Водородная "Ангара"

[mihalchuk]

Гость:

Что касается "картинки".
Два блока с общей тягой в вакууме 800 тонн на что передают усилие?
Кстати, какое будет ускорение в момент предшествующий разделению ступеней? Около 5 единиц?
Тогда центр будет "весить" около 500 тонн.

С такой ситуацией столкнулся и я, когда рассматривал "Ангару" на керосине с переливом. Действительно, ЦБ оказывается в подвешенном состоянии, усилия боковушек передаются на переходник. Но такая ситуация благоприятна - баки ЦБ разгружаются, их можно облегчить. Конечно, вырастет масса переходника, 100-килограммовыми кронштейнами тут не отделаешься. Но дополнительную обвязку можно сбросить вслед за ускорителями.

Конецно, в этом деле много тонкостей, но в целом, похоже, все так.

[STEP]

1) Раз вы баллистик, так выложите траекторию вашей ракеты. Непонятно каким образом вы массовую долю ПН раза в два больше, чем у существующих ракет и ещё удивляетесь, что это вызывает сомнения.
 По поводу массы блока А -
 Stage Number: 0. 4 x Energia Strapon Gross Mass: 355,000 kg. Empty Mass: 35,000 kg. Thrust (vac): 806,200 kgf. Isp: 337 sec. Burn time: 145 sec. Isp(sl): 309 sec. Diameter: 3.90 m. Span: 4.20 m. Length: 37.70 m. Propellants: Lox/Kerosene No Engines: 1. RD-170 Status: Out of Production. Comments: Essentially identical to Zenit stage 1.
 http://www.astronautix.com/lvs/energia.htm
 10% масса одной боковушки.

 Ваши авторитарные аргументы я вообще не рассматриваю как и программу ratman'а.

 Итак, вы передаёте тягу около 400 тонн через две детали массой 100 кг? Передаёте на кислородный бак центрального блока, причём как-то сверху.
 И как закреплён тот кронштейн на баке?

 Почему ЦБ легче, я не знаю, в данном случае. Никакого такого "свойства" пакетной схемы нет.

1 -по поводу блоков А пользуйтесь более достоверной информацией, а не домыслами Вейда - например очень точная информация содержится в книге Б.И.Губанова. Так вот, конечная масса блока А, а именно эта масса рассматривается при расчете конструктивного совершенства, составляет 65,6 т, в том числе конструкция 59,1 т
2- насчет программы ратмана, как Вам угодно, конечно, но она дает вполне адекватные результаты. Траекторию я для Вас выкладывать не собираюсь - некуда, тем более результаты траекторных расчетов я уже в теме сообщал. Если Вас интересует траектория - пожалуйста, обращайтесь по мылу. С удовольствием вышлю, если 5 мб Вас не напрягают.
3-кронштейны крепятся не к баку (хотя опыт Р-7 показывает, что можно и к баку), а к сухому отсеку - переходнику, а именно к  силовым шпангоутам и лонжеронам. Если Вы имеете представление о силовых схемах и прочности РН, то поймете, о чем я говорю.
4-на РН пакетной схемы ЦБ, как правило относительно легче, чем ББ по следующим причинам: влияние масштабного фактора из-за большего объема, разгрузка ЦБ от сжимающих усилий при передаче осевых нагрузок в верхнем поясе связи

Не забудьте, что на боковых блоках стоит по два двигателя, вместо одного на ЦБ. А это тоже заметный вес.

[X]

1 -по поводу блоков А пользуйтесь более достоверной информацией, а не домыслами Вейда - например очень точная информация содержится в книге Б.И.Губанова. Так вот, конечная масса блока А, а именно эта масса рассматривается при расчете конструктивного совершенства, составляет 65,6 т, в том числе конструкция 59,1 т
2- насчет программы ратмана, как Вам угодно, конечно, но она дает вполне адекватные результаты. Траекторию я для Вас выкладывать не собираюсь - некуда, тем более результаты траекторных расчетов я уже в теме сообщал. Если Вас интересует траектория - пожалуйста, обращайтесь по мылу. С удовольствием вышлю, если 5 мб Вас не напрягают.
3-кронштейны крепятся не к баку (хотя опыт Р-7 показывает, что можно и к баку), а к сухому отсеку - переходнику, а именно к  силовым шпангоутам и лонжеронам. Если Вы имеете представление о силовых схемах и прочности РН, то поймете, о чем я говорю.
4-на РН пакетной схемы ЦБ, как правило относительно легче, чем ББ по следующим причинам: влияние масштабного фактора из-за большего объема, разгрузка ЦБ от сжимающих усилий при передаче осевых нагрузок в верхнем поясе связи

 1) Эти данные у Губанова даны для многоразового блока А.

