Для sci-fi моделинга в 3D. Двигатели и теплозащита перспективных SSTO (single stage to orbit)

[Borya Big]

Всем доброго времени суток!

Осваиваю 3D Max, сооружаю перспективный SSTO. В целом с внешним видом определился - например, по габаритам он будет как японский Kankoh-Maru.
Но возникла серьёзная заминка с устройством створок люков стартовых (они же посадочные) двигателей в донном тепловом щите. Может ли кто-нибудь подсказать (или поделиться ссылками), как это решалось в настоящих проектах подобных аппаратов? 

Знаю, что в 60-х XX в. в Штатах разрабатывали Milennium Express LV-106 (или 107, точно не помню), Phoenix-C, что-то химичили с Джемини. О подобных разработках у нас в СССР не слышал, разве что проект корабля "Заря", но о нём нет почти ничего.

Прошу, не считайте эту тему типа офф-топом. НК - серьёзное издание, и я надеюсь на обстоятельную и профессиональную консультацию.

Буду благодарен за любую помощь.

[Cepёгa]

Да ПТК-НП посмотрите как нарисован. Двигатели в тепловом щите - это что-то новенькое. Не думаю, что это возможно реализовать в реальности. У ПТК-НП и Зари двигатели располагаются на боковой поверхности.
Ну и рисовать гораздо удобнее не в Максе, а в САПРе с последующим экспортом в Макс в виде нурбсовых пов-тей.

[Pretiera]

тепловой "щит" можно разместить в носу или на боковой поверхности МОКК

[Borya Big]

Благодарю за комментарии

У ПТК-НП и Зари двигатели располагаются на боковой поверхности. 

У ПТК-НП - не уверен, у Зари это так, правда есть одно но...И тот и другой НЕ СТАРТУЮТ с Земли самостоятельно.

 
Двигатели в тепловом щите - это что-то новенькое. Не думаю, что это возможно реализовать в реальности.

Люк в теплозащите, насколько помнится, отрабатывался в советском ТКС ещё на "Салютах". Был такой кораблик "Меркурий" (не путать с амеровским Mercury). Правда с людьми на борту он так ни разу не приземлялся. В Штатах подобными вещами занимались в рамках проекта станции MOL - переходный люк в щите корабля Джемини.

[Borya Big]

тепловой "щит" можно разместить в носу или на боковой поверхности МОКК

Была такая мысля, пришлось отказаться. Кораблик уж больно "пузатый" получился: больше 20-ти метров в диаметре, и метров 25-27 в высоту.

Сейчас думаю оставить в покое многострадальный тепловой щит и втиснуть движки в 4 продольных обтекателя. Получится как у Элана Маска в его Dragon V2. В общем, сплошной плагиат  :cry: .

Ремарка. Разумеется всё это сплошное фантазёрство, но хотелось бы сваять что-то очень похожее на реальный агрегат, что-то вроде концепта (сравните ранние рисунки и схемы тех же шаттлов с тем что поимели в итоге - почти ничего общего кроме внешних очертаний). А всяких-разных пепелацев, непонятно как летающих, в соответствующих галереях - полно. Не спорю, многие сделаны с изрядной выдумкой и поражают фантазией авторов. Но увы, ваш покорный слуга таковой обделён (что не есть хорошо) и вынужден ползать по унылой утилитарности. Шутка!

[C-300]

А как там у DC-X? Вот с неё и срисуйте.
Или от отечественного производителя: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%9E%D0%A0%D0%9E%D0%9D%D0%90_(%D1%80%D0%B0%D0%BA%D0%B5%D1%82%D0%B0-%D0%BD%D0%BE%D1%81%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C)

[Cepёгa]

Я конечно не спец в этом деле, но люки в щите - это НННШ. Малейшая деформация на стыках при входе в атмосферу на второй космической - и писец подкрался незаметно    Впрочем вы можете нарисовать что угодно, обыватель схавает http://www.spaceanswers.com/futuretech/this-is-probably-one-of-the-most-ridiculous-spacecraft-thatll-never-fly-in-your-lifetime/

Можно сделать еще что-то типа отодвигающегося щита после горения, но это механизация, а значит потеря в надежности и массе ПН, которая и так мизерная у должна получиться у SSTO на химии. 

Лучше всё же как у Зари рисовать или что-то типа цилиндрических наростов на боковинах, но подальше от щита.

