О свежей концепции создания ракетных блоков.

[Uriy]

Да и сам СП не видел перспектив применения ЖРД тягой 300-600 тс.

Вы это где прочитали? Если не секрет. :-) Нигде не встречал подобного утверждения.

У Ветрова.

ВЫПИСКА ИЗ ПРОТОКОЛА СОВЕЩАНИЯ ГЛАВНЫХ КОНСТРУКТОРОВ ПО НОСИТЕЛЮ Н-1
[23 сентября 1960 г.]
С.П.Королев:

"...
3. Не согласен с предложением т. Гришина Л.А. о снижении на 10-15% удельной тяги двигателей в целях обеспечения надежности.
4. Не вижу перспектив в создании мощных (300-600 т) двигателей, но если они будут созданы, то мы обязательно используем их на любой стадии отработки носителя.
..."

И позже (правда уже в пику РД-270):
ДОКЛАДНАЯ ЗАПИСКА "О НЕЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ РАЗРАБОТКИ
ДВИГАТЕЛЕЙ НА АТ + НДМГ С ТЯГОЙ 600 т ДЛЯ ТЯЖЕЛЫХ РАКЕТ-НОСИТЕЛЕЙ, ВЫВОДЯЩИХ НА ОРБИТУ ИСЗ ПОЛЕЗНЫЕ ГРУЗЫ ВЕСОМ 150-200 т" [1965 г.]
В той же записке Королев излагает концепцию применения связки ЖРД сравнительно небольшой тяги и приводит доводы в пользу такого выбора.

Боялись неустойчивости горения на двигателях больших тяг.

[Salo]

Скорее трудностей технологического плана.

[Дмитрий В.]

Скорее трудностей технологического плана.

Здесь можно ознакомиться с доводами СП против 600-тонников:
http://epizodsspace.narod.ru/bibl/vetrov/korolev-delo/04-07.html
(в конце страницы).

[Salo]

http://engine.aviaport.ru/issues/13/page04.html

Владимир Орлов   советник ОАО "СНТК им. Н.Д. Кузнецова"

ЖИЗНЬ ПРОБУЖДАЮТ В ПЛАМЕННОМ МОТОРЕ...

После закрытия в мае 1974 г. работ по ракетно-космическому комплексу Н1-ЛЗ (см. журнал "Двигатель" 2, 2000) среди некоторых научных сотрудников НИИ распространилось мнение, что С.П. Королевым неправильно была выбрана размерность ЖРД для блока первой ступени - 150 тс. Нужно было 600 тс или, в крайнем случае, 300 тс.

Чтобы показать, что все эти утверждения абсолютно не соответствуют действительному положению дел, необходимо вернуться в 1960 г к началу работы над комплексом Н1. В это время автор был начальником бригады перспективного отдела ОКБ завода № 276 (ныне ОАО "СНТК им. Н.Д. Кузнецова"). Этот отдел был подключен к проектированию ЖРД с 3 мая 1959 г. и начал с разработки двигателя для ракеты Р-9. Необходимо подчеркнуть, что именно СНТК им. Н.Д. Кузнецова (не ОКБ В.П. Глушко) начала делать двигатели для Р-9.

Дело в том, что В.П. Глушко не соглашался с требованиями С.П. Королева по двигателям. Сергей Павлович хотел, чтобы ракета Р-9 выносила на орбиту такой же полезный груз, как и ракета Р-7 (знаменитая "семерка", на которой до сих пор держится наша космонавтика), но при стартовой массе 80...90 т, т.е. в 1,5 раза меньше, чем у Р-7. Чтобы добиться этого двигатели, работающие на топливе жидкий кислород и керосин, должны быть созданы по замкнутой схеме. Глушко был в этот период противником топлива кислород и керосин и сторонником применения в ЖРД топливной пары: несимметричный диметилгидразин (НДМГ) и азотный тетраоксид. На этой почве произошел разрыв отношений между Королевым и Глушко, в результате чего Королев начал искать двигателистов, которые бы взялись за разработку нужных двигателей. Нужно заметить, что замкнутая схема существовала в то время лишь в теоретических исследованиях.

