Ракета-носитель на вытеснительной подаче, почему бы нет?

[Комодский Варан]

Leonar пишет:
а как с этим?
 
ВА-2 который
 

У движка этой ракеты тяга была 367 тонн. Он самый мощный ЖРД на вытесниловке.

Трёхступенчатая ракета, на которой он стоял была огромна: 72 метра в длину, 6.2 метра в диаметре. Масса - 970 тонн, ПН на НОО-17 тонн, мю ПН = 1.75%.

Но вот слетать ей ни разу не дали :cry:

[Leonar]

[avmich]

Дмитрий В. пишет:
Небольшое замечание: понятия "средний теоретический И", "среднетраекторный УИ" и т.п. в баллистике отсутствуют. Если Вы для оценок используете формулу Циолковского, то в неё надо подставлять исключительно пустотный УИ. Надеюсь, пояснять, почему, не требуется?

Можно пояснить, 1) почему этих понятий нет и 2) почему надо подставлять исключительно пустотный УИ?

[pkl]

Комодский Варан пишет:

Leonar пишет:
а как с этим?
 
ВА-2 который
 

У движка этой ракеты тяга была 367 тонн. Он самый мощный ЖРД на вытесниловке.

Трёхступенчатая ракета, на которой он стоял была огромна: 72 метра в длину, 6.2 метра в диаметре. Масса - 970 тонн, ПН на НОО-17 тонн, мю ПН = 1.75%.

Но вот слетать ей ни разу не дали  :cry:

Да, жаль. Интересная была ракета.
 http://www.astronautix.com/lvs/bealba2.htm
Про неё и в НК писали:
 http://epizodsspace.airbase.ru/bibl/nk/1999/2/1999-2c.html

[Юрий Морозов]

avmich пишет:

Дмитрий В. пишет:
Небольшое замечание: понятия "средний теоретический И", "среднетраекторный УИ" и т.п. в баллистике отсутствуют. Если Вы для оценок используете формулу Циолковского, то в неё надо подставлять исключительно пустотный УИ. Надеюсь, пояснять, почему, не требуется?

Можно пояснить, 1) почему этих понятий нет и 2) почему надо подставлять исключительно пустотный УИ?

Это традиция. Традиционно принятая методика расчета. Вы можете конечно выдумать свою собственную(возможно даже более точную), дать свои персональные названия переменным и коифициентам, и объявить эту методику под своей фамилией. Но это считается мовитоном, неприличным и позорным. Есть упрощенная методика расчетов. в 50-60 годах калькуляторов не было и компьютеры были довольно труднодоступны. Использовали книжки с таблицами и логарифмические линейки. Для упрощенных расчетеов применяется пустотный импульс. А снижение ХС на этапе старта из-за атмосферного давления считается как потери, обычно суммарные потери принимаются как 2000-2400 м/с. И все. Причем получается быстро и довольно точно.
Разумеется с современными ПК можно сделать программу пошагового расчета. Но как оказалось, это не очень удобно. 

[Комодский Варан]

Дмитрий В., как думаете, будет ли работать ЖРД на паре высококонцентрированная перекись водорода/керосин без разложения перекиси перед камерой сгорания? Т.е. просто подавать её, типа ЖК. Давление в КС, допустим 100 атмосфер. Или там тогда нестабильное горение будет?
Очень привлекательна идея однокомпонентного ТНА на перекиси, используемой ещё и в качестве окислителя.

[Дмитрий В.]

Комодский Варан пишет:
Дмитрий В. , как думаете, будет ли работать ЖРД на паре высококонцентрированная перекись водорода/керосин без разложения перекиси перед камерой сгорания? Т.е. просто подавать её, типа ЖК. Давление в КС, допустим 100 атмосфер. Или там тогда нестабильное горение будет?
Очень привлекательна идея однокомпонентного ТНА на перекиси, используемой ещё и в качестве окислителя.

Это надо к химикам. Думаю, работать будет (поскольку термическое разложение в камере будет иметь место), но на мой взгляд, хуже.

[Дмитрий В.]

