Сверхмалая криогенная РН - технические вопросы.

[hcube]

Собственно, вот. Раз Технократ полагает что его тема создана для пЕара, то предлагаю обсудить технические вопросы тут.

Собственно, как я вижу данную РН :

2.5 ступенчатый пакет, набран из 5 одинаковых блоков баков - 4 блока 1 и 2 ступени ромбом, поверх них - блок 3 ступени. Топливо всех ступеней - ЖК + ЖМ. Длина бака 3 ступени несколько меньше в длину, чем 1 и 2 ступеней, двигатель работает при меньшем давлении - условно говоря, не 20 атмосфер, а 10. Давление наддува - 1 атмосфера, днища баков совмещенные.

Двигатели с ТНА, основное сопло фиксированно, управление по крену-тангажу-рысканью осуществлятеся рулевыми соплами с отбором топлива/окислителя из магистрали основного двигателя. На боковых блоках установлено по 2 сопла, на ЦБ и 3 ступени - 4 сопла.  Крепление сопел - тоже фиксированное, под 45 градусов к продольной оси РН, способ управления - разнотяг сопел. Топливо - ЖК + ЖМ, ТНА на перекиси. ПЕРЕД ТНА топливо прогоняется через рубашку основного сопла.

КС и передняя часть сопла традиционная, стальная, с средствами формирования топливной завесы. 'колокол' сопла получен наложением большого числа слоев стальной фольги с сформированным профилем - которая образует и внутреннюю обшивку сопла, и каналы рубашки охлаждения. Сборка сопла производится просто навивкой фольги с креплением слоев между собой контактной сваркой.

Баки аналогично навиты из стальной фольги, внутри - фторопластовый лейнер. Днища баков получены штамповкой. Т.е. сначал собирается на стапеле последовательность днищ и внутренних трубопроводов, а потом на них навивается внешняя оболочка. Ну, или может быть доступна труба с подходящей толщиной стенки - хотя мне кажется, что многослойная навивка будет лучше. Уплотнение с днищами осуществляется усиленной навивкой в месте сопряжения с днищем, которое имеет коническую окантовку - конус в конус на распор дает весьма хорошее уплотнение и механическую фиксацию.


Примерный диаметр баков - 0.5 метра, длина - 3-4 метра. Т.е. вся РН вместе с обтекателем имеет длину около 10 метров. Пуск с мобильного пускового стола типа 'табуретка' :-). Заправка компонентами - на месте запуска из автомобильной криоцистерны.

Блоки 1 и 2 ступеней оснащены тормозной парашутной системой - предварительное торможение осуществляет ленточный парашут из стальной фольги, затем вводится тормозной парашут 1 ступени (он же - вытяжной) и основной посадочный купол, при введении которого производится перецепка точки крепления от носовой части ступени к хвостовой, с тем чтобы посадка 'на бак' позволила избежать повреждения элементов двигателя.

Поля падения ступеней примерно сопоставимы с Союзом, так что оптимальный пункт запуска - Дальний Восток, с трассой выведения над океаном, либо западное побережье Каспия.

Ругайте :-)

Да - при стартовой массе порядка 5 тонн ПН получится вероятно в районе 1% - т.е. 50 кг. Селеноход, ау? :-)

[dan14444]

Вы что хотите соорудить? Максимально дешёвое частное средство выведения "хоть чего-то", с покупкой/заказом компонентов в тех же шарагах, где нормальные ракеты делают? И шоб стартовало с коленки?

Так проще старую ракету у вояк прихватизировать, ей-богу...
(Повяжут и за то и за другое одинаково... :roll: )[/size]

А если "как теоретически сделать самому в гараже" - то технологии не гаражные предложены...

З.Ы. Я вот Миг-25й на e-bay видел, недорого... Чем не 1 ступень в болтологическом проекте

[hcube]

Ну, гараж - это условно. Вопрос в том, как получить относительно легко воспроизводимую технологию, позволяющую сделать воспроизводимый аппарат на простом оборудовании - но чтобы при этом не надо было каждое сопло индивидуально точить на станке размером с дом :-)

Списанную 200-ку конечно купить можно, спору нет. Интерес в том, чтобы придумать технологию того, как можно СДЕЛАТЬ РН, пользуясь относительно простыми технологичскими приемами.

Прокатка фольги в нужный профиль и ее контактная сварка,  например, на мой взгляд ПРОСТОЙ прием. Накатка фольги же на контур бака - тоже простой прием - собственно, не сильно сложнее, чем намотка композита. Сам материал - широкодоступный.

