Вариант многоразовой

Автор Гусев_А, 29.01.2022 19:51:09

« предыдущая - следующая »

0 Пользователей и 1 гость просматривают эту тему.

Гусев_А

Хочу предложить вариант РН с многоразовой 1-й ступенью.
Возможны несколько вариантов компоновок.  Если предположим, использовать двигатели типа РД 170, то могут получиться РН тяжелого и сверхтяжелого класса.
1-я ступень имеет два 4-х камерных ЖРД, расположенных рядом. Габаритный размер двух рядом расположенных двигателя получится шире диаметра, корпуса баков. На этот выступ собираются створки обтекателя, который защищает двигатель при входе в атмосферу, и обеспечивает более приемлемую обтекаемость носовой части, как при движении в атмосфере, так и при входе в воронку.
В верхней части 1-й ступени закреплены лопасти, которые при взлете или закрывают ЖРД 2-й ступени и механически удерживают ее; или складываются наклонным конусом, удерживая 3-ю ступень при пакетном варианте сверхтяжелой РН. После расстыковки лопасти раздвигаются, обеспечивая центровку, управление и дополнительное аэродинамическое торможение при входе и движению по атмосфере. Горизонтальное положение лопастей удерживают тросики, присоединённые одним концом к лопасти, другим к подвижному кольцу, управляемому гидроцилиндрами.
В отличии от Фалькон-9, данная ступень после взлета больше не использует маршевый двигатель, не оставляет запас топлива на возвращение и посадку. Створки обтекателя ЖРД закрываются перед входом в атмосферу, они принимают на себя основную тепловую нагрузку, но защищают ЖРД. Ведь поток действовал бы не только на сопло, но и на прочие узлы и агрегаты, не закрытые защитой. А закрыть все невозможно, ведь двигатель имеет возможность качания.  Большая часть массы ступени сосредоточена в нижней части, а значит удержать центровку будет проще. В верхней части, раскрывшиеся лопасти, создавая сопротивление обеспечат стабильность движения, тем более они смогут изменением углов положения, управлять и по курсу и по крену. Имея такие лопасти, скорость движения в нижних слоях атмосферы будет ниже чем у Фалькона, но с сохранением приемлемой управляемости.
Посадочной платформой данной ступени, будет являться аэростат в виде бублика с воронкой в середине. 1-я ступень спускаясь с достаточно высокой скоростью, наводится с помощью лопастей в середину воронки. Перед воронкой закрепляется цельная прочная двухслойная ткань, где между слоями расположен пузырьковый наполнитель. При попадании в нее блока 1-й ступени, ткань отрывается от крепления, и обертывая блок, увлекается им в жерло прицельной воронки. При входе блока в воронку выделяется специальное смазывающее вещество, для более нежного входа. На момент входа лопасти складываются назад, а створки обтекателя закрыты, образуя обтекаемую головку без углов и острых выступов. Пройдя прицельную воронку, блок выравнивается полностью и входит в эластичную трубу, где тормозится давлением воздуха перед ним. По окончании трубы блок попадает в контейнер, от куда затем и извлекается.
Опять же если сравнивать с Фальконом-9, то имеем, что масса средств возврата конечно будет выше. Вряд ли можно сделать термостойкий обтекатель массой легче, чем лапы Фалькона. Да и лопасти с их управлением будут заметно тяжелее решетчатых рулей. Но зато все это с большим запасом перевешивает масса резервированного топлива. У Фалькона огромным преимуществом будет являться простота посадочной платформы. Здесь хотя аэростат так же будет многоразовым, но при нештатной ситуации может или блок пополам, или воронка в дребезги, а это вещи дорогие. Из одноразовых в этой системе наверно будет еще цельная защитная ткань. Она первая примет удар блока и должна обеспечить мягкое его внедрение, принимая все возможные механические нагрузки. Не исключаю и частичные ее разрывы, а штопать ее думаю дело не благодарное.
Готов дать дальнейшее пояснение.

Вам недоступны вложения в этом разделе.
Вам недоступны вложения в этом разделе.

Гусев_А

Вам недоступны вложения в этом разделе.Вам недоступны вложения в этом разделе.

vissarion

картинка слишком неприличная


Владимир Шпирько

Цитата: vissarion от 29.01.2022 20:06:48картинка слишком неприличная


И текст тоже:".....При входе блока в воронку выделяется специальное смазывающее вещество, для более нежного входа. На момент входа лопасти складываются назад, а створки обтекателя закрыты, образуя обтекаемую головку..."

