ДУ с соплами внешнего расширения: проблемы и их решения.

[RadioactiveRainbow]

Сабж.
Преимущества таких двигателей (если я ничего не путаю):
- Меньшая масса
- меньшие размеры
- Работа всегда на расчётном режиме -> больший УИ по траектории.

Основной недостаток - охлаждение.
Слишком большая полная поверхность камеры двигателя,
слишком большой периметр критического сечения...

Мысль (абстрактная):
- в РДТТ температуры поболе чем в ЖРД будут. Делают же там неохлаждаемые камеры?
Конечно, там свои особенности. Разгар критики, в частности.
Для кольцевой камеры этого допустить нельзя - даже небольшой разгар узкого кольцевого критического сечения приведёт к резкому изменению площади критики.

Но ведь можно для ЖРД сделать с внешним охлаждением только критическое сечение и, возможно, часть камеры - на это расхода хватить должно? Часть камеры и закритическую часть сопла сделать без внешнего охлаждения.

Конечно, такой двигатель преимуществ по массе иметь скорее всего не будет, зато с УИ ситуация улучшится.


Кстати, и почему бы не делать как на XRS-2200 - много традиционных камер сгорания "дуют" на неохлаждаемое штыревое сопло?

[Bell]

Эх, какой замечательный был тренд на эту тему на допожарном форуме!  :cry:

[fagot]

Преимущества таких двигателей (если я ничего не путаю):
- Меньшая масса
- меньшие размеры
- Работа всегда на расчётном режиме -> больший УИ по траектории.

Масса не факт что меньше из-за больших размеров камеры.

Основной недостаток - охлаждение.
Слишком большая полная поверхность камеры двигателя,
слишком большой периметр критического сечения...

Поэтому лучше использовать тарельчатые сопла, у них охлаждение легче организовать. А недостаток в случае расширительной схемы можно превратить в достоинство - водород легче нагреть до большей температуры и соответственно повысить давление в КС. Хотя с другой стороны для земного двигателя давление все равно будет маловато, а для высотного оно не слишком и нужно.
Еще из недостатков можно назвать близость реактивной струи к хвостовому отсеку и следовательно нужно усиливать теплозащиту, да и в кардане такой двигатель качать проблематично, охладитель подвести сложнее.

- в РДТТ температуры поболе чем в ЖРД будут. Делают же там неохлаждаемые камеры?

Ну там все-таки только сопло неохлаждаемое, а камеру топливо защищает. И время работы у твердотопливников меньше, и давление в КС обычно ниже.

Конечно, там свои особенности. Разгар критики, в частности.
Для кольцевой камеры этого допустить нельзя - даже небольшой разгар узкого кольцевого критического сечения приведёт к резкому изменению площади критики.
Но ведь можно для ЖРД сделать с внешним охлаждением только критическое сечение и, возможно, часть камеры - на это расхода хватить должно? Часть камеры и закритическую часть сопла сделать без внешнего охлаждения.

У неохлаждаемой камеры будет больше масса, да и совсем без охлаждения вряд ли удастся ее сделать. В критическом же сечении еще и без завесного охлаждения скорее всего не обойтись и расход горючего на него будет больше чем обычном двигателе, что снизит УИ.

Конечно, такой двигатель преимуществ по массе иметь скорее всего не будет, зато с УИ ситуация улучшится.

Все же очевидно выигрыш в УИ не перевешивает излишней сложности и других недостатков двигателей с центральным телом, к тому же выигрыш есть только в атмосфере и только при перерасширении, а этот участок не так и велик, в то же время влияние УИ на ПН на первой ступени меньше, чем на верхних. Хотя конечно для второй ступени пакетной схемы или одноступенчатой ракеты, когда давление на срезе сопла мало, выигрыш может быть и побольше, потому и городили это дело на Х-33. Но тут на мой взгляд раздвижное сопло попроще будет.

Кстати, и почему бы не делать как на XRS-2200 - много традиционных камер сгорания "дуют" на неохлаждаемое штыревое сопло?

Можно и так, только вряд ли это сильно упростит двигатель.