Вопрос с ТНА, правда, открыт. При всей простоте перикисного ТНА - это все-таки полноценная турбина, которая на голову превосходит по параметрам скажем автомобильные компрессоры.

[dan14444]

Т.е. стартовое условие: делаем в гараже, на том обородовании, которое частнику продадут без вопросов. Детали - из ширпотреба. С e-bay покупать можем всё, что таможня пропустит (ох и хитрый это вопрос...).
Бюджет, скажем, $10.000.000. Мы не в US, у нас всё дороже.
Задача - вывести хоть грамм, шоб сделал хоть 1 виток. Так?

Тогда про ТНА забываем сразу. Думаем, как автомобильную или ещё какую турбинку приспособить. Если не будет ссылки на продавца.
Если говорим о штамповке, профилировании фольги и т.п. - желательна ссылка на продажный станок . Если о "широкодоступной стальной фольге" - аналогично, с характеристиками с сайта производителя. Если о ЖК/ЖМ - кто продаёт частникам, почём...

Так играть интереснее будет .

З.Ы. Не уверен, что для фольги контактная сварка лучче эпоксидки или силикатных связующих... Она фольгу всё ж повреждает...

[Гость 22]

Давление наддува - 1 атмосфера.
...
ПЕРЕД ТНА топливо прогоняется через рубашку основного сопла.

До ТНА - не прогонится.

'колокол' сопла получен наложением большого числа слоев стальной фольги с сформированным профилем - которая образует и внутреннюю обшивку сопла, и каналы рубашки охлаждения. Сборка сопла производится просто навивкой фольги с креплением слоев между собой контактной сваркой.

Метод формирования в принципе годится, но сталь в качестве материала для неохлаждаемого сопла - вряд ли. Прогорит. Вы давления не указали, я прикинул для 4 МПа в КС и 0.3 атм на срезе: температура в критике ~3100K, на срезе ~1500K (может варьироваться в зависимости от Km и давлений)

[hcube]

Ну, собственно бак можно и композитный - хотя у меня ощущение, что криогенную температуру металл лучше держит, чем композит.

А вот сопло - только и однозначно металлическое. IMHO лучше всего - стальное - у стали и механическая прочность выше, и падение прочности с температурой лучше. И еще она дешева и широкодоступна.

По поводу контактной сварки - сейчас что только так не собирают - собственно, контактная сварка тонких листов - это 'автомобильная' технология.

Прокат фольги - вообще примитивен дальше некуда :-) Фольга тонкая, так что нужно пропустить ее через 'прокатный стан' в форме нескольких последовательно меняющих форму 'шестеренок', которые в несколько этапов согнут и растянут лист как надо (а там на самом деле его не особо-то и надо растягивать - кольцевая заготовка УЖЕ есть неплохое приближение к форме сопла). После проката же останется только 'навернуть' на оправку сопла сначала внутренний слой, затем слои фольги образующие рубашку охлаждения, и потом внешний слой, скрепляя их собственно как раз контактной сваркой. Технически, внутренний слой можно сделать и из теплопроводного материала - ну, той же меди или латуни - их фольга тоже есть и со сталью в принципе сваривается. Но это надо уже смотреть, что лучше. Мое мнение - что сталь тоже пойдет.

Хотя не спорю, такой гибрид прокатного стана и гофромашины есть штука нетривиальная - при всей простоте ее придется делать. Впрочем, это не шибко сложно - на координатно-фрезировальном станке просто нарезаются фрагменты 'шестеренок' и затем собираются в элементы прокатного стана.

ЖК-ЖМ продается отличнейшим образом - вот например http://www.niikm.ru/products/oxygen/liquid_oxygen/. Даже генераторы жидких газов продаются.

А вот ТНА - это вопрос. В принципе, на все том же координатно-фрезировальном станке не проблема сделать крыльчатку турбонасоса и его корпус. Но остается вопрос механической прочности и обработки поверхности.

Собственно, отработку можно начать как раз с рулевого сопла - технология у них с основным соплом схожая, отличается уровень тяги - 50 кг против тонны. 50 кгс при 40 атмосферах в КС - это порядка 15 кг тяги приходящихся на критсечение, т.е. площадь критсечения - порядка 0.3 см2. Правда, я бы делал давление в КС пониже - что-то порядка 20, может даже 15 атмосфер. А для высотной ступени вообще 10. При этом падают и требования к прочности, и интенсивность теплового потока, и требуемая мощность ТНА (т.е. расход перекиси).

[Гость 22]

А, так у Вас охлаждаемое сопло? Извиняюсь, не понял...

