Сверхмалая криогенная РН - технические вопросы.

[Штуцер]

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...

Прикиньте мощность ТНА, или, лучше удельную мощность - сразу станет ясно, что заменить ТНА нечем. Если не считать вытеснительную систему подачи.

[Filas]

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 ?

А зачем теплоизоляция на кислородный бак? Нет ничего такого ни на семерке ни на Сатурне-5. Поправьте меня, если ошибаюсь. Теплоизоляцию ставят только на водород.
Потери кислорода на испарение не стоят усложнения и утяжеления конструкции.

[Filas]

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. Нет там ничего сверхъестественного. Сделают на инструментальном производстве, где делают, например, литьевые формы для пластмасс. Там и не такое вытворяют. Стоить, правда, будет знатно.
-газогенератор (еще проще)

-агрегаты внутренней автоматики двигателя (см. про ТНА)
-рулевые машинки (пневмо и гидроприводы продаются, + см. ТНА)
-сильфоны (покупаются)
-дренажно-предохранительные клапаны (сделают на стороне)
-камеру сгорания (а вот это действительно проблема)

[Александр Геннадьевич Шлядинский]

Прежде всего для разработки такой ракеты потребуется стендовое оборудование. Из него, стенд для измерения тяги ДУ, в данном случае тонн на 10, будет не самым сложным. Если попробовать обойтись без стендов, опираясь только на расчеты и наитие, то результат будет однозначный... дойти даже до стадии полетевшей не туда ракеты не удастся. Тут мне удалось посмотреть хронику испытаний ракет Годдарда, оччень наглядно. А он, по сравнению с любыми нашими самодельщиками был тогда и в более хорошем финансовом положении и оборудован лучше, чем мы сейчас...

Для того, что-бы уйти от состояния мечтаний, если мы хотим именно создать космическую ракету, надо начинать с создания собственной самоокупаемой механической мастерской, к примеру по ремонту планеров и малой авиации. Из прибыли набирать оборудование двойного назначения и связи с фирмами, которые могут делать то, что самим нецелесообразно. Потом надо получить опыт работы в разработке и изготовлении самодельных атмосферных летательных аппаратов, лучше беспилотных, опыт потом пригодится при создании автопилота ракеты. Ну и потом начать разработку ракеты, призывая спонсоров, показывая им, что опыт работы в смежной области есть.
Вот реальный, хотя и не очень быстрый путь. Но другого нет. Можно сколько угодно кричать по углам, мол я имею идеи, а вот времени на доказательство своей компетентности у меня нет, просто вы должны мне верить... На это ни кто не клюнет. Нужны средства, материально-техническая база и для начала небольшой опытный коллектив с теоретическими знаниями и практическим опытом.

Но мечтать не вредно. Может быть кому идея понравится и он скажет: работай, все остальное для этого у меня есть. Чудеса еще случаются...  

[hcube]

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

См. выше - ЖК + ЖМ. Дешевые, широко доступные и не слишком опасные компоненты.

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!)

Очень спорно. Вопрос в давлениях и температурах. ТНА, скажем, атмосфер на 5 можно легко и непринужденно сделать ДОМА - просто нарезать детали объемной фрезировкой из дюралевой плиты, заложив нужную толщину лопаток.

Вопрос в технологии ТНА на давление атмосфер в 30 - выше УИ уже растет непорпорционально росту геммороя.

-газогенератор
-датчики давления и температуры (можно купить)
-агрегаты внутренней автоматики двигателя - регуляторы расхода, давления, дроссели, электропневмо- и электрогидроклапаны

Можно купить. 20-30 атмосфер - это вполне 'бытовое' давление. Правда, криогеника... ну, тут уже надо думать :-). Кстати, а зачем нужен газогененератор? Может, проще ДВС использовать :-).

-рулевые машинки (не сделать однозначно и не купить!)
-сильфоны
-дренажно-предохранительные клапаны
-камеру сгорания (устойчиво работающую хотя бы 200 секунд)

Надо думать и экспериментировать. Сильфоны не нужны, бе ни одна камера в предложенном концепте не качается, вместо этого производится дроселлирование.

СУ:
-гироскопы (можно найти списаный самолетный)

СУ и сенсоры сейчас вообще ни разу не проблема. Проблемы - некоторые - могут быть разве что с исполнительными устройствами.