Юрий Морозов пишет:

avmich пишет:

Дмитрий В. пишет:
Небольшое замечание: понятия "средний теоретический И", "среднетраекторный УИ" и т.п. в баллистике отсутствуют. Если Вы для оценок используете формулу Циолковского, то в неё надо подставлять исключительно пустотный УИ. Надеюсь, пояснять, почему, не требуется?

Можно пояснить, 1) почему этих понятий нет и 2) почему надо подставлять исключительно пустотный УИ?

Это традиция. Традиционно принятая методика расчета. Вы можете конечно выдумать свою собственную(возможно даже более точную), дать свои персональные названия переменным и коифициентам, и объявить эту методику под своей фамилией. Но это считается мовитоном, неприличным и позорным. Есть упрощенная методика расчетов. в 50-60 годах калькуляторов не было и компьютеры были довольно труднодоступны. Использовали книжки с таблицами и логарифмические линейки. Для упрощенных расчетеов применяется пустотный импульс. А снижение ХС на этапе старта из-за атмосферного давления считается как потери, обычно суммарные потери принимаются как 2000-2400 м/с. И все. Причем получается быстро и довольно точно.
Разумеется с современными ПК можно сделать программу пошагового расчета. Но как оказалось, это не очень удобно.

Это не традиция - это научная строгость.
1)Понятий "средний теоретический УИ", "среднетраекторный УИ" нет, потому что их не используют в расчетах за ненадобностью. При баллистических расчетах используют  тягу и секундный расход. При проектировочных расчетах используются значения УИ у земли и в вакууме, все промежуточные значения тяги, УИ получаются по известным зависимостям этих величин от атмосферного давления.
2) В ФЦ используется значение пустотного УИ по определению, т.к. конечная скорость (располагаемая характеристическая скорость) в ФЦ рассчитывается для прямолинейного движения ракеты в ПУСТОТЕ под действием исключительно силы тяги. При упрощенных расчетах проектных параметров ракет ФЦ может быть использована с заменой в левой части ХС расп на ХС потр. В потребной ХС учитываются все виды потерь (в т.ч. и на статическое противодавление, которое является причиной снижения УИ). И если в ФЦ при этом использовать для 1-й ступени некий "среднетраекторный УИ", то получится методическая ошибка - ведь уменьшение УИ при движении в атмосфере УЖЕ УЧТЕНО В ЛЕВОЙ ЧАСТИ уравнения.

[Kap]

Интересно что "чугуниевая" ракета с вытесниловкой должна хорошо переживать прохождение атмосферы и посадку на воду (если не на сушу) с парашютом.

[Комодский Варан]

Kap пишет:
Интересно что "чугуниевая" ракета с вытесниловкой должна хорошо переживать прохождение атмосферы и посадку на воду (если не на сушу) с парашютом.

А РДТТ ещё лучше переживёт     На скорости 23 м/с прямо в воду - и ему ничего.



А так да, первую ступень можно без проблем на парашютах на землю сажать. Возможно, даже и вторую - если не сгорит.

[avmich]

Дмитрий В. пишет:

Юрий Морозов пишет:

avmich пишет:

Дмитрий В. пишет:
Небольшое замечание: понятия "средний теоретический И", "среднетраекторный УИ" и т.п. в баллистике отсутствуют. Если Вы для оценок используете формулу Циолковского, то в неё надо подставлять исключительно пустотный УИ. Надеюсь, пояснять, почему, не требуется?

Можно пояснить, 1) почему этих понятий нет и 2) почему надо подставлять исключительно пустотный УИ?

Это традиция. Традиционно принятая методика расчета. Вы можете конечно выдумать свою собственную(возможно даже более точную), дать свои персональные названия переменным и коифициентам, и объявить эту методику под своей фамилией. Но это считается мовитоном, неприличным и позорным. Есть упрощенная методика расчетов. в 50-60 годах калькуляторов не было и компьютеры были довольно труднодоступны. Использовали книжки с таблицами и логарифмические линейки. Для упрощенных расчетеов применяется пустотный импульс. А снижение ХС на этапе старта из-за атмосферного давления считается как потери, обычно суммарные потери принимаются как 2000-2400 м/с. И все. Причем получается быстро и довольно точно.
Разумеется с современными ПК можно сделать программу пошагового расчета. Но как оказалось, это не очень удобно.