 2) А что вам мешает выложить небольшую табличку - дальность, скорость, высота? Можно с достаточно большим шагом - секунд 5-10.
 У вас там довольно большой обтекатель ПН есть, интересно, не снесёт ли его скоростным напором.

 3) Я понимаю, что вы говорите - центр, который больше и переходник имеют массу меньше, чем боковушка. Я понимаю, что "так хочется".

 4) Ну, допустим, здесь масштабный фактор особой роли не играет. Центр-то может и разгружен от сжимающих усилий, но центр наполовину залит топливом в момент максимальной перегрузки.

[X]

С такой ситуацией столкнулся и я, когда рассматривал "Ангару" на керосине с переливом. Действительно, ЦБ оказывается в подвешенном состоянии, усилия боковушек передаются на переходник. Но такая ситуация благоприятна - баки ЦБ разгружаются, их можно облегчить. Конечно, вырастет масса переходника, 100-килограммовыми кронштейнами тут не отделаешься. Но дополнительную обвязку можно сбросить вслед за ускорителями.

Конецно, в этом деле много тонкостей, но в целом, похоже, все так.

 А я и не спорю, что тянуть центр выгоднее, чем толкать снизу.
 Но перегрузка в конце работы боковушек будет 4-5. Кислородный бак метров 10, если в нём половина кислорода к этому моменту, это дополнительное давление в 2-2,5 атмосферы на нижнюю часть бака.

[X]

По поводу относительной стоимости водородных и керосиновых РН здесь уже много чего говорилось. Скажу лишь, что вывод об однозначной дешевизне керосиновых РН по сравнению с водородными - типичное заблуждение дилетантов. Люди более знакомые с проектированием ракет таких однозначных выводов не делают. Скорее можно сделать вывод, что водородные РН КАК ПРАВИЛО ДОРОЖе, но бывают ситуации, когда они могут быть и дешевле. В рассматриваемом примере для Водородной Ангары не нужно было роазрабатывать двигатели - они были давно созданы, а в Ангаре-5 используется 6 ЖРД 2-х типов, разработанных с нуля.

 Водородный вариант будет примерно в два раза больше по объёму.
 Как-то кажется, что сделать ракету в два раза больше будет несколько дороже.

[Дмитрий В.]

1) Эти данные у Губанова даны для многоразового блока А.

 2) А что вам мешает выложить небольшую табличку - дальность, скорость, высота? Можно с достаточно большим шагом - секунд 5-10.
 У вас там довольно большой обтекатель ПН есть, интересно, не снесёт ли его скоростным напором.

 3) Я понимаю, что вы говорите - центр, который больше и переходник имеют массу меньше, чем боковушка. Я понимаю, что "так хочется".

 4) Ну, допустим, здесь масштабный фактор особой роли не играет. Центр-то может и разгружен от сжимающих усилий, но центр наполовину залит топливом в момент максимальной перегрузки.

1 - да, для многоразового, а для одноразового (вариант Энергия-М) 51 тонна - конечная масса, из них тонн 46-47 - конструкция - смотрите у Лукашевича про Энергию-М
2- мешает то, что Водородная ангара - это развлечение, а мне надо работу работать, так что если хотите, могу по запросу расчеты сбросить по мылу, в раровском виде на 1м тянут. Ну, а на нет и суда нет.
3- факты важнее домыслов. В подавляющем большинстве РН пакетной схемы ЦБ существенно легче ББ, по крайней мере относительно. Р-7, 11к25, Шаттл, Ариан-5 и куча проектов типа Вулкана, Грозы, Энергии-М.
4- и чем Вас пугает такая ситуация? Да гидростатика дает некоторый прирост внутреннего давления-это не критично, в том чичле и по массе конструкции.

[Дмитрий В.]

Водородный вариант будет примерно в два раза больше по объёму.
 Как-то кажется, что сделать ракету в два раза больше будет несколько дороже.

Да, скорее всего, стоимость производства будет несколько выше, чем у Ангары-5, хотя и не думаю, что сильно. Однако для современной ситуации относительно редких запусков, на первое место в стоимости пуска могут выйти затраты на разработку, а они примерно на 40% определяются стоимостью разработки ЖРД. У Водородной Ангары - ЖРД давно разработаны, а для Ангары-5 их пришлось разрабатывать практически с 0 (надеюсь, Вы понимаете, что в основная сложность в ЖРД - это ТНА, а отнюдь не камера?)

[Дмитрий В.]

Ах, да, совсем забыл! Ведь для Водородной Ангары можно использовать готовую протоновскую оснастку и оба ее блока одного диаметра. Тогда как для Ангары-5 надо заново делать/восстанавливать оснастку на диаметр 2,9 м. Да еще и УРМ-2 другого диаметра... Так что не знаю, может Водородная Ангара и подешевле выйдет.