Гусев_А

Цитата: Владимир   Шпирько от 30.01.2022 01:43:35
Цитата: vissarion от 29.01.2022 20:06:48картинка слишком неприличная


И текст тоже:".....При входе блока в воронку выделяется специальное смазывающее вещество, для более нежного входа. На момент входа лопасти складываются назад, а створки обтекателя закрыты, образуя обтекаемую головку..."
Если предложенное мной чисто техническое решение ассоциируется с другим природным явлением, то так получилось. А природа на столько совершенна, что заимствовать для технических нужд то или иное гениальное решение природы не зазорно.
На фрагмент цитированного текста: Если бы я написал: Что специальные шланги с распылителями на концах разбрызгивают в верхней части направляющей воронки специальный мыльный раствор, для обеспечения лучшего скольжения..... 
Слов больше, а смысл тот же, а может это и будет реализовано несколько иначе.
Мне больше интересно мнение о смысле технического решения.


Такая схема не даёт никакого манёвра. 

Плюс длинные створки, торчащие поперёк потока просто обломает, как и тросики, тоже стоящее спереди.

Сухая масса ступени выходит в чудовищные 60 тонн, и нужен новый и весьма специфичный СК.

Raul

Оригинальную схему посадки предлагается назвать "Бубликов". :)

Цитата: vissarion от 29.01.2022 20:06:48картинка слишком неприличная
Давайте стыковку запретим ради соблюдения приличий ;)
Земля не может, не может не вращаться,
А мур не может, не может не мурчать!

Цитата: Raul от 30.01.2022 13:56:52Оригинальную схему посадки предлагается назвать "Бубликов". :)


В честь меня, или совпадение?

Гусев_А

Цитата: Верный Союзник с Окинавы от 30.01.2022 12:41:14Такая схема не даёт никакого манёвра.

Плюс длинные створки, торчащие поперёк потока просто обломает, как и тросики, тоже стоящее спереди.

Сухая масса ступени выходит в чудовищные 60 тонн, и нужен новый и весьма специфичный СК.
Про маневр я не понял. Если имеете ввиду, что блок должен совершать маневры при движении в атмосфере, то лопасти, присоедененные  тросиками к подвижному кольцу, могут иметь разный угол отклонения с одной и другой стороны. Гидроцилиндры смогут держать кольцо немного наклоненным относительно оси корпуса. Кольцо сможет немного провернуться, и от этого лопасти немного вывернет, позволяя регулировку по крену. Лопасти смогут максимально раскрыться и почти свернуться обратно. Надеюсь этого должно вполне хватить для эффективного управления по курсу во всем диапазоне скоростей.
Длина лопастей будет зависеть от необходимости соединить 1-ю и 2-ю ступень, прикрыв высотный ЖРД 2-й ступени. Этой длины вполне должно хватить, для лопасти, создающей какое то аэродинамическое сопротивление. Как не странно механическая нагрузка на них не будет на столько огромна. И тросик зацепленный даже не на середине, а ближе к центру вполне выдержит. При входе в верхние слои атмосферы механическое давление , не смотря на скорость ничтожно. И здесь задача как раз вырулить так, чтоб как можно дольше удержаться в них, а не резко упасть в баллистический спуск, где с повышением плотности воздуха, и не сброшенной скоростью на самом деле все оборвет. В верхних слоях гораздо страшнее нагрев, но вспомним, что это первая ступень и сравнивать ее и Шатлом не корректно. Размер тросиков не на столько велик, что можно подобрать прочные материалы выдерживающие эту температуру. После сброса космических скоростей блок плавно опускается в более плотные слои. А у земли скорость блока наверно не будет превышать 30-40 м/с.
Сухая масса конечно будет больше, чем у одноразовой ступени. Если условно предположить, что в качестве ЖРД будут два РД-170, то диаметр блока уже нужен более 4,1 м. При этом суммарная площадь поверхности обтекателей может быть около 40 м2. Профиль их поверхности будет близкий к сферическому, что придает некоторую жесткость, кроме того через каждые 2-2,5 метра можно установить рычаги-подпорки, не мешающие соплам, которые их поддержат. При этом думаю, что 2 мм титанового сплава толщины вполне хватит. А это около 5 тонн + 2 тонны рычаги, ребра жесткости, шарниры, замки и привода, итого 7 тонн.
Лопасти в сумме могут иметь 50-60 м2 площади, но нагрузка на них меньше, и при длине всего около 4 метров, и двухслойной конструкции с сотами, толщина листа может быть заметно меньше. По этому допускаю, что вся эта конструкция потянет еще на 8 тонн. Итого 15 тонн на средства возврата. Не забудем, что лопасти во время взлета еще и выполняют роль конструкции соединяющей 1 и 2-ю ступени и закрывающей огромный высотный ЖРД. И все это для блока с тягой 1600 тонн. Вполне приемлемо. Даже если я недосчитал в 1,5 или даже в 2 раза, все равно для такого большого блока это нормально. Все равно это на много меньше, чем резервировать топливо.