Это не традиция - это научная строгость.
1)Понятий "средний теоретический УИ", "среднетраекторный УИ" нет, потому что их не используют в расчетах за ненадобностью. При баллистических расчетах используют тягу и секундный расход. При проектировочных расчетах используются значения УИ у земли и в вакууме, все промежуточные значения тяги, УИ получаются по известным зависимостям этих величин от атмосферного давления.
2) В ФЦ используется значение пустотного УИ по определению, т.к. конечная скорость (располагаемая характеристическая скорость) в ФЦ рассчитывается для прямолинейного движения ракеты в ПУСТОТЕ под действием исключительно силы тяги. При упрощенных расчетах проектных параметров ракет ФЦ может быть использована с заменой в левой части ХС расп на ХС потр. В потребной ХС учитываются все виды потерь (в т.ч. и на статическое противодавление, которое является причиной снижения УИ). И если в ФЦ при этом использовать для 1-й ступени некий "среднетраекторный УИ", то получится методическая ошибка - ведь уменьшение УИ при движении в атмосфере УЖЕ УЧТЕНО В ЛЕВОЙ ЧАСТИ уравнения.

Как-то неубедительно. В расчётах - особенно прикидочных - вполне может быть удобно использовать вариации УИ. Аналогично, ФЦ используется не только для конечной скорости, но и для ХС, которую можно переводить в конечную, корректируя на потери.

Похоже, на этот счёт существуют различные школы, и что выглядит странным в одной, является обычным в другой.

[Дмитрий В.]

avmich пишет: 
Как-то неубедительно. В расчётах - особенно прикидочных - вполне может быть удобно использовать вариации УИ. Аналогично, ФЦ используется не только для конечной скорости, но и для ХС, которую можно переводить в конечную, корректируя на потери.

Похоже, на этот счёт существуют различные школы, и что выглядит странным в одной, является обычным в другой.

Более того, ФЦ используется только для расчета располагаемой ХС (которая тождественно равна конечной скорости РН при прямолинейном движении в пустоте только под действием силы тяги). О методической ошибке использования неких "осредненных значений УИ" при проектных расчетах я развевал яснее некуда. Кстати, любопытно, откуда взялись эти "среднетраекторные и т.п. УИ"? Ни в одном нормальном учебнике не встречал.

[pkl]

Комодский Варан пишет: 

pkl пишет: 

Штуцер пишет: 
Так вы, спецы другого поколения.
Родите чего нибудь. Свое.

Рожаю: одноразовая РН с вытеснительной подачей; топливо: перекись+керосин; баки алюминиевые, армированные углепластиком; вытеснение сжатым азотом.

Во! Правильно мыслите! Я тоже давно к этой паре присматриваюсь. Сейчас даже ракетку посчитаю.


Давление в КС для обоих ступеней = 9 атмосфер (как у 2 ступени флакона-1, она тоже на вытесниловке)

Массовое совершенство 2-й ступени флакона = 10.4, но плотность у нашей топливной пары (перекись+керосин) на 30% выше, чем у ЖК/керосин. Кроме того, наша пара некриогенна, что позволяет делать межбаковые перегородки, да и всю ступень без теплоизоляции. Также, наша ступень намного больше по размерам, тут правило квадрата-куба действует. 

Поэтому массовое совершенство этих ступеней будет = 12, это даже с запасом.

Считаем движки 98% перекись + керосин:

2-я ступень, степень расширения = 60, УИ в вакууме = 310 сек. (О/Г = 7.2/1)

А вот с первой ступенью не всё так просто. Тяга в вакууме будет составлять 180% от тяги на уровне моря. Это особенность низкого давления в КС. Поэтому придётся сильно дросселировать ЖРД.

1-я ступень, степень расширения = 9, УИ = 137-277 сек (ур. моря-вакуум). УИ у земли хоть и маленький, но он очень быстро растёт, и на высоте 5 км уже составляем 182 сек, 10 км - 228 сек (О/Г = 6.3/1)
Кстати, большая тяговооружённость позволит компенсировать часть грав. потерь во время работы 1-й ступени.
ПН на НОО пускай будет 25 тонн, чтоб точно уделать флакон. Считаем:

2-я ступень: 
Масса пустой = 18 тонн, заправленной = 216 тонн + ПН (25 тонн) = 241 тонна.
dV 2 ступени = 5239 м/с.