[Новичок]

Ах, да, совсем забыл! Ведь для Водородной Ангары можно использовать готовую протоновскую оснастку и оба ее блока одного диаметра. Тогда как для Ангары-5 надо заново делать/восстанавливать оснастку на диаметр 2,9 м. Да еще и УРМ-2 другого диаметра... Так что не знаю, может Водородная Ангара и подешевле выйдет.

Коли речь пошла о размерах, то можно полюбопытствовать, как предполагается выполнить двигательный отсек на ББ и на сколько планируется выносить сопло за диаметр 4,1м?

[X]

1 - да, для многоразового, а для одноразового (вариант Энергия-М) 51 тонна - конечная масса, из них тонн 46-47 - конструкция - смотрите у Лукашевича про Энергию-М
2- мешает то, что Водородная ангара - это развлечение, а мне надо работу работать, так что если хотите, могу по запросу расчеты сбросить по мылу, в раровском виде на 1м тянут. Ну, а на нет и суда нет.
3- факты важнее домыслов. В подавляющем большинстве РН пакетной схемы ЦБ существенно легче ББ, по крайней мере относительно. Р-7, 11к25, Шаттл, Ариан-5 и куча проектов типа Вулкана, Грозы, Энергии-М.
4- и чем Вас пугает такая ситуация? Да гидростатика дает некоторый прирост внутреннего давления-это не критично, в том чичле и по массе конструкции.

 1) Боковушка Энергии существенно тяжелее массы первой ступени Зенита?
 Тогда ваша боковушка должна быть ещё тяжелее.

 2) Вы не можете выложить 20 точек по траектории?
 Гениальная прогамма не позволяет?

 3) Я верю, что вы можете сделать ЦБ существенно легче боковушек. Приведённые вами примеры к этому и относятся, боковушки у этих изделий не похожи на центр.
 Тогда так и говорите - ЦБ мы сделаем используя другую технологию.

 4) "Цена вопроса" ваша разница в массе ЦБ и боковушек. Вы просто отняли массу одного двигателя от массы бокового блока.
 Как вы думаете, почему верхние ступени имеют более низкое массовое совершенство, чем нижние? Для обычной, последовательной схемы вроде Зенита.

[X]

Да, скорее всего, стоимость производства будет несколько выше, чем у Ангары-5, хотя и не думаю, что сильно. Однако для современной ситуации относительно редких запусков, на первое место в стоимости пуска могут выйти затраты на разработку, а они примерно на 40% определяются стоимостью разработки ЖРД. У Водородной Ангары - ЖРД давно разработаны, а для Ангары-5 их пришлось разрабатывать практически с 0 (надеюсь, Вы понимаете, что в основная сложность в ЖРД - это ТНА, а отнюдь не камера?)

 Надеюсь, Вы понимаете, что объём топлива, который должен перекачать водородный ТНА в 6 раз больше, чем ТНА для керосиновой ракеты?
 Значит, сам ТНА должен быть раз в 6 больше.

[X]

Ах, да, совсем забыл! Ведь для Водородной Ангары можно использовать готовую протоновскую оснастку и оба ее блока одного диаметра. Тогда как для Ангары-5 надо заново делать/восстанавливать оснастку на диаметр 2,9 м. Да еще и УРМ-2 другого диаметра... Так что не знаю, может Водородная Ангара и подешевле выйдет.

 Что, простите, использовать?

 Один водородный бак будет иметь длину около 30 метров.

 Так вот "взять и использовать"?

[Дмитрий В.]

По просьбе уважаемого hcube привожу оценки проектных параметров Водородной Ангары в 3-хступенчатом варианте. Расчеты ориентировочные (из-за отсутствия у меня более точной модели для 3-хступенчатых РН), но дают представление об изменениях основных параметров при переходе к 3-м ступеням.
 В качестве двигателя для 3-й ступени принят 11д57М (УИ=461 сек в пустоте, тяга 42 тс). С учетом роста гравитационных потерь для 3-й ступени и некоторым уменьшением тяговооруженности 1-й ступени (до 1,45) принято ХС=9400 м/с. В качестве ограничений принято, что масса топлива ББ = массе топлива в ЦБ = 136,45 т. В результате получаем:
Мст = 521,47 т, ПН = 35 т, масса топлива 3-й ступени = 15,53т (конструктивная характеристика 8,28). Тяговооруженности ступеней: 1-й – 1,45, 2-й – 1,43 (как для 2-хступенчатого основного варианта), 3-й – 0,8. В случае, если принять, что масса топлива ББ = массе топлива в ЦБ = 128,73 т (как масса топлива ББ у основного 2-хступенчатого варианта, что обеспечивает гарантированное размещение ББ в вагоне, пере переднего переходника и ЖРД) получим притой же стартовой массе (521,47 т) ПН около 36 т, правда при увеличении топлива в 3-й ступени до 35,63 т и снижении тяговооруженности 3-й ступени до 0,59-0,6).
С уважением, Дмитрий В.