А у "короны", насколько я понимаю щит сбоку распологается.

[Borya Big]

 http://www.spaceanswers.com/futuretech/this-is-probably-one-of-the-most-ridiculous-spacecraft-thatll-never-fly-in-your-lifetime/

Супер! Это он и есть, Kankoh-Maru, то  с чего всё началось, будь он не ладен. Присобачьте к нему огромные боковины а-ля Dragon V2, и получите общее представление о моём уродце .

Что касаемо ЖРД с центральным телом у Короны, он вообще реален, и если да то как он работает?

Вопрос слегка не в тему - как расшифровывается НННШ  ?

[C-300]

Borya Big пишет:
Что касаемо ЖРД с центральным телом у Короны, он вообще реален, и если да то как он работает?

Это ЖРД с соплом внешнего расширения. Да, вполне реален и даже жужжал на стенде. Вроде XLR-2000 назывался или как-то так. Могу в книжках посмотреть - там про такие РД точно было.
Сложность заключается в охлаждении большого центрального тела.

Borya Big пишет:
Вопрос слегка не в тему - как расшифровывается НННШ  ?

Нет, никогда и никаких шансов. Автор - участник форума Старый.

[Дмитрий В.]

Александр Хороших пишет: 
Нет, никогда и никаких шансов. Автор - участник форума Старый.

Точнее: "Нигде, Никогда и Никаких Шансов".

[Apollo13]

Дмитрий В. пишет:

Александр Хороших пишет:
Нет, никогда и никаких шансов. Автор - участник форума Старый.

Точнее: "Нигде, Никогда и Никаких Шансов".

Третий вариант: "Никогда, Ни за что, Никаких Шансов"

[Дмитрий В.]

Как обычно, цитирование классиков в отсутствие самих классиков приводит к искажениям. Скоро начнется деление на партии "правильных стариковцев" и "неправильных"

[Borya Big]

Прикольно. Надо запомнить !

[C-300]

С названием ЖРД я похоже напутал. ЖРД неплохо описан в книжке Тимната "РД на химическом топливе".

[Cepёгa]

А кстати, вот примерно таким макаром можно делать сопла внешнего расширения? Или конус должен обязательно сходиться в бесконечности? К знатокам вопрос.

[C-300]

Cepёгa пишет:
А кстати, вот примерно таким макаром можно делать сопла внешнего расширения?

А где верх и низ у этого пепелаца? Если верх вверху    то сопло нарисовано неправильно и ракета полетит вниз  

Cepёгa пишет:
Или конус должен обязательно сходиться в бесконечности? К знатокам вопрос.

Сходиться не должен. Главное, чтобы сила давления газов на конус порождала тягу в нужном направлении.

П. С. у пепелаца конечно просто огромный мидель Аэродинамические потери будут большими.

[Cepёгa]

Александр Хороших пишет:
А где верх и низ у этого пепелаца? Если верх вверху    то сопло нарисовано неправильно и ракета полетит вниз    
Сходиться не должен. Главное, чтобы сила давления газов на конус порождала тягу в нужном направлении.

Верх - вверху. Я просто понять хочу. То есть, сила будет примерно перпендикулярно профилю сопла действовать?



Тогда выходит, что пораболический конус таки обязательно должен где-то сходиться, если мысленно продолжить профиль, иначе реверс тяги выходит

П. С. у пепелаца конечно просто огромный мидель    Аэродинамические потери будут большими.

А я не знаю какой минимальный угол можно брать. Взял как у пятака - 20 градусов.

[C-300]

Cepёгa пишет:
То есть, сила будет примерно перпендикулярно профилю сопла действовать?

Да, давление действует перпендикулярно образующей сопла. Интеграл давления по площади сопла даст силу.
Ну и не надо забывать, что тяга - это сумма всех сил, действующих на ракетный двигатель за исключением аэродинамического сопротивления (т. е. надо также учесть и силу давления воздуха на данной высоте).

1 - сопло-инжектор дозвуковое;
2 - образующая сверхзвукового сопла.
Красным показана эпюра сил давления.

Cepёгa пишет:
пораболический конус

А почему вы в качестве образующей берёте параболу?

Cepёгa пишет:
Тогда выходит, что пораболический конус таки обязательно должен где-то сходиться, если мысленно продолжить профиль, иначе реверс тяги выходит  

Честно говоря, мысль не уловил
Если посмотреть на ваш чертёж, то ракета полетит вниз.

Cepёгa пишет:
А я не знаю какой минимальный угол можно брать. Взял как у пятака - 20 градусов.

А вы именно расчёт делаете или просто рисуете? Если рисуете, то делайте так, чтоб было красивше.

[Cepёгa]

Александр Хороших пишет:
Да, давление действует перпендикулярно образующей сопла. Интеграл давления по площади сопла даст силу.
Ну и не надо забывать, что тяга - это сумма всех сил, действующих на ракетный двигатель за исключением аэродинамического сопротивления (т. е. надо также учесть и силу давления воздуха на данной высоте).
1 - сопло-инжектор дозвуковое;
2 - образующая сверхзвукового сопла.
Красным показана эпюра сил давления.

Всё ясно, спасибо. Соответственно, с изменением высоты эта эпюра будет динамически меняться? На некоторых картинках этот инжектор рисуют так, как будто он имеет сверхзвуковое сопло (расширяющийся конус).

А почему вы в качестве образующей берёте параболу?

А что надо брать? У вас похоже на гиперболу.

Честно говоря, мысль не уловил  
Если посмотреть на ваш чертёж, то ракета полетит вниз.

Ну эта кривая на вашем чертеже, если её продолжить, должна пересечь ось Х. Тяга соответственно направлена влево, если взять интеграл. А если кривую повернуть градусов на 15 против часовой (чтобы получилось как на моем рисунке) - кривая пересекать ось Х не будет, а тяга будет обратная - вправо. Так ведь?

А вы именно расчёт делаете или просто рисуете? Если рисуете, то делайте так, чтоб было красивше.  

Рисует автор темы похоже, а я пытаюсь понять общие принципы. Газодинамических расчетов никогда не делал и не в курсе в каком софте их надо делать, но подозреваю, что всё уже рассчитано до меня.

[C-300]

Cepёгa пишет:
Соответственно, с изменением высоты эта эпюра будет динамически меняться?

Хороший вопрос Мне надо будет сначала самому с ним разобраться.

Cepёгa пишет:
На некоторых картинках этот инжектор рисуют так, как будто он имеет сверхзвуковое сопло (расширяющийся конус).

Хм. возможно. Я с двигателями внешнего расширения не знаком, мы их не проходили. 

Cepёгa пишет:
А что надо брать? У вас похоже на гиперболу.

А я в Пэйнте на скорую руку рисовал. В реальности там будет либо дуга окружности (скажем, у РД-107 сверхзвуковое сопло так спрофилировано), либо некая сложная кривая, которая описывается с помощью кучи точек в таблице (координаты Х - У). Кривая получается на основе расчётов оптимизации сопла. Оптимизация ведётся по критерию минимизации потерь в сопле.
Основные потери - на непараллельность истечения и трение. Если рассматривать сопла с одинаковой площадью среза (равной степенью расширения), но разной длиной, то с ростом длины сопла поток на срезе будет истекать всё более параллельно продольной оси. При уменьшении длины поток будет стремиться в разные стороны - это уменьшит тягу.
С другой стороны, рост длины сопла приведёт к росту потерь на трение. 
Вот соответственно существует некий оптимальный профиль с оптимальной длиной.

Cepёгa пишет:
Ну эта кривая на вашем чертеже, если её продолжить, должна пересечь ось Х.

Вообще, ось Х на моём чертеже - ось вращения сопла с центральным телом и она же продольная ось ракеты. как-то я это не уточнил сразу. 

Cepёгa пишет:
Тяга соответственно направлена влево, если взять интеграл.

Именно!

Cepёгa пишет:
А если кривую повернуть градусов на 15 против часовой (чтобы получилось как на моем рисунке) - кривая пересекать ось Х не будет, а тяга будет обратная - вправо. Так ведь?

Ох, вот бы схемку ещё

Cepёгa пишет:
Газодинамических расчетов никогда не делал и не в курсе в каком софте их надо делать, но подозреваю, что всё уже рассчитано до меня.  

Если нужно сделать оценку, то вполне сойдёт Маткад. С более серьёзными вещами я пока не сталкивался
Вообще, расчёт в Маткаде даёт очень хорошее совпадение с реальными изделиями...Помнится, в курсовой я получил диаметр среза двигателя РД-253 с точностью то ли 3, то ли 5%.