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

Ну так я ж никого не заставлюя сюда писать :-)

Прикиньте мощность ТНА, или, лучше удельную мощность - сразу станет ясно, что заменить ТНА нечем. Если не считать вытеснительную систему подачи.

Давай прикинем :-) Тяга 60 КН, УИ двигателя 3 км/c - массовый расход 20 кг/сек. 20 кг - это считай 20л... ну, 30л, учитывая ЖМ.

Мощность для прокачки 30л - объем на давление, давление у нас - 3 МПа.  Получается 90 КДж/сек, т.е. 90 КВт. Мощность обычного автомобильного движка :-). Расход такого движка измеряется миллилитрами в секунду :-)

Охлаждение ему не нужно - наоборот, криокомпоненты еще и подогревать придется. Т.е. система радиаторов не нужна. Даже более того, это может быть весьма экзотический движок, у которого прямой впрыск ОБОИХ компонент производится из ВЫХОДНОЙ магистрали перекачиваемого топлива. А начальный запуск - стартером, например.

Причем, поскольку нам надо не крутить вал, а именно что качать топливо, я бы сделал ЕЩЕ проще - совмещенный цилиндр и для сгорания топлива, и под насос. Двухтактный. Начальная вкачка топлива наддувом, затем впрыск-поджиг, расширение и сброс через окна вентиляции отработанного газа. Поршень при этом чисто пассивный, никаких кривошипов нету. А дальше просто сгладить импульсы давления расходным ресивером.

Для того, что-бы уйти от состояния мечтаний, если мы хотим именно создать космическую ракету, надо начинать с создания собственной самоокупаемой механической мастерской, к примеру по ремонту планеров и малой авиации.

Двумя рукми за, но на это тоже надо денег :-) И еще нужна аффилированность на каком-либо аэродроме, чтобы был поток спроса.

[Штуцер]

ДУ:
-направляющий аппарат и крыльчатку турбины ТНА. Нет там ничего сверхъестественного. Сделают на инструментальном производстве, где делают, например, литьевые формы для пластмасс. Там и не такое вытворяют. Стоить, правда, будет знатно.
-газогенератор (еще проще)

-агрегаты внутренней автоматики двигателя (см. про ТНА)
-рулевые машинки (пневмо и гидроприводы продаются, + см. ТНА)
-сильфоны (покупаются)
-дренажно-предохранительные клапаны (сделают на стороне)
-камеру сгорания (а вот это действительно проблема)

Только не надо обожествлять станки, которые делают фильеры. Обычно это 5-коорд. ЧПУ и целесообразно их применять именно там, где они применяются. Сначала Вам придется долго искать какой нибудь ЖC-6K или ЭИ-612,(причем цельный диск), а потом этот ЧПУ будет из него часов 60-80 выгрызать крыльчатку. Кроме того за один установ, в отличие от полуфильеры,  деталь сделать не удастся. О кристаллографической ориентации и соотв. сплавах придется забыть.
Берем маш. время станка 200$/час умножаем на 80, получаем 12000 убитых енотов. Далее турбинка у вас сгорает в 5 сек (если дело дойдет до испытаний), делаем новую, и т.д. до бесконечности. Ну а агрегаты автоматики двигателя делать в инструментальном цеху может только наивный чудак. И уж тем более не на станках для литьевых форм. Естественно, реально сделать ЖРД только там, где он и делается.
Попробуйте "сделать на стороне" ДПК на холодный кислород  
Какой гидропривод можно приспособить как рулевую машину? Погуглите, выложите чертеж, посмотрим...
И т.д. и т.п.
Приплюсуем сюда опасность кислорода, отсутствие даже следов масла, то есть высокую технологическую дисциплину - это не для любительских ракет.

[hcube]

Ну, уплотнения и подшипники можно сделать и без масла - на тефлоне, например. А давление 30-40 атмосфер - это БЫТОВОЕ давление, примерно таков напор воды в 20+ этажных домах. Ну, поменьше, конечно, но даже не на порядок. Т.е. запорная арматура вполне пойдет обычная водопроводная - ну, с поправкой на криогенность компонентов.

Далее, кто сказал, что нужно именно ТНА? Т.е. _турбо_ насосный агрегат? Почему не просто насос? У ТНА такого размера ведь тоже будет не все так хорошо с КПД :-). А для насоса можно придумать схемку поршней разных диаметров для получения нужной компрессии - и вперед, ни одной вращающейся части там даже и не будет :-)

Зачем ВООБЩЕ нужен гидропривод? Сопло качать? А зачем его качать, если можно отнести подальше рулевые сопла и их дроселлировать? :-)

Понимаете, Штуцер, вы думаете 'как учили' - что ЖРД можно сделать только вот таким вот, строго определенным образом, так как сделаны ЖРД класса РД-180, скажем. А нам нужен движок с тягой в 5 раза НИЖЕ чем тяга родоначальника - двигателя Фау-2, и с параметрами чуть ли не ниже, чем у РД-107. Вполне возможно, что для него можно сделать более простое решение, не самолетно-ракетное, а 'автомобильно-бытовое', условно говоря :-)

[Filas]

Если мы делаем ракету в гараже, то не надо сюда притягивать "профессиональные" ракетные материалы и технологии.
Делать надо из то, что есть. Да, будет тяжелее. Да, потеряем в КПД и т.п. Но работать это БУДЕТ.
Примеры:
Диск турбины можно изготовить из плиты 12Х18Н10Т толщиной, допустим, 30мм. (продается свободно) Вырезаем из плиты диск нужного диаметра, а на координатном станке нам делают из него диск с лопатками.
Крыльчатки насосов вообще делаются из алюминия, как и литьевые формы. В конструкции крыльчатки нет НИЧЕГО сложного. И хрен с ней с ориентацией кристаллов.

у а агрегаты автоматики двигателя делать в инструментальном цеху может только наивный чудак.

Если бы вы видели на каком старье делают агрегаты автоматики для семерки    Опять же, нет в них ничего такого сверхестественного. Они сделаны не из плутония, и в их конструкции не применяется неизвестных миру технологий. Агрегаты автоматики бывают не только на ракетах. В том числе и криогенные и кислородные.

[Штуцер]

Давай прикинем :-) Тяга 60 КН, УИ двигателя 3 км/c - массовый расход 20 кг/сек. 20 кг - это считай 20л... ну, 30л, учитывая ЖМ.

Мощность для прокачки 30л - объем на давление, давление у нас - 3 МПа.  Получается 90 КДж/сек, т.е. 90 КВт. Мощность обычного автомобильного движка :-). Расход такого движка измеряется миллилитрами в секунду :-)

Сплошной    
Для пятитонной ракеты 60 кн маловато, надо хотя бы 70, 30 литров не получится, берите все 36л.
Почему давление 3 МПа, и где, в камере? Для такого УИ в камере надо иметь реально минимум 6 МПа,  то есть 12-15 МПа на выходе из насоса 0,036 м3/c умножаем на 15 000 000 Па, получаем 540 кВт (полезная мощность), без учета КПД насоса!
А сколько весит ДВС на 750 лс? Повторяю, ничто не заменит ТНА!

[Штуцер]

Зачем ВООБЩЕ нужен гидропривод? Сопло качать? А зачем его качать, если можно отнести подальше рулевые сопла и их дроселлировать? :-)

Ну, если вы не знаете, то необходимо 3 канала управления - крен, рысканье, тангаж. Хоть обдросселируйтесь на 100% отнесенными рулевыми соплами, управления по крену вы не получите!  
Кстати, дросселирование - тоже непростое дело.

[Monoceros]

Ну, если вы не знаете, то необходимо 3 канала управления - крен, рысканье, тангаж. Хоть обдросселируйтесь на 100% отнесенными рулевыми соплами, управления по крену вы не получите!  
Кстати, дросселирование - тоже непростое дело.

Будто бы вы качанием управление по крену получите  

[Filas]

Ну что вы спорите.
Управление по всем 3 каналам можно получить как без качания, так и только с ним.

[fan2fan]

А зачем теплоизоляция на кислородный бак?