По совету А.Н. Туполева Сергей Павлович обратился к Николаю Дмитриевичу Кузнецову, который и согласился разрабатывать такой двигатель. На одном их первых совещаний в начале мая 1959 г. Н.Д. Кузнецов сказал так: "Мы понимаем, что предстоят трудности, но без преодоления трудностей мы вместе с Вами не сможем продвинуть вперед отечественную космонавтику". Эта фраза как нельзя лучше характеризует личность Н.Д. Кузнецова.

Таким образом, предположение Я. Голованова, сделанное в книге "Королев" о том, что Глушко, продолжив работу с двигателями для Р-9, сделал бы двигатели и для Н1 (сэкономив тем самым миллионы рублей и время), не соответствует действительности, т.к. Валентин Петрович в то время этими двигателями вообще не занимался. Кроме того, написать, что Н.Д. Кузнецов "боялся делать большие двигатели" мог только человек, совершенно не знавший Кузнецова. Николай Дмитриевич никогда не боялся трудностей, и размерность двигателей его никогда не смущала, тем более что в авиации он занимался двигателями такой большой размерности, которой не занималось ни одно авиадвигательное ОКБ в нашей стране.

В апреле 1960 г. при посещении нашего ОКБ С.П. Королев коротко рассказал о готовящемся постановлении по созданию ракетного комплекса Н1 и предложил нашему коллективу разработать ЖРД для первой, второй и третьей ступени. В первую очередь он считал необходимым определиться с выбором размерности двигателя для первой ступени, эскизно проработав три размерности 150, 300 и 600 тс на компонентах: жидкий кислород и керосин, по замкнутой схеме и при давлении в камере сгорания 150 кгс/см2. Сергей Павлович предупредил, что двигатели должны быть с одной камерой сгорания, так как 4-камерные (или 2-камерные) двигатели более громоздки, и разместить их в многодвигательной силовой установке блока первой ступени трудно, потребуется большой объем, а весь комплекс и так получается слишком большим. При этом мы должны были обеспечить первый пуск комплекса Н1 в конце 1965 г.

Проектирование было поручено отделу В.Д. Радченко, расчетами занималась бригада В.Н Орлова, конструкторской проработкой - бригада конструкторов, руководимая В.В. Татариновым.
Наиболее ярким примером использования авиационного опыта является проектирование турбонасосного агрегата (ТНА). Ракетчики поставили задачу обеспечить работу ТНА при очень низких, доходящих до 1,5 кгс/см2, давлениях на входе в насос окислителя. Это вынудило искать новые схемы ТНА, поскольку в практике создания ЖРД при таком низком давлении перед входом в насос окислителя традиционно устанавливали подкачивающий преднасос, а при такой схеме габариты, вес и обвязка двигателя существенно увеличивались. По предложению инженера А.И. Елизарова была выбрана двухкаскадная схема насоса окислителя ТНА по типу двухкаскадных схем авиационных ГТД.

Традиционно применявшиеся в ЖРД клапаны управления были заменены прямоточными дифференциальными клапанами. Это повысило суммарную надежность и позволило почти в 2 раза уменьшить вес клапанов.

Используя большой теоретический и экспериментальный багаж расчетов на прочность ГТД, разработчики существенно упростили конструкцию головки камеры сгорания совместно с газоводом, отказавшись от традиционных головок ЖРД с множеством сварных перегородок. С помощью выбранной схемы и авиационных принципов конструирования ТНА удалось существенно, по сравнению с традиционными ЖРД, упростить компоновку и обвязку двигателя. Она поражает отечественных и зарубежных специалистов, видевших двигатель НК-33 на выставках.

В результате применения авиационного подхода к проектированию ЖРД на двигателе НК-33 был получен рекордный для ЖРД с тягой 150 тс удельный вес 8,1 кг/тс (отношение сухой массы двигателя к максимальной тяге). Такого удельного веса в этом классе тяги нет ни у одного двигателя в мире.

Уже в процессе проектирования, когда определились основные размеры узлов и агрегатов двигателей, возник вопрос, на каком оборудовании можно будет изготовлять детали для двигателей, рассчитанных на 300 и 600 тс. Быстро выяснилось, что ни на нашем заводе, ни на авиационных заводах Самарского (тогда Куйбышевского) региона подобного оборудования нет. К концу сентября 1960 г. эскизные проекты всех трех двигателей первой ступени были закончены. Николай Дмитриевич через день приходил в отдел, обсуждая проект. Когда Кузнецов сообщил, что проекты закончены, Сергей Павлович приехал их смотреть. Решение по выбору размерности двигателя в этот приезд С.П. Королева не было принято, так как вопрос об оборудовании для изготовления двигателей с тягой 300 и 600 тс оставался открытым.

Когда чертежи 600-тонника, выполненные на огромных листах в масштабе 1:1, с большим трудом были расстелены на полу большого кабинета Николая Дмитриевича, все были поражены. Представьте себе двигатель высотой около 9 м, с диаметром сопла камеры сгорания около 4 м! Как и на чем штамповать и обрабатывать корпуса насосов из алюминиевых сплавов, имевших диаметр до 1,2 м; где, в каких печах отливать по выплавляемым моделям крыльчатки центробежных насосов и колеса турбин? Не только на эти, но и на многие другие вопросы ответов не было. Николай Дмитриевич организовал группу технологов, поручив ей срочно выехать в НИИ, на заводы станкостроительной, металлургической промышленности для поиска ответов на все эти вопросы и уточнения, когда и где можно получить необходимое оборудование. Возглавлять эту работу поручили В.Н. Орлову.

К середине декабря 1960 г. все стало ясно, что в предлагаемые сроки до 1965 г. всерьез можно рассматривать создание двигателя только на 150 тс, хотя вопрос о получении заготовки для бронзовой рубашки камеры сгорания и сопла, а также оборудования для фрезерования каналов охлаждения даже этого двигателя оставался неясным.

В феврале 1961 г. Королев был у нас в ОКБ, но окончательное решение по выбору размерности на этой встрече принято не было. Сергей Павлович сказал, что о закупке оборудования из капиталистических стран нужно вести переговоры "на большом верху", но получить его в короткие сроки маловероятно, так как напрямую в нашу страну его не продадут, нужно будет это делать через третьи страны, что займет не меньше двух лет. В конце совещания С.П. Королев отметил, что на сегодня единственная реальность - это двигатель с тягой 150 тс.

В апреле 1962 г. начальником ОКБ назначили В.Н. Орлова (автора статьи - прим. редакции) и поручили ему организовать проектирование двигателя 11Д51 тягой 150 тс для блока первой ступени комплекса Н1 и к 31.07.62 г. сдать чертежи на производство завода.

Кстати, необходимо отметить, что оборудование для формирования сопла с выходным диаметром 2,5 м и фрезерованием каналов охлаждения для двигателей второй ступени 11Д52 было готово только в начале 1965 г. Сам двигатель 11Д52 представлял собой копию двигателя 11Д51, но с увеличенной степенью расширения сопла, т.е. с новым соплом диаметром 2,5 м. Этот пример убедительно показывает, что при выборе размерности двигателя первой ступени 300...600 тс, создание и доводка его перешла бы на конец 60-х - начало 70-х годов.

Таким образом, в 1961 г. у С.П. Королева при выборе размерности двигателя, альтернативы 150-тоннику, к сожалению, не было. Впрочем, исследования нашего ОКБ показали, что размерность 150...200 тс является оптимальной в весовом отношении. Интересен такой факт: в те же годы в КБ В.П. Глушко были созданы двигатели для ракеты УР-500 на азотном тетраоксиде и НДМГ той же размерности - 150 тс и... по той же закрытой схеме!