1-я ступень:
Масса пустой = 117 тонн, заправленной = 1404 тонны + 2-я ступень с ПН = 1645 тонн.
dV 1 ступени = 3963 м/с.

Итого dV = 9202 м/с. Мю ПН = 1.52%.

А теперь ставим на эту РН 3-ю ступень на той-же топливной паре для отправки грузов на ГПО, схема с довыведением.

3-я ступень:
Масса пустой = 4.85 тонны, заправленной = 58.2 тонны.

Трёхступенчатая РН позволит отправлять на ГПО до 10 тонн груза (Флакон может лишь 8300 кг, причём в одноразовом варианте)

Если же использовать трёхступенчатый вариант для доставки грузов на НОО, то ПН на НОО увеличится с 25 тонн до 37 тонн!!! А мю ПН = 2.16%

 http://novosti-kosmonavtiki.ru/forum/messages/forum13/topic15423/message1530674/#message1530674

[Комодский Варан]

pkl пишет:

Комодский Варан пишет:

pkl пишет:

Штуцер пишет:
Так вы, спецы другого поколения.
Родите чего нибудь. Свое.

Рожаю: одноразовая РН с вытеснительной подачей; топливо: перекись+керосин; баки алюминиевые, армированные углепластиком; вытеснение сжатым азотом.

Во! Правильно мыслите! Я тоже давно к этой паре присматриваюсь. Сейчас даже ракетку посчитаю.


Давление в КС для обоих ступеней = 9 атмосфер (как у 2 ступени флакона-1, она тоже на вытесниловке)

Массовое совершенство 2-й ступени флакона = 10.4, но плотность у нашей топливной пары (перекись+керосин) на 30% выше, чем у ЖК/керосин. Кроме того, наша пара некриогенна, что позволяет делать межбаковые перегородки, да и всю ступень без теплоизоляции. Также, наша ступень намного больше по размерам, тут правило квадрата-куба действует.

Поэтому массовое совершенство этих ступеней будет = 12, это даже с запасом.

Считаем движки 98% перекись + керосин:

2-я ступень, степень расширения = 60, УИ в вакууме = 310 сек. (О/Г = 7.2/1)

А вот с первой ступенью не всё так просто. Тяга в вакууме будет составлять 180% от тяги на уровне моря. Это особенность низкого давления в КС. Поэтому придётся сильно дросселировать ЖРД.

1-я ступень, степень расширения = 9, УИ = 137-277 сек (ур. моря-вакуум). УИ у земли хоть и маленький, но он очень быстро растёт, и на высоте 5 км уже составляем 182 сек, 10 км - 228 сек (О/Г = 6.3/1)
Кстати, большая тяговооружённость позволит компенсировать часть грав. потерь во время работы 1-й ступени.
ПН на НОО пускай будет 25 тонн, чтоб точно уделать флакон. Считаем:

2-я ступень:
Масса пустой = 18 тонн, заправленной = 216 тонн + ПН (25 тонн) = 241 тонна.
dV 2 ступени = 5239 м/с.

1-я ступень:
Масса пустой = 117 тонн, заправленной = 1404 тонны + 2-я ступень с ПН = 1645 тонн.
dV 1 ступени = 3963 м/с.

Итого dV = 9202 м/с. Мю ПН = 1.52%.

А теперь ставим на эту РН 3-ю ступень на той-же топливной паре для отправки грузов на ГПО, схема с довыведением.

3-я ступень:
Масса пустой = 4.85 тонны, заправленной = 58.2 тонны.

Трёхступенчатая РН позволит отправлять на ГПО до 10 тонн груза (Флакон может лишь 8300 кг, причём в одноразовом варианте)

Если же использовать трёхступенчатый вариант для доставки грузов на НОО, то ПН на НОО увеличится с 25 тонн до 37 тонн!!! А мю ПН = 2.16%

http://novosti-kosmonavtiki.ru/forum/messages/forum13/topic15423/message1530674/#message1530674

Я в композитах не очень "шарю", поэтому посоветовать ничего не могу. А поднять давление в 1-й ступени вполне возможно. Ступень непредельная, небольшое падение массового совершенства из-за более толстых баков.

