Гибридные ступени ракет-носителей с прямоточными двигателями

[dmdimon]

не совсем понятно, если стартовая масса с ПВРД меньше на 20 тонн и тяга одинакова, почему динамика практически одинакова? Или я не так читаю графики?

вообще говоря, данных очень много. Нельзя ли сводный результат - скажем, тяга от времени, высота и/или скорость от времени, параметры на момент сброса ПВРД - высота, скорость, масса для обеих вариантов?

Просто в этой простыне действительно трудно разбираться не ее автору. То-есть все написано, конечно, но блин гонять в окне браузера туда-сюда...

Спасибо.

и еще - не вполне понятно с ускорением. Действительно 16 G?
непонятно, почему после 100-й секунды (отстрел ПВРД?) динамика разная - ведь оба варианта идут на ЖРД дальше?
С траекторией непонятно, как график интерпретировать.
Мне непонятно, естественно. Поясните, если можно.

[Старый]

эт че, типа америка?

насколько мне известно, космические и баллистические ракеты последние 70 лет стартовали и стартуют вертикально.

http://space.skyrocket.de/doc_lau/m-5.htm
http://www.b14643.de/Spacerockets_1/Japan/M-V/Gallery/M-V-1.htm
http://www.b14643.de/Spacerockets_1/Japan/M-V/Gallery/M-V-2.htm

[Посторонний]

не совсем понятно, если стартовая масса с ПВРД меньше на 20 тонн и тяга одинакова, почему динамика практически одинакова? Или я не так читаю графики?

Потому что уменьшена масса окислителя на 40 тонн по сравнению с ракетой без ПВРД. Суммарная масса ракеты за счёт этого уменьшилась на 20 тонн, даже с учётом массы ПВРД 20 тонн.
В таблице с расчётными данными Вы можете увидеть массовый расход окислителя и расход горючего для случая ракеты с ПВРД и остаток невыработанных компонентов топлива.

вообще говоря, данных очень много. Нельзя ли сводный результат - скажем, тяга от времени, высота и/или скорость от времени, параметры на момент сброса ПВРД - высота, скорость, масса для обеих вариантов?

Просто в этой простыне действительно трудно разбираться не ее автору. То-есть все написано, конечно, но блин гонять в окне браузера туда-сюда...

Спасибо.

На первой странице приведены исходные данные, ниже показаны графики основных параметров, на большее количество графиков, увы места не хватает, иначе не поместиться на экран. Но можно посмотреть таблицу с расчётными данными на следующей странице. Там же в ячейках можно видеть формулы таблицы. Многие пояснения даны в сообщениях данной темы раньше, можете посмотреть их. Если необходимо пояснить ещё, попробую.

и еще - не вполне понятно с ускорением. Действительно 16 G?
непонятно, почему после 100-й секунды (отстрел ПВРД?) динамика разная - ведь оба варианта идут на ЖРД дальше?
С траекторией непонятно, как график интерпретировать.
Мне непонятно, естественно. Поясните, если можно.

Если ракета относительно лёгкая и мощные двигатели, тогда вполне может быть. Масса ракеты и комоненов топлива и тяга двигателей брались "с потолка". Это было сделано с целью выяснения закономерностей. Хочу ещё раз заметить, что моделирование старта под углом сопровождается возможным накоплением больших ошибок, поэтому большее доверие внушает на данной модели именно вертикальный старт. Даже в этом случае доверие к решению не может быть безграничным, так как используется очень простой метод решения - метод Эйлера, который имее гораздо меньшую точность и большие ошибки, по сравнению с методами Рунге-Кутты более высокого порядка. В ряде случаев решение идёт вразнос, хотя шаг интегрирования уже уменьшен в 10 раз по сравнению с первыми версиями. Но решение позволяет увидеть ряд закономерностей.

[G.K.]

имя, сестра

Японец, Мю-5.

Кстати, про Пегас я и не подумал




А, кстати, а "танцующую" ракету сюда отнести можно?

[Fed]

ребят, в контексте обсуждаемых рассчетов уважаемого постороннего японец все же стартует вертикально, иначе мы дойдем до того, что все ракеты стартуют не вертикально.