Сама многодвигательная установка блока первой ступени с двигателями 150 тс нас не пугала. У нее были даже некоторые преимущества по сравнению с двигателями тягой 300 и 600 тс. При 30 двигателях первой ступени допускался отказ двух двигателей с немедленным выключением их и диаметрально противоположных для парирования отклонения вектора суммарной тяги (т.е. выключение четырех двигателей из 30), и в этом случае комплекс Н1 выполнял намеченную программу полета. При 600-тонном двигателе отключение одного двигателя по какой-либо причине создавало огромные, почти неустранимые сложности для компенсации.

Единственным требованием, которое, кроме надежности, предъявляла многодвигательная силовая установка к двигателю 11Д51, была повышенная точность настройки двигателей. Это было необходимо, чтобы избежать большого отклонения суммарного вектора тяги многодвигательной установки.

В одном Я. Голованов в своей книге точно прав: наше ОКБ, развивая работу над двигателями Р-9, увеличив давление в камере сгорания со 100 до 150 кг/см2 и тягу от 40 до 150 тс при сохранении замкнутой схемы с дожиганием генераторного газа, оказалось способным сделать двигатели для комплекса Н1. После ряда неудачных испытаний комплекса Н1 в 1969 г. было решено переделать двигатели 11Д51, 11Д52 в многоразовые. Новые двигатели, которые получили наименование 11Д111 (НК-33) и 11Д112 (НК-43), известны теперь всему миру. Их надежность и перспективность (в своем классе) пришлись по душе как отечественным (РН "Аврора", РН "Полет"), так и зарубежным ракетостроителям (РН "Кистлер-1").

[НИИзнайка]

http://engine.aviaport.ru/issues/13/page04.html

При 600-тонном двигателе отключение одного двигателя по какой-либо причине создавало огромные, почти неустранимые сложности для компенсации.

.... в 1969 г. было решено переделать двигатели 11Д51, 11Д52 в многоразовые. Новые двигатели, которые получили наименование 11Д111 (НК-33) и 11Д112 (НК-43), известны теперь всему миру.

Вопросы ленивого на поиск   :

1. А вроде у Сатурна 5 была возможность компенсации и даже сработало в 1968?

2. Что собственно переделали в двигателях для "многоразовости"?

[Дмитрий В.]

Вопросы ленивого на поиск   :

1. А вроде у Сатурна 5 была возможность компенсации и даже сработало в 1968?

2. Что собственно переделали в двигателях для "многоразовости"?

1. Только при отказе 1 ЖРД на 2-й ступени. Отказ одного Ф-1 мог быть компенсирован только при условии, если он случался ближе к концу АУТ 1-й ступени.

[RadioactiveRainbow]

Почему Н-1 выключила двигатели над СК?
Почему в ней, имеющей запас живучести, не предумотрели увод ракеты от СК?
Если предусмотрели - почему не сработало?

[zyxman]

Почему Н-1 выключила двигатели над СК?
Почему в ней, имеющей запас живучести, не предумотрели увод ракеты от СК?

У Чертока все написано.
Хотя конечно ХЗ насколько правда, но вроде при том самом запуске еще не успели реализовать увод, а на следующем запуске увод уже был.

Вообще снова повторюсь, что Н-1 была слишком революционной - нужно было сначала реализовать примененные новые решения (КОРД, питание переменкой от генератора) на ракете поменьше, ну и плюс стОило дождаться многоразовых движков.

[Salo]

На ракете поменьше в них не было никакой нужды.

[Shestoper]

Вообще снова повторюсь, что Н-1 была слишком революционной - нужно было сначала реализовать примененные новые решения (КОРД, питание переменкой от генератора) на ракете поменьше, ну и плюс стОило дождаться многоразовых движков.

Нужно было делать четырехкамерные 600-тонники. Не было бы проблем с размером камеры. 8 таких четырехкамерников прекрасно компоновались бы на первой ступени Н-1.
Если бы были проблемы с мощноcтью ТНА при закрытой схеме и 150 атм. в камере (на РД-170 такие проблемы были, хотя там давление выше) - делать двигатель открытой схемы, хотя бы под давление порядка 60-80 атмосфер, пожертвовав УИ ради снижения потребной мощности ТНА.
Такой движок сделать можно было относительно быстро.