Если поднять давление в КС до 15 атм., и степень расширения увеличить до 15, то УИ на уровне моря увеличится на 16 сек., а в вакууме на 12 сек.

Лин вообще в одной из своих ракет затевал какой-то пневмонасосный агрегат. Интересно, что это за зверь, и чем он лучше ТНА...

[pkl]

Идея вытеснительной подачи в том и заключается, чтобы отказаться от насоса в любом виде. За счёт этого - заметно удешевить двигатель.

 Мне композиты чем нравятся? С их помощью можно поднять давление до десятков атм. при приемлемой массе баков. Хотя ракета, видимо, всё равно будет 3-ступенчатой.

[Дмитрий В.]

pkl пишет:
Идея вытеснительной подачи в том и заключается, чтобы отказаться от насоса в любом виде. За счёт этого - заметно удешевить двигатель.

 Мне композиты чем нравятся? С их помощью можно поднять давление до десятков атм. при приемлемой массе баков. Хотя ракета, видимо, всё равно будет 3-ступенчатой.

Да вот и хренушки. Масса баков все равно будет в разы выше, чем в "алюминиевых" ракетах с наносной подачей. Выигрыша в стоимости не предвидится.

[Комодский Варан]

Дмитрий В. пишет:

pkl пишет:
Идея вытеснительной подачи в том и заключается, чтобы отказаться от насоса в любом виде. За счёт этого - заметно удешевить двигатель.

 Мне композиты чем нравятся? С их помощью можно поднять давление до десятков атм. при приемлемой массе баков. Хотя ракета, видимо, всё равно будет 3-ступенчатой.

Да вот и хренушки. Масса баков все равно будет в разы выше, чем в "алюминиевых" ракетах с наносной подачей. Выигрыша в стоимости не предвидится.

Выигрыша в стоимости баков, или РН в целом? РН на вытесниловке будет дешевле в любом случае...

[Дмитрий В.]

Комодский Варан пишет:
Выигрыша в стоимости баков, или РН в целом? РН на вытесниловке будет дешевле в любом случае...

В общем случае, нет. Вытеснительная система подачи оправдывается в частных случаях: верхняя ступень малых размеров, ДУ КА, либо совсем небольшие "нанолончеры".

[m-s Gelezniak]

Да можно повыеживаться. Но смысл когда есть готовые решения.

[Комодский Варан]

Третий, и на мой взгляд, наиболее эффективный вариант РН на вытесниловке.

ПН: 10 тонн

3 ступень: Вытесниловка, ЖК+РГ-1
Масса пустой: 3.6 тонны
Масса заправленной: 36 тонн
Итого: 46 тонн
УИ: 317 сек.
deltaV=3800 м/с

2 ступень: Вытесниловка, ЖК+РГ-1
Масса пустой: 16.56 тонны
Масса заправленной: 165.6 тонны
Итого: 211.6 тонны
УИ: 317 сек
deltaV=3800 м/с

1 ступень: РДТТ, Аммиачная селитра + Сорбит + Алюминий.
Масса пустой: 31.74 тонны
Масса заправленной: 269.79 тонны
Итого: 481.39 тонны
УИ: 270 сек
deltaV=1800 м/с 

2-я ступень запускается в вакууме, после сбрасывания 1-й ступени.

УИ на верхних ступенях будет 317 сек, а не 327 сек. 327 сек должно было быть у РН Falcon-1e, но он так и не полетел. А у обычного Falcon'a УИ = 317 сек, давление в КС = 9.17 атм., степень расширения = около 19. В нашем случае ступени на вытесниловке - не предельные т.е. deltaV для ступени с ПН не близка к delt'eV для  ступени без ПН. Поэтому смысла увеличивать степень расширения сопла, добиваясь большего УИ нет, масса двигателя будет расти быстрее. Не вижу смысла использовать перхлорат аммония в 1-й ступени т.к. он в несколько раз дороже аммиачной селитры, хоть и выигрывает 10-15 сек УИ.

В итоге должна получиться примерно такая РН: