Вариант многоразовой

[Александр Геннадьевич Шлядинский]

Осталось дело за совсем малым: создать материал гибкий, прочный и термостойкий, который при этом еще будет и как амортизатор выдерживать нагрузки.
Кстати, как будет работать двигатель в крайних положениях (насадок полностью спрятан - полностью развернут) я примерно понимаю. А вот как это будет работать в процессе разворачивания, извините -

Да материал это проблема, но можно попробовать собрать композит. Внутри максимально термостойкий слой, не обязательно большой прочности. Второй слой термоизолятор. Наружный слой имеет максимальную прочность на разрыв. Давление при амортизации вряд ли привысит 3-4 атмосфер.
На вопрос о моменте, когда сопло будет в некотором среднем положении. Вернее всего, что рычаги в движение будут приводиться гидроцилиндрами, но конечно на много более слабыми чем у лап Фалькона. На момент, когда сопловый насадок будет изменять положение во время работы ЖРД при взлете плотность воздуха незначительная. Половину хода он сможет сделать и при работающем двигателе, а на несколько секунд, пока перестановка завершается, тягу двигателя свести к минимуму.

То, что сделать привод можно (гидро, пневмо, электро, ручной, ножной и с помощью языка), это я сомнению не подвергал однако. А вот как в момент перехода выдерживать форму, дабы ракету не завалило и не завязало узлом?
Утверждения, что процесс будет происходить мгновенно и ни на что не повлияет - не приму.
Отключение двигателя на момент перехода тоже не приму.
Выдвижение твердого насадка в качестве примера для гибкого - тоже не предлагать