[Salo]

Почему же в таком случае четырёхкамерный РД-111 с вчетверо меньшей тягой делали так долго? :roll:

[Дмитрий В.]

Нужно было делать четырехкамерные 600-тонники. Не было бы проблем с размером камеры. 8 таких четырехкамерников прекрасно компоновались бы на первой ступени Н-1.
Если бы были проблемы с мощноcтью ТНА при закрытой схеме и 150 атм. в камере (на РД-170 такие проблемы были, хотя там давление выше) - делать двигатель открытой схемы, хотя бы под давление порядка 60-80 атмосфер, пожертвовав УИ ради снижения потребной мощности ТНА.
Такой движок сделать можно было относительно быстро.

С трудом представляю компоновку 7-8 четырехкамерных ЖРД на моноблоке.

[us2-star]

а что с компоновкой?
если 7 то 6 "могендовидом" а 7-й в центре, конечно некошерно повернут будет, как ни крути, лучевая симметрия страдает..
а если 8 то еще проще 4 в центре кваратом, боковые по сторонам на 45 повернуты (или не повернуты) дело собственно вкуса..
но вообще-то - это- извращение..  :roll:

[Дмитрий В.]

8 неплохо компонуюся.. )

Ну, нарисуйте хвостовой отсек блока А от Н-1 и посмотрим, что получится. Единственный приемлемый вариант - "развертывание" четырех камер по дуге окружности и размещение камер точно также, как двигателей НК-15/33.
В любом случае 4-хкамерник создавал проблемы с управляемостью и устойчивостью при отказе одного двигателя.

[us2-star]

вот видите,
я в творческом процессе..  :oops:
нарисовать то-я что хотите нарисую..
только зачем рисовать хвостовую часть несуществующей ракеты под несуществовавшие двигатели?
P.S. под компоновку Н-1  с сферическими баками многокамерники не подходят концептуально..
"лишние" 6 двигателей в центре были паллиативом, противоречащим логике и красоте Н-1.. :oops:

[zyxman]

На ракете поменьше в них не было никакой нужды.

По-хорошему в таких случаях делают уменьшенные прототипы.
Собственно Н-11 уже была-бы неплохим прототипом.

[Shestoper]

Единственный приемлемый вариант - "развертывание" четырех камер по дуге окружности и размещение камер точно также, как двигателей НК-15/33.

Два силовых кольца в хвостовом отсеке (примерно как и было реализовано на Н-1 - одно под 24, другое под 6 двигателей), но только более близкого диаметра. 8 двигателей по кругу, по 2 камеры каждого передают усилие на внешнее и внутренее кольца каркаса.

[Shestoper]

"лишние" 6 двигателей в центре были паллиативом, противоречащим логике и красоте Н-1.. :oops:

Но уменьшающим донное сопротивление.  

[Pioneer]

обьясните тогда, если несложно, почему движки с апаратурой неотстреливают и непытаются спасти отдельно от блока ступени. даже одноразовые картриджи на принтерах стремятся перезаправить. это ведь небольшой и компакный блок. бак посадить без повреждений да еще с остатками топлива невозможно, а движек вполне.

это больше повлияет на стоимость вывода чем снижение давления в камере сгорания. и спор о том, сколько движков должно быть на ступени, если вы все равно хотите их все разбить.

[Дмитрий В.]

вот видите,
я в творческом процессе..  :oops:
нарисовать то-я что хотите нарисую..
только зачем рисовать хвостовую часть несуществующей ракеты под несуществовавшие двигатели?
P.S. под компоновку Н-1  с сферическими баками многокамерники не подходят концептуально..
"лишние" 6 двигателей в центре были паллиативом, противоречащим логике и красоте Н-1.. :oops:

6 дополнительных двигателей давали (теоретически) возможность выполнения миссии в однопуск в заданные сроки. Для размещения 24-30 камер даже 4-хкамерных ЖРД пришлось бы по любому раздувать "корму" моноблока (полиблочные компоновки были отвергнуты после проработок 1956-59 гг). Значит, только сферические баки (цилиндрические получались слишком тяжелыми и их трудно было варить).