Кстати, есть еще один полукустарный способ изготовления внутренней оболочки из медного штампованого конуса: выколотка на оправке резиновым молотком Глушко с Исаевым так делали в свое время,  может и другие тоже.

[Андрей Суворов]

Для атмосферных двигателей (давление на срезе 0,4-0,8 атмосферы) можно и просто конус - разница с профилированным соплом - 2-3% УИ. Гораздо большие потери из-за неполноты сгорания, скажем, плёночной теплозащиты.

Но лучше, чем РД-0105 в атмосферном исполнении, на эту тягу (3,5-4,5 тонны) не сделать. Если сделать движок на четырёх рулевых камерах от РД-107 и с ТНА на базе ТНА от РД-119 (несколько мешает другое соотношение компонентов, но это преодолимо, т.к. у ТНА 119 есть запас по мощности), то его тяга у земли составит тонн 15, а управление будет качанием камер, что удобно. Правда, первую ступень придётся заправлять небольшим количеством НДМГ для привода турбины...

Ракета с четырёхкамерным движком на первой ступени и РД-0105 на второй могла бы быть таким "нано-космосом". При стартовой массе в 12 тонн она могла бы выводить на низкую орбиту где-то 250 кило.

[Бродяга]

А что если просто двигатель погрузить в бак и сопло будет охлаждаться конвекцией?

[Андрей Суворов]

Интенсивность конвекции недостаточна порядков на несколько. Для эффективного охлаждения огневой стенки линейная скорость охладителя возле неё должна быть 10-15 м/с, не меньше.

[dan14444]

По поводу контактной сварки - сейчас что только так не собирают - собственно, контактная сварка тонких листов - это 'автомобильная' технология.

Жесть и фольга всё же разные вещи, как и повреждённая точка в багажнике и в сопле. Не, я за клей

Хотя не спорю, такой гибрид прокатного стана и гофромашины есть штука нетривиальная - при всей простоте ее придется делать. Впрочем, это не шибко сложно - на координатно-фрезировальном станке просто нарезаются фрагменты 'шестеренок' и затем собираются в элементы прокатного стана.

Ну если без гаражного станкостроения не обойтись - давайте смотреть на базе чего, как, какие аналоги в сети описаны... Размеры (оно ж и для баков - значит здоровенное), бюджет...

Ну, собственно бак можно и композитный - хотя у меня ощущение, что криогенную температуру металл лучше держит, чем композит.

Пластики азот держат нормально (у мну рабочий дьюар полипропиленовый), углеродным усам тоже всё пофиг... Экструдер вещь несложная, из мясорубки можно сделать, потом в тонкую ленту раскатать... Усы в России продаются? Или проще стеклом али сталью армировать? По связующему - можно на кемпорте у технологов поспрошать. Может выйти проще фольги...

А ещё лучше купить готовую трубу, и опять-таки фиг с ней с массой. Лучше сделать ступень в 2 раза тяжелее, чем станкостроением заниматься.

По соплу - сравнивая со стоимостью всего остального - ПМСМ лучше тупо выточить вольфрамовое. Вместе с КС. Дешевле выйдет. И фиг с ней, с массой. Или гальванопластикой соорудить - у гальваников на форуме должна быть инфа. Глядишь, и без охлаждения обойдёмся.
Кстати, кто-нить что-нить знает про керамические сопла?

А вот ТНА - это вопрос. В принципе, на все том же координатно-фрезировальном станке не проблема сделать крыльчатку турбонасоса и его корпус. Но остается вопрос механической прочности и обработки поверхности.

Не-не-не... Если корпус ещё туда-сюда, то такой крыльчатки хватит только разогнаться... Ищем ширпотребные аналоги или думаем, как без этого обойтись.
Обработка поверхности - ладно, шо-нить гаражное придумаем, пыльнём... Но вот прочность и точность обработки...

РД-0105, РД-107, ТНА от РД-119

Эт уже совсем другая задача. Если собирать из штатных комплектующих.

[Бродяга]

Интенсивность конвекции недостаточна порядков на несколько. Для эффективного охлаждения огневой стенки линейная скорость охладителя возле неё должна быть 10-15 м/с, не меньше.

А если использовать дополнительный контур со сплавом вуда, например.

 Да, я понимаю, что это утяжелит двигатель, но мы тут пока не за эффективность боремся.

[Бродяга]

Ну, собственно бак можно и композитный - хотя у меня ощущение, что криогенную температуру металл лучше держит, чем композит.

Температуру жидкого кислорода держат вполне.

[Asgard]

А вот ТНА - это вопрос. В принципе, на все том же координатно-фрезировальном станке не проблема сделать крыльчатку турбонасоса и его корпус. Но остается вопрос механической прочности и обработки поверхности.

А чем эта хрень от компрессора отличается? Последний можно найти практически любой.

[Ark]

Интенсивность конвекции недостаточна порядков на несколько. Для эффективного охлаждения огневой стенки линейная скорость охладителя возле неё должна быть 10-15 м/с, не меньше.

А если ракету перед стартом раскрутить?

[hcube]

Ну, насчет любой я бы не зарекался. Компрессоры-то работают с газом, а у нас жидкость. Плотность порядка на два выше - соответственно механические нагрузки тоже выше.

А какие у нас вообще есть варианты привода ТНА? Может, поставить 4-тактный ДВС на тех же ЖК-ЖМ? :-) Роль маховика у него сама крыльчатка ТНА сыграет...

[fan2fan]

Ламерский вопрос: а какой минимальный слой термоизоляции нужен для такой ракеты (хотя бы для жидкого кислорода) ? Будет ли толщина его ограничивать диаметр ступени, меньше которого нельзя, не получится ?

[hcube]

Достаточно пары сантиметров пенопласта, чтобы оно выкипало несколько суток.

[fan2fan]

Понятно - это как в водонагревателях (там наоборот, остывает с почти 100 градуосв до комнатной). Кстати, а нельзя собрать все из готовых водонагревателей, наварив какую-нибудь раму ? :-)  (или они слишком тяжелые, неоптимальные ?)

А если жидкий водород - тогда нужен больший слой ?
 
Видел как-то по National Geographic соревнования на приз Ансари по лунным посадочным модулям. Вот не обратил внимание, был ли там жидкий водород - кислород, конечно, был. Баки были сферические (диаметр - где-то 60-70 см, кажется - всего 4 шт.), а затраты на разработку и производство у производившей венчурной компании были около 3 млн. долл. В общем, модуль взлетал на несколько десятков метров и садился; правда, при последней третьей попытке он ножки сломал и упал на бок, больше не мог летать (там были демонстрационные опоры, не разносные устойчивые, а как у табуретки - слабенькие снизу). Не дали им приза, короче :-)

[Штуцер]

Ну, гараж - это условно. Вопрос в том, как получить относительно легко воспроизводимую технологию, позволяющую сделать воспроизводимый аппарат на простом оборудовании - но чтобы при этом не надо было каждое сопло индивидуально точить на станке размером с дом :-)

Списанную 200-ку конечно купить можно, спору нет. Интерес в том, чтобы придумать технологию того, как можно СДЕЛАТЬ РН, пользуясь относительно простыми технологичскими приемами.

Без Технократа разговор пошел грамотней, но вывод будет один:
Невозможно  СДЕЛАТЬ РН, пользуясь относительно простыми технологичскими приемами.
Это Вам подтвердит любой, имевший или имеющий отношение к РКТ.
Сразу видно, что на Генерального тут никто не тянет, идет обсуждение малозначащих деталей (профиль сопла, вид клея, материал баков).
Первый вопрос - какие системы должны входить в состав РН стартовой массой 5 000 кг.
Второй вопрос - состав наземного комплекса.

По первому вопросу:
1.Количество ступеней
2.Вид топлива

После этого нужно определиться с минимальным составом необходимых бортовых систем (может еще что- то нужно или что то убрать):
- двигательная установка
- система управления
- система радиотелеметрии или "черный ящик"
- командная радиолиния

Теперь о деталях.
Что из двигательной установки НИКОГДА не сделать в "гараже" и даже в обычном мех. цеху:

ДУ:
-направляющий аппарат и крыльчатку турбины ТНА (не сделать однозначно и не купить!)
-газогенератор
-датчики давления и температуры (можно купить)
-агрегаты внутренней автоматики двигателя - регуляторы расхода, давления, дроссели, электропневмо- и электрогидроклапаны
-рулевые машинки (не сделать однозначно и не купить!)
-сильфоны
-дренажно-предохранительные клапаны
-камеру сгорания (устойчиво работающую хотя бы 200 секунд)

СУ:
-гироскопы (можно найти списаный самолетный)

По второму вопросу.
Про сложность наземного стартового оборудования лучше спросить у Вована, но, думаю, ему лень писать в таких фантастических темах.

"Не ищите легких путей в науке", молодые люди, любительскую пятитонную ракету космического назначения сделать нельзя.