тем более, что через десяток секунд угол у любой ракеты уже не 90°

имхо, в контексте обсуждения вертикально все что не воздушный старт (зенитные ракеты вне обсуждения).

[dmdimon]

Спасибо, но есть взаимное непонимание:
1) не почему масса меньше, а почему динамика так моло отличается? Я неправильно читаю графики?
2) почему после ~100 секунды динамика отличается так сильно? ведь ПВРД я так понимаю уже нет и ракеты должны вести себя идентично (с поправкой на разницу в массе, см вопрос 1)?
3) я прошу уменьшить кол-во информации ) Некий финальный итог по ключевым параметрам, аннотированный.

[Посторонний]

Спасибо, но есть взаимное непонимание:
1) не почему масса меньше, а почему динамика так мало отличается? Я неправильно читаю графики?
2) почему после ~100 секунды динамика отличается так сильно? ведь ПВРД я так понимаю уже нет и ракеты должны вести себя идентично (с поправкой на разницу в массе, см вопрос 1)?
3) я прошу уменьшить кол-во информации ) Некий финальный итог по ключевым параметрам, аннотированный.

1) Это только кажется, что мало отличается. Скорость у ракеты с ПВРД всё-таки немного больше. Зато можно сравнить высоты в момент полной выработки топлива в ракете с ПВРД (это произошло на 97-й секунде):
высота ракеты без ПВРД 43356,3 м,
высота ракеты с ПВРД 60846,1 м.
Модули скорости в тот же момент времени:
модуль скорости ракеты без ПВРД 1942,1 м/с,
модуль скорости ракеты с ПВРД 2250,3 м/с.
разница не большая в данном случае.

2) После 96 секунды двигатели ракеты с ПВРД полностью прекращают работу, так как топливо было полностью израсходовано в этот момент времени. Но считаем, что первая ступень не отделяется и все ступени ракет летят вместе после отключения двигателей первой ступени. В данном случае интерес представляет высота, до которой долетит ракета до выключения двигателей первой ступени. Ракета с ПВРД продолжает лететь дальше по инерции и скорость ракеты постепенно уменьшается. Ракета без ПВРД продолжает лететь с ускорением, так как в баках остались компоненты топлива массой 60249 кг и двигатель продолжает работать.

После того, как ПВРД перестают давать тягу, они не отбрасываются от первой ступени, считаем, что они на ней закреплены жёстко.

Разделение ступеней и полёт других ступеней не моделируется, так как для сравнения динамики полёта ракет с ПВРД и без ПВРД найбольший интерес представляет участок с работающими двигателями первой ступени.

3) Можно сделать вывод, что классические ракеты без ПВРД во многих случаях превосходят ракеты с ПВРД. Ракеты с ПВРД дают большее ускорение и большую скорость на начальном участке полёта ракеты-носителя, если тяга двигателя достаточна для этого, но компонеты топлива в ракете с ПВРД вырабатываются быстрее и массу окислителя можно уменьшить. В случае лёгких ракет ПВРД являются балластом, а в случае тяжёлых ракет они дают некоторый выигрыш по скорости и высоте до момента полной выработки топлива, так показало моделирование. Вы тоже можете сравнить, задавая различную массу ступеней и компонентов топлива. Ссылку на последнюю версию таблицы я давал раньше, Вы можете скачать и попробовать.

[dmdimon]

ага, проясняется.
такой вопрос - почему после 96 секунды по инерции? у вас считается разве не пврд+жрд против жрд?

[Старый]

ребят, в контексте обсуждаемых рассчетов уважаемого постороннего японец все же стартует вертикально, иначе мы дойдем до того, что все ракеты стартуют не вертикально.

Нет. Все ракеты стартуют вертикально. А японцы, но только серий Лямбда и Мю - под наклоном.

[G.K.]

ребят, в контексте обсуждаемых рассчетов уважаемого постороннего японец все же стартует вертикально, иначе мы дойдем до того, что все ракеты стартуют не вертикально.

Нет. Все ракеты стартуют вертикально. А японцы, но только серий Лямбда и Мю - под наклоном.

Старый, а ракету БЖРК, которая в момент запуска двигателя находится под углом к поверхности сюда отнести можно?

[Fed]

ребят, в контексте обсуждаемых рассчетов уважаемого постороннего японец все же стартует вертикально, иначе мы дойдем до того, что все ракеты стартуют не вертикально.

Нет. Все ракеты стартуют вертикально. А японцы, но только серий Лямбда и Мю - под наклоном.

фух, а то я уж испугался :-)

давай мы с тобой договоримся, что 90° +/- 15-20° это вертикальный старт, а все что вне этих пределов уже не вертикальный :-)

а японцев лесом пошлем. нехрен выеживатъся :-)

[Fed]

ребят, в контексте обсуждаемых рассчетов уважаемого постороннего японец все же стартует вертикально, иначе мы дойдем до того, что все ракеты стартуют не вертикально.

Нет. Все ракеты стартуют вертикально. А японцы, но только серий Лямбда и Мю - под наклоном.

Старый, а ракету БЖРК, которая в момент запуска двигателя находится под углом к поверхности сюда отнести можно?

так любая ракета находится под углом. хоть пол градуса, но есть.

[Fed]

в своей модели посторонний считал не +/-10°, а совсем другие градусы :-)

[Старый]

давай мы с тобой договоримся, что 90° +/- 15-20° это вертикальный старт, а все что вне этих пределов уже не вертикальный :-)

Не. Японские твердотпливные принципиально стартуют под углом. В этом их принцип действия. Вертикально они не стартуют. Видели: их собирают вертикально а потом наклоняют.

а японцев лесом пошлем. нехрен выеживатъся :-)

Ну если только.

[Старый]

Вот, кстати, насчёт Скаутов у меня ещё сомнения...
 Не, вертикально.

[Fed]

старый не рви мне шаблон, я всю ночь спать не смогу аргументы выдумывая.

[Посторонний]

ага, проясняется.
такой вопрос - почему после 96 секунды по инерции? у вас считается разве не пврд+жрд против жрд?

Потому что на 96 секунде будут израсходованы компоненты топлива в ракете с ПВРД, в ракете без ПВРД компоненты топлива израсходуются позднее. Поэтому после 96 секунды ракета с ПВРД летит по инерции, так как в данной таблице не предусмотрено разделение ступеней и включение двигателей других ступеней. Задача состояла в сравнении динамики полёта ракет с ПВРД и без ПВРД применительно к первой ступени.

На ракете с ПВРД жидкостный ракетный двигатель работает с постоянной тягой начиная с мгновения старта и заканчивая полной выработкой топлива. ПВРД являются вспомогательными двигателями, их тяга зависит от двух параметров - плотности воздуха (зависит от высоты) и скорости движения. ПВРД являются по-сути ускорителями, которые используют доступный ресурс - атмосферный воздух, который содержит атмосферный кислород как окислитель и атмосферный азот как рабочее тело. В нижних слоях атмосферы ракета находится непродолжительное время, ПВРД не смогут давать тягу за пределами плотных слоёв атмосферы и при скоростях полёта больших, чем скорость выбрасывания рабочего тела из сопла ПВРД. Поэтому время работы ПВРД ограничено.

[Посторонний]

в своей модели посторонний считал не +/-10°, а совсем другие градусы :-)

Я имел в виду угловую величину, а не крепкость спиртных напитков.  

[Посторонний]

Вернёмся к старту под прямым углом.

Массы ракет примерно одинаковы.  Угол тангажа ракеты с ПВРД в области найбольшей тяги на высоте 4 км составляет 80 градусов.

Ракета с ПВРД израсходовала компоненты топлива первой ступени на 116-й секунде с характеристиками движения:
высота 89895,1 м
модуль скорости 1822,70 м/с
модуль ускорения 27,08 м/с2
В то же мгновение ракета без ПВРД имеет следующие характеристики движения и остаток компонентов топлива:
высота 64109,58 м
модуль скорости 1533,73 м/с
модуль ускорения 28,68 м/с2
масса оставшихся компонентов топлива 47709,25 кг.