Вот и я сомневаюсь - не запомнил. Вроде там два бака были теплоизолированными, а два нет - но вот что в них (кислород точно, но вот что второе было) ? Был поражен самим фактом большого количества "космических ковбоев" (это был не единственный конкурс), поэтому смотрел больше на социальную сторону вопроса (одна перевозка заправленного блока по шоссе на прицепе к месту фестиваля через весь штат чего стоит :-)). В общем, за 3 млн. долл человек 5 освобожденных сотрудников и несколько совместителей (т.е. после основной работы) где-то за год такую штуку сделали. Конструктивных подробностей не понял, но тяга достаточная, чтобы взлетать (ну, не на орбиту, конечно - но в принципе, спроектирована как настоящая штука, чтобы из космоса на Луну сесть, т.е. свыше 2,5 км/сек скорости погасить, какой-нибудь Гуглоход доставить, :-))
 
Да :-), видимо, водонагрватели нельзя использовать как баки "джиковской ракеты", т.к. слишком тяжелые - 500-литровый свыше 120 кг (хотя, возможно, в промежутке 80-150 литров можно найти более благоприятное соотношение, 1:5), и внутренний бак часто из стеклофарфора. Соблазнительные габариты у них, конечно: 500 литровые где-то 75-80 см в диаметре :-)

[Штуцер]

Диск турбины можно изготовить из плиты 12Х18Н10Т толщиной, допустим, 30мм. (продается свободно) Вырезаем из плиты диск нужного диаметра, а на координатном станке нам делают из него диск с лопатками.

12Х18Н10Т крутит при нагревании, не надо показывать полную безграмотность, вот уж нержавейка точно не пойдет. Кстати, насчет координатных станков, у меня на производстве их три, приезжайте, проведу экскурсию, что и как на них можно делать, а что нельзя

Если бы вы видели на каком старье делают агрегаты автоматики для семерки    Опять же, нет в них ничего такого сверхестественного. Они сделаны не из плутония, и в их конструкции не применяется неизвестных миру технологий. Агрегаты автоматики бывают не только на ракетах. В том числе и криогенные и кислородные.

Десять лет проработал в отрасли, так что все я видел, и даже больше. Ну уж не надо принижать уровень наших двигателистов. Ничего сверхъестественного нет, но и водопроводная арматура не прокатит.

[Штуцер]

Ну, если вы не знаете, то необходимо 3 канала управления - крен, рысканье, тангаж. Хоть обдросселируйтесь на 100% отнесенными рулевыми соплами, управления по крену вы не получите!  
Кстати, дросселирование - тоже непростое дело.

Будто бы вы качанием управление по крену получите  

Да  посмотрите схему Протона!  :evil:

[Monoceros]

Да  посмотрите схему Протона!  :evil:

У Протона ни на одной ступени нет такого чтобы был единственный двигатель с 1 соплом.

[Штуцер]

Ну что вы спорите.
Управление по всем 3 каналам можно получить как без качания, так и только с ним.

Лучше вспомните про газовые рули.

[Штуцер]

Да  посмотрите схему Протона!  :evil:

У Протона ни на одной ступени нет такого чтобы был единственный двигатель с 1 соплом.

Ну значит вы не поняли, речь шла о качании управляющих двигателей.

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

Собственно, как я вижу данную РН :

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.


Ругайте :-)

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

Собственно, и я прозевел " под 45 градусов" , отсюда и непонятки.

[fan2fan]

Тут есть тема про неуправляемую ракету (вроде сошлись, что должно быть очень много ступеней)
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=10136&highlight=%ED%E5%F3%EF%F0%E0%E2%EB%FF%E5%EC%E0%FF
 
О ! Нашел в английской Вики картинку и краткую характеристику лунных посадочных девайсов от http://en.wikipedia.org/wiki/Armadillo_Aerospace
(приз они получили только в 2008 г., на третий год соревнований, и в 2009 г. тоже - http://en.wikipedia.org/wiki/Lunar_Lander_Challenge)

[Filas]

Десять лет проработал в отрасли, так что все я видел, и даже больше. Smile Ну уж не надо принижать уровень наших двигателистов. Ничего сверхъестественного нет, но и водопроводная арматура не прокатит.

Как бывший двигателист и говорю   .
Я не имел ввиду водопроводную арматуру.  Я хотел сказать, что такие клапаны делают не только для ракет. А конструкция устройств позволяет размещать заказ на их изготовление на многих предприятиях. Никакого супероборудования там не надо.