[Дмитрий В.]

2) Вы не можете выложить 20 точек по траектории?
 Гениальная прогамма не позволяет?
 

Отвечаю на этот вопрос. На остальные - вечером, если руки дойдут.
Ну, уломали...
Вот результаты расчетов траектории Водородной Ангары (расчет по спредшиту ratman'a). Скорость указана в стартовой подвижной системе координат (без учета вращения Земли):
T=8 сек (окончание вертикального участка) V= 48 м/с, H= 125 м
T=30 сек V= 213,7 м/с, H= 2665 м
T=60 сек V= 627,1 м/с, H= 12893 м
T=90 сек V= 1304,6 м/с, H= 33000 м
T=144 сек (разделение ступеней окончание АУТ 1-й ступени) V= 3200,5 м/с, H= 98000 м
T=180 сек V= 3535,3 м/с, H= 140300 м
T=200 сек V= 3806,8 м/с, H= 156680 м
T=220 сек V= 4132,0 м/с, H= 168951 м
T=250 сек V= 4719,5 м/с, H= 180534 м
T=280 сек V= 5434,7 м/с, H= 185392 м
T=300 сек V= 5994 м/с, H= 185938 м
T=320 сек V= 6635,4 м/с, H= 185287 м
T=200 сек V= 3806,8 м/с, H= 156680 м
T=343 сек (окончание АУТ 2-й ступени) V= 7449 м/с (абсолютная скорость = 7741 м/с), H= 184495 м.
Полезная нагрузка массой 30740 кг выведена на переходную орбиту с апогеем = 185001 м, перигеем = -1,4 м (задано апогей 185 км, перигей 0 км). В процессе выведения максимальная осевая перегрузка первой ступени составила 5,2, а 2-й ступени 4 единицы. Возможно ограничение максимальной осевой перегрузки 1-й ступени величиной 4 единицы путем плавного дросселирования двигателей (снижение тяги не превышает 20% от номинала), начиная со 132с полета (в результате, из-за потерь УИ и некоторого роста гравитационных потерь ПН может уменьшиться, оценочно на 200 кг). Максимальный скоростной напор достигается на 50 сек полета и составляет около 36 кПа.
Несколько слов о «гениальной» программе. Как я уже говорил, пользуюсь спредшитом ratman'a. Возможно, что точность этой программы не фантастическая, но она (заявляю как бывший баллистик) вполне пригодна для прикидочных расчетов и для меня очень удобна.

[X]

Ну вот оно.
 T=60 сек V= 627,1 м/с, H= 12893 м

 В момент максимальной неустойчивости ракеты, выработана почти половина топлива из боковых блоков, скоростной напор 5,5 тонн на квадратный метр.
 Интересно, сорвёт обтекатель ПН или нет?

[X]

Да, и понятно происхождение такой большой ПН.
 Активный участок не 500-600 секунд, а 343.

 Потери, соответственно, меньше. Можно было не городить огород, а просто заявить, что надо укоротить активный участок.
 Если бы это было возможно, это давно бы сделали.

[X]

О, вот ещё одно.

 Пиригей-то равен нулю.

[Дмитрий В.]

Коли речь пошла о размерах, то можно полюбопытствовать, как предполагается выполнить двигательный отсек на ББ и на сколько планируется выносить сопло за диаметр 4,1м?

2 ЖРД опираются на торцевой силовой шпангоут ХО, тяга распределяется через лонжероны. ЖРД установлены в изолированных кожухах-обтеекателях-примерно, как на блоке Ц 11к25 или как F-1 на ХО Сатурн-5. Насчет выноса ЖРД не смотрел - набросок практически от руки. Если Вы опасаетесь увеличения шарнирного момента, то можно несколько увеличить обтекатели ЖРД и чуть сдвинуть их к центру блока.

[Дмитрий В.]

Надеюсь, Вы понимаете, что объём топлива, который должен перекачать водородный ТНА в 6 раз больше, чем ТНА для керосиновой ракеты?
 Значит, сам ТНА должен быть раз в 6 больше.

Бред какой-то, извините. Посмотрите-ка лучше фото 11д122, благо найти их не проблема...

[Дмитрий В.]

О, вот ещё одно.

 Пиригей-то равен нулю.

Читайте внимательнее- я сразу сказал, что ПН 30,7 т - на переходной орбите 0*185 км  :lol: , да еще и импульс довыведения привел (от 50 до 70 м/с), а по факту около 60 м/с.