Ракета без ПВРД израсходовала компоненты топлива первой ступени на 136-й секунде с характеристиками движения:
высота 100144,36 м
модуль скорости 2221,11 м/с
модуль ускорения 41,54 м/с2
В то же мгновение ракета с ПВРД, которая летит по инерции, имеет следующие характеристики движения:
высота 123279,07 м
модуль скорости 1643,73 м/с
вертикальное ускорение -9,44 м/с2
Ракета с ПВРД летела по инерции и находится выше на 23 км, чем ракета без ПВРД. Хотя скорость значительно при этом уменьшилась.


Масса ракеты с ПВРД уменьшена за счёт "недоливания" компонентов топлива на 53 тонны. Угол тангажа ракеты с ПВРД в области найбольшей тяги на высоте 4 км составляет 60 градусов.

Ракета с ПВРД израсходовала компоненты топлива первой ступени на 110-й секунде с характеристиками движения:
высота 81726,8 м
модуль скорости 1789,1 м/с
модуль ускорения 26,96 м/с2
В то же мгновение ракета без ПВРД имеет следующие характеристики движения и остаток компонентов топлива:
высота 55752,5 м
модуль скорости 1372,6 м/с
модуль ускорения 25,97 м/с2
масса оставшихся компонентов топлива 61811,96 кг.

Ракета без ПВРД израсходовала компоненты топлива первой ступени на 136-й секунде с характеристиками движения:
высота 100144,36 м
модуль скорости 2221,11 м/с
модуль ускорения 41,54 м/с2
В то же мгновение ракета с ПВРД, которая летит по инерции, имеет следующие характеристики движения:
высота 122326,15 м
модуль скорости 1562,70 м/с
вертикальное ускорение -9,44 м/с2
Ракета с ПВРД летела по инерции и находится выше на 22 км, чем ракета без ПВРД. Хотя скорость значительно при этом уменьшилась.

Масса ракеты с ПВРД уменьшена за счёт "недоливания" компонентов топлива на 53 тонны.  Угол тангажа ракеты с ПВРД в области найбольшей тяги на высоте 4 км составляет 60 градусов.
Обе ракеты имели полезную нагрузку 6 тонн.
Но теперь, с той же самой массой компонентов топлива, увеличим массу полезной нагрузки обеих ракет до 24 тонн. То есть накинем дополнительные 18 тонн.


Ракета с ПВРД израсходовала компоненты топлива первой ступени на 110-й секунде с характеристиками движения:
высота 75431,62 м
модуль скорости 1644,13 м/с
модуль ускорения 23,93 м/с2
В то же мгновение ракета без ПВРД имеет следующие характеристики движения и остаток компонентов топлива:
высота 50499,22 м
модуль скорости 1236,01 м/с
модуль ускорения 23,04 м/с2
масса оставшихся компонентов топлива 61811,96 кг.

Ракета без ПВРД израсходовала компоненты топлива первой ступени на 136-й секунде с характеристиками движения:
высота 90225,57 м
модуль скорости 1979,08 м/с
модуль ускорения 35,82 м/с2
В то же мгновение ракета с ПВРД, которая летит по инерции, имеет следующие характеристики движения:
высота 112284,01 м
модуль скорости 1418,23 м/с
вертикальное ускорение -9,47 м/с2
Ракета с ПВРД летела по инерции и находится выше на 22 км, чем ракета без ПВРД. Хотя скорость значительно при этом уменьшилась.

Ракета без ПВРД в момент полной выработки компонентов топлива всегда будет иметь большую скорость и большую высоту, чем ракета с ПВРД в момент полной выработки компонентов топлива.
Тем не менее, обратите внимание: даже после "недоливания" компонентов топлива, ракета с ПВРД, двигаясь по инерции после выработки компонентов топлива, будет находится над ракетой без ПВРД на 22 км выше в тот момент времени, когда полностью израсходовались компоненты топлива в ракете без ПВРД.
Без моделирования поведения отделившейся второй ступени, представления о динамике ракет с ПВРД будут не полными. Но уже понятно, что одноступенчатую систему с помощью ПВРД осуществить, увы, не получится.

[G.K.]

так любая ракета находится под углом. хоть пол градуса, но есть.

Там было прилично. Надо было наклонить, что бы не разнесло ж/д и вагоны.