[RadioactiveRainbow]

Еще из недостатков можно назвать близость реактивной струи к хвостовому отсеку и следовательно нужно усиливать теплозащиту, да и в кардане такой двигатель качать проблематично, охладитель подвести сложнее.

Ну, хвостовой отсек как раз сопло и защищает от струи Тем более, если оно неохлаждаемое.

Качать такое сопло, кстати, необходимости нет. Очень элегантное решение на том же двигателе Х-33. Многокамерная камера сгорания (звиняюсь за каламбур) - УВТ осуществляется разнотягом камер одного двигателя.

Ну там все-таки только сопло неохлаждаемое, а камеру топливо защищает. И время работы у твердотопливников меньше, и давление в КС обычно ниже.

В-основном да. Но, скажем, район переднего днища или соплового блока топливом не защищен. И там делается ТЗП. И ТЗП можно сделать на время работы до 60 и более секунд - в самый раз для первой ступени.
Хотя, согласен - масса будет побольше.

У неохлаждаемой камеры будет больше масса, да и совсем без охлаждения вряд ли удастся ее сделать. В критическом же сечении еще и без завесного охлаждения скорее всего не обойтись и расход горючего на него будет больше чем обычном двигателе, что снизит УИ.

Ну, если вы заметили - критику я всё же предлагаю охлаждать
Увеличенный расход на завесу - принимается

Все же очевидно выигрыш в УИ не перевешивает излишней сложности и других недостатков двигателей с центральным телом

Ну вы поаккуратнее со словом "очевидно"  :roll:
Считать всё же надо.

к тому же выигрыш есть только в атмосфере и только при перерасширении

Отименно! Естественно, такой двигатель нужен в первую очередь на первую ступень.
А что касается перерасширения - в том-то вся вкусность! Делаете сколь угодно большую степень расширения (ну, скажем, ту, которая оптимальна в высшей точки траектории) - и такой двигатель получает перед традиционным преимущество в УИ во всём рабочем диапазоне!

Хотя конечно для второй ступени пакетной схемы или одноступенчатой ракеты, когда давление на срезе сопла мало, выигрыш может быть и побольше

Во-во! Особенно актуально для двухступенчатых ракетных АКС.  :roll:

[fagot]

Ну, хвостовой отсек как раз сопло и защищает от струи    Тем более, если оно неохлаждаемое.

Я имел ввиду излучение конечно, хотя в общем проблема невелика.

Качать такое сопло, кстати, необходимости нет. Очень элегантное решение на том же двигателе Х-33. Многокамерная камера сгорания (звиняюсь за каламбур) - УВТ осуществляется разнотягом камер одного двигателя.

Разнотяг снижает УИ на атмосферном участке, хотя и незначительно.
 

В-основном да. Но, скажем, район переднего днища или соплового блока топливом не защищен. И там делается ТЗП. И ТЗП можно сделать на время работы до 60 и более секунд - в самый раз для первой ступени.
Хотя, согласен - масса будет побольше.

Не думаю, что имеет смысл делать неохлаждаемую камеру, если одного компонента не хватит, можно и вторым охлаждать.

Ну вы поаккуратнее со словом "очевидно" :roll:  
Считать всё же надо.

Думаю мы с вами это вряд ли высчитаем, так что остается обатиться к мировому опыту - раз не видно после Х-33 ни одного аэроспайка, значит что-то тут не так.

Отименно! Естественно, такой двигатель нужен в первую очередь на первую ступень.

Но там, как уже сказано, УИ не так и важен.

А что касается перерасширения - в том-то вся вкусность! Делаете сколь угодно большую степень расширения (ну, скажем, ту, которая оптимальна в высшей точки траектории) - и такой двигатель получает перед традиционным преимущество в УИ во всём рабочем диапазоне!

Это-то понятно, но почему-то производители ракет этим преимуществом не спешат воспользоваться.
 

Во-во! Особенно актуально для двухступенчатых ракетных АКС.

Только вот сами они не актуальны

[Лютич]

http://www.lpre.de/resources/articles/Advanced_nozzles.pdf

[KBOB]

Марку отечесвенного аэроспайка не подскажите?