Raul

Цитата: Верный Союзник с Окинавы от 30.01.2022 15:54:34
Цитата: Raul от 30.01.2022 13:56:52Оригинальную схему посадки предлагается назвать "Бубликов". :)
В честь меня, или совпадение?
Совпало.

Думаю, что идея интересная. Но дирижабель будет мотать. Поэтому его надо посадить на землю и ловить ступень в шахту. А запускать ракету - с мобильных пусковых установок на разные наклонения.

Цитата: mihalchuk от 08.01.2022 16:45:41. Где-то на ЖД сделать ответвление на 0,5 км, там на склоне залить отражатель и опоры. Всё необходимое отправляется одним составом, на месте ракета стыкуется из 2-3 частей, устанавливается, заправляется, потом - старт. Управление - с поезда, на большой высоте перехватывается НКИКом.
Т.е. космодром должен быть там, где садится первая ступень, а не там, где она стартует. На дистанции ее полета - стартовые столы. Отвозим - собираем - запускаем - ловим. Если не гнаться за гигантизмом, то блоков d3.6, перевозимых по любой железной дороге, вполне хватит даже для создания аналога "Протона". И ловить небольшие блоки будет намного легче.

Освоив стационарного "бубликова", можно будет перейти к бубликову на мегадирижабле. :)
Земля не может, не может не вращаться,
А мур не может, не может не мурчать!

Гусев_А

Цитата: Raul от 30.01.2022 18:01:34
Цитата: Верный Союзник с Окинавы от 30.01.2022 15:54:34
Цитата: Raul от 30.01.2022 13:56:52Оригинальную схему посадки предлагается назвать "Бубликов". :)
В честь меня, или совпадение?
Совпало.

Думаю, что идея интересная. Но дирижабель будет мотать. Поэтому его надо посадить на землю и ловить ступень в 
Цитата: Raul от 30.01.2022 18:01:34Думаю, что идея интересная. Но дирижабель будет мотать. Поэтому его надо посадить на землю и ловить ступень в шахту. А запускать ракету - с мобильных пусковых установок на разные наклонения.
Мотать аэростат не будет, т.к. он будет находиться низко над землей, и будет зацеплен не только лебедкой с низу, но и боковыми растяжками. Если и будет некоторое горизонтальное колебание, то оно будет от ветра, который на момент сближения в ту же сторону поколебает и подлетающий блок. Про воронку в шахту я против. Если покрыть пластмассой бетонную стяжку в виде воронки, то это будет очень жестко. Такой приемник не прстит ни минимального отклонения от центра, ни минимальной боковой скорости, ни какого наклона блока. А это катастрофа. 
Аэростат не имеет каркаса, он мягкий и поддатливый, стенки воронки в месте нажима на много легче блока, они отодвинутся и на 10-15 метров, не причиняя блоку вреда. Аэростат не нужен мегаогромный. Его задача только удержать на низкой высоте себя, воронку и контейнер. При входе блока он сразу начнет падать, плюс лебедка начнет подтягивать контейнер к амортизирующим захватам, которые за 0.5-1 метр аккуратно погасят его скорость. Да и сам аэростат, имея огромное аэродинамическое сопротивление не наберет большой скорости, не смотря на непосильный груз, влетевший в него с большой скоростью.

