А ещё лучше весь букварь, где она написана...

Завтра, ок?.. Только напомните.
А то сегодня уже с работы хочу уйти.

[Дмитрий В.]

Лучше выложите сюда формулу с "более правильной" атмосферой 

https://disk.yandex.ru/d/avb2KgNxYht0iQ
Формулы в листе S в разделе "Атмосфера" (приблизительно ГОСТ 4401-81)

[C-300-2]

Завтра, ок?.. Только напомните.
А то сегодня уже с работы хочу уйти.

Так, если что, то по коду WMUzabiXPLCFHUE/РАСЧЁТ КАМЕРЫ ЖРД - КУРПАТЕНОКВ.djvu можно скачать с сайта https://liltransfer.com/download

Там ещё по расчёту скачка на вход в сопло есть интересные материалы, но это уж точно завтра.

[C-300-2]

Тогда и Вам вопрос: а какие на Ваш взгляд реальные удельные массы двигателей

Вообще, вопрос оценки массы двигуна на этапе проектирования, как оказалось, интересная вещь. Моделей существует много - от элементарных (вида "коэффициент умножить на тягу") до сложнейших, учитывающих реально кучу параметров, типа геометрии КС и оборотов ТНА.
Все врут  Я оценивал эти методики для двигателей ЖК+керосин, набрал весьма широкую статистику - и везде либо разбросы приличные (под 20-30%), либо стабильное занижение массы. А последнее вообще на этапе проектирования недопустимо - нельзя закладывать нереально оптимистичные значения.
Я тут наткнулся на мат. модель ЖРД "ЛИРА", там есть простенькая зависимость массы от тяги, давления в КС, геометрической степени расширения, количества камер и типа топлива. Оценил эту модельку по 24-м движкам и вот что получилось:
1) Для криогенных топлив средняя ошибка - 10% (я, я! карошо! зэр гут!).
2) Для "полукриогенных", типа ЖК+керосин, - 17% (плохо).
3) Для долгохранимых топлив - 36% (как говорили древние римляне - Non vaginus, non rotes legionus!).
Такие дела.
Для ЖК+метана, очевидно, следует использовать модель для криогенных топлив и там ошибка вполне приемлема. Можно даже заложиться заранее: вычисленную массу умножить на 1,1.

[C-300-2]

Тогда и Вам вопрос: а какие на Ваш взгляд реальные удельные массы двигателей и относительные массы отсеков?

Есть отличная книжка - "Проектування i конструкцiя ракет-носiiв" под редакцией Конюхва. Там глава 1.4.2 посвящена как раз модели массы составных частей РН на основе статистически рассчитанных коэффициентов. Весьма рекомендую.

[Max_Z]

Я тут наткнулся на мат. модель ЖРД "ЛИРА", там есть простенькая зависимость массы от тяги, давления в КС, геометрической степени расширения, количества камер и типа топлива

УРА! то, что нужно! )


не поделитесь?

кстати, вот мой доработанный файл LaunchModel, работает дросселирование 1 ступени....

https://disk.yandex.ru/d/X3qY8f9KSb9m7A

[C-300-2]

не поделитесь?

Спрашиваете)
Но я повторюсь - нужно помнить про точность модели
Напишите в личку почту - приду домой, отправлю эту книжку. А пока вот вам моделька!

[Просто Василий]

Это из какой книжки? а что за циферки в степенях?

[C-300-2]

Это из какой книжки?

"Liquid Rocket Analysis" R. R. L. Ernst

а что за циферки в степенях?

Сильно подозреваю, что числа, полученные по результатам регрессионно-корреляционного анализа статистики масс ЖРД.

[Raul]

кстати, вот мой доработанный файл LaunchModel, работает дросселирование 1 ступени....

https://disk.yandex.ru/d/X3qY8f9KSb9m7A

Интереcный костылик добавлен:

=ЕСЛИ(AZ5<Main!$E$24;1/3;1)

Тут мои формулы для дросселирования всех ступеней, используются уже пару лет:
LaunchModelThrottle.txt