[Гость 22]

Марку отечесвенного аэроспайка не подскажите?

Если не ошибаюсь, аэроспайка у нас не было. Было тарельчатое сопло: http://www.kbkha.ru/rus/22.php?type=2&id=23

[RadioactiveRainbow]

2Лютич
Спасибо за ссылку!
Исключительно интересно и познавательно.

[Дмитрий В.]

Качать такое сопло, кстати, необходимости нет. Очень элегантное решение на том же двигателе Х-33. Многокамерная камера сгорания (звиняюсь за каламбур) - УВТ осуществляется разнотягом камер одного двигателя.

Разнотяг не пойдет - на сопле внешнего расширения из-за перераспределения давления эффект почти нулевой. Или надо на сопле ставить перегородки, препятствующие перетеканию газа.

[avmich]

Качать такое сопло, кстати, необходимости нет. Очень элегантное решение на том же двигателе Х-33. Многокамерная камера сгорания (звиняюсь за каламбур) - УВТ осуществляется разнотягом камер одного двигателя.

Разнотяг не пойдет - на сопле внешнего расширения из-за перераспределения давления эффект почти нулевой. Или надо на сопле ставить перегородки, препятствующие перетеканию газа.

Тогда объясните, Дмитрий, почему испытания линейного аэроспайка прошли успешно :) .

[Дмитрий В.]

Качать такое сопло, кстати, необходимости нет. Очень элегантное решение на том же двигателе Х-33. Многокамерная камера сгорания (звиняюсь за каламбур) - УВТ осуществляется разнотягом камер одного двигателя.

Разнотяг не пойдет - на сопле внешнего расширения из-за перераспределения давления эффект почти нулевой. Или надо на сопле ставить перегородки, препятствующие перетеканию газа.

Тогда объясните, Дмитрий, почему испытания линейного аэроспайка прошли успешно .

Потому что он ЛИНЕЙНЫЙ - две поверхности расширения разделены.

[RadioactiveRainbow]

Так они же, вроде, управляли разнотягом во всех 3х проскостях, а не в одной...
Или я ошибаюсь?

[Дмитрий В.]

Так они же, вроде, управляли разнотягом во всех 3х проскостях, а не в одной...
Или я ошибаюсь?

XRS-2000? Не знаю, но факт перетекания газа  из области более высокого давления в область с более низким - очевиден. Я лет 13 назад прорабатывал Дейтрон с ЖРД внешнего расширения как раз с разнотягом, потом, уже несколько лет спустя, гдже-то напоролся на информацию об указанном мной эффекте (где - не помню) , хотел ставить перегородки. А потом плюнул на все и ушел работать на ВАЗ :cry:

[RadioactiveRainbow]

Ну, что перетекает - оно и так ясно что перетекает. Вот - у XRS тоже с рампы на боковую поверхность стекает.
Но вряд ли газ будет прямо так мгновенно перераспределяться по соплу, что давление будет выравниваться. Всё равно, непосредственно за критическим сечением разность давлений будет. Хоть и меньше чем с перегородками, но будет.

А вообще, небезынтересная идея...
Почему американцы линейный двигатель делать стали? Уж не из за проблем ли с охлаждением? Можно вместо штыревого сопла поставить 4 рампы крестом. Типа XRS, но не в одной плоскости, а в двух.
Вот вам и управление по двум осям
Для ракет самое оно. Это для Х-33 нужен был вытянутый в линию двигатель.

[Лютич]

Так они же, вроде, управляли разнотягом во всех 3х проскостях, а не в одной...
Или я ошибаюсь?

Управляли. Потому что там должны были стоять два движка, каждый разделен на две отдельно управляемые группы камер. Для управления по тангажу дросселировались группы камер по диагонали.

[RadioactiveRainbow]

Да, я нашел пдф и посмотрел.
Только по диагонали - это для управления по крену.
По тангажу - верняя или нижняя половины обеих двигателей.
По рысканию - двигатели целиком, левый и правый.

[Дмитрий В.]

Про сопла внешнего расширения можно посмотреть здесь:
http://www.engineer.bmstu.ru/res/dorofeev/lec/gl_30/l30.htm