Гусев_А

Вам недоступны вложения в этом разделе.В продолжение идеи с возвращаемой 1-й ступенью, хочу предложить вариант полностью многоразовой РН.
Утяжеление 2-й ступени средствами возврата сразу съедает от массы ПН массу этих средств. (при2-х ступенчатой ракете) А для возврата аппарата нужно не мало. Нужна жаростойкая защита, покрывающая нос, кромки крыльев... Или же торможение двигателем, но для 2-й ступени -- это слишком много. Нужны органы управления при движении в атмосфере, или (и) органы торможения. Нужны шасси, лапы или защита от воздействия воды.
Так Шаттл имел тепловую защиту, крылья, шасси и естественно прочный корпус. Союз для спуска имеет тепловую защиту и парашют, садится прямо на корпус, он одноразовый ему можно.
Я попытался минимизировать все эти средства, и не «намазывать» тепловую защиту на корпус, чтоб в крайнем случае сделать ее сменной чаще, чем весь аппарат. В моем случае лапы совмещены со створками головного обтекателя, покрытого максимальной тепловой защитой. Кроме этого есть еще максимально простой, но с управлением стабилизатор. И все! Нет извиняюсь нужно еще немного топлива на сам момент посадки.
   
На момент взлета 2-я ступень закреплена вверх ногами. Место для ПН закрыто лопастями 1-й ступени. Привычного головного обтекателя нет вообще. По окончании работы 1-й ступени РН находится уже вне воздействия атмосферы.  И вторая ступень после отделения с ПН разворачивается, включает ЖРД и выводит ПН. При входе обратно в атмосферу, головной обтекатель закрыт, его площадь в несколько раз меньше обтекателя 1-й ступени, но имеется тепловая защита, рассчитанная на гораздо большие скорости. Его элементы конструкции совмещены с конструкцией лап, и все это закреплено на раме ЖРД. Весь остальной корпус баков не обязан иметь большую прочность. На другой стороне корпуса есть не большие, но управляемые стабилизаторы. Я думаю, что для этих скоростей они будут работать лучше решетчатых рулей, тем более, что при взлете их направление будет совпадать с направлением полета.  Длина ступени будет по всей видимости короче Фалькона, форма более обтекаемая, центровка передняя, и возможно ее удастся вводить в атмосферу управляемо, с возможностью регулирования и угла снижения, а также подрулить к месту посадки. Перед посадкой на землю створки обтекателя - лапы раздвигаются и запускается ЖРД для погашения скорости и мягкой посадки. На эти завершающие маневры запасы топлива нужны не на столько огромны, по сравнению с торможением больших космических скоростей, как у Фалькона.

Гусев_А

Вам недоступны вложения в этом разделе.

Вариант полностью многоразового двухступенчатого ракеты-носителя.
 
Первая ступень крылатая, вторая с вертикальной посадкой. Особенностью данного РН, является то что при отказе любого одного двигателя, почти на любом отрезке взлета есть возможность сохранить не только ступени РН, но и ПН.
Рисунок сделан схематично, без четкого выдерживания пропорций и форм.
 
 
 
2-я ступень - центральный блок имеет баковый отсек в виде конуса. С боков находятся три двигательных отсека, которые так же расширяются вниз и кончаются на уровне нижнего днища бака. Двигательный отсек закрыт кожухом целиком, даже вместе с соплом ЖРД. ЖРД неподвижен, курс поддерживается разнотягом. Верхний конец бакового отсека переходит в мачту, на конце которой установлен управляемый решетчатый руль в виде площадки для установки ПН.
1-я ступень --  три боковых блока, имеют треугольное крыло большой стреловидности и вертикальное хвостовое оперение, расположенное над ТРД. Каждая из трех створок головного обтекателя, при разделении, с помощью рычагов закрепляется на носовой, верхней части блока и с ним возвращается на Землю.
Если предположить, что блоки 1-й ступени оснащены ЖРД типа РД 170, а центральный блок тремя РД 191 с более высотным соплом. Кроме того, на боковом блоке есть ТРД, а на центральном блоке 3 (или 6) ЖРД с тягой раз в 10 меньше основного, с наземным соплом.
При старте с Земли включаются одновременно все имеющиеся двигателя. После выхода из плотных слоев атмосферы, ТРД прекращает работу. За тем для экономии топлива 2-й ступени отключаются дополнительные ЖРД. После выработки топлива в блоках 1-й ступени, когда скоростной напор становится малозаметным и уже не сможет повредить ПН, блоки 1-й ступени, вместе со своими кусками головного обтекателя от стыковываются, используя для этого выдвигание шасси. Обтекатель с помощью рычагов (подобных, как у некоторых автобусов закрываются двери) крепятся в носовой части, тем самым принимая на себя скоростной напор при входе в атмосферу, а также увеличивая массу в носовой части. Дело в том, что все ЖРД и ТРД находятся сзади, и чтобы хоть немного сместить центр масс вперед там необходимо разместить максимум утяжеляющих вещей, в том числе обтекатель, топливо для возврата для ТРД, переднее шасси... Треугольное крыло большой стреловидности не будет на столько напряженным, как крыло большого удлинения, и сможет более равномерно распределить нагрузку по корпусу, по этому его можно будет сделать легким. Конечно оно плохо работает на малых скоростях, и посадка вернее всего будет на большей скорости. Однако, возможно получится использовать экранный эффект, и встав на экран с помощью тормозного парашюта подойти к началу ВВП на приемлемых скоростях.
2-я ступень с ПН выходит на орбиту. Перед окончанием топлива в баках, снова включаются дополнительные ЖРД, и «вылизывают» остатки топлива, которые не смогли бы проглотить мощные основные ЖРД, тем самым уменьшая запланированные остатки топлива в баках и упрощая заборные устройства. После от стыковки ПН, ступень возвращается, входя в атмосферу с космической скоростью. Перед этим сопла всех ЖРД закрываются крышками, такими же простыми, как крышки унитазов, которые во время взлета были просто отогнуты на дно нижнего бака и особо не мешали. Мощную тепловую защиту придётся устанавливать на днище нижнего бака и на эти крышки, остальная поверхность корпуса будет в тени, не считая решетчатого руля. Основная масса блока сосредоточена именно в нижней части, поэтому со центровкой особых проблем не будет. Днище и крышки имеют удобную тупую форму, и будут позволять быстрее сбросить скорость. А решетчатый руль позволит поддерживать управление. Когда скорость упадет и позволит раскрыть обыкновенный парашют, то скорость можно будет еще значительно понизить. Стропы, закрепленные к качающемуся решетчатому, рулю позволят эффективно управлять этим парашютом. Конечно эффективность руления значительно упадет, да и точно вернуть 2-ю ступень, так же сложная задача, то нужно предположить, что садиться придётся на грунт, на одно из сотен возможных запланированных мест. Если сравнить с Фальконом, то при соизмеримой длине нижняя часть корпуса будет гораздо шире, и лапы можно будет расставить значительно дальше, поэтому устойчивость стояния будет выше. Но перед самой посадкой, всего на несколько секунд включаются дополнительные ЖРД, для ее смягчения. Лапы - опора - рычаги были завернуты вдоль двигательных отсеков. Гидроцилиндр, по наружной кромке двигательного отсека, он может быть заметно короче. Выдвигаясь, он тросом, зацепленным к нему через петлю, подтягивает лапу, которая при максимальном выдвижении соединяется с ним, образуя опору. На космодром 2-ю ступень можно транспонировать, прицепив к ней несколько аэростатов, обеспечив небольшую отрицательную плавучесть, и утянуть ее туда вертолетом.
 
         Про живучесть. Если допустим откажет какой-нибудь двигатель:
Если при взлете отказал ЖРД 1-й ступени то,  форсированной тяги всех остальных хватит увести РН от старта, поднять на некоторую высоту, вблизи мест посадки ступеней. Выработать или стравить большую часть топлива. Двигаясь вертикально вверх на не большой скорости, с помощью шасси расстыковаться. Блоки 1-х ступеней садятся штатно.  Вторая ступень, оставив ПН на решетчатом руле, на дополнительных ЖРД, поддерживая равновесие садится на ровную оборудованную площадку. Тем самым сохранив не только себя, но и ПН.
Примерно то же при отказе одного, или даже всех основных ЖРД 2-й ступени.
При отказе дополнительных ЖРД 2-й ступени РН сможет штатно вывести ПН на орбиту. Конечно придётся несколько форсировать работу других ЖРД, чтоб уменьшить гравитационные потери. И посадка 2-й ступени может быть жесткой.
При отказе одного основного ЖРД 2-й ступени после разделения, можно включить один рядом стоящий дополнительный ЖРД, а ПН на решетчатом руле наклонить, чтоб обеспечить центровку. И в таком виде дотянуть до орбиты, если осталось не так много.
 
Есть еще целый ряд мыслей.

ZOOR

Цитата: Гусев_А от 30.01.2022 09:49:31Мне больше интересно мнение о смысле технического решения.
Фтопку
Я зуб даю за то что в первом пуске Ангары с Восточного полетит ГВМ Пингвина. © Старый
Если болит сердце за народные деньги - можно пойти в депутаты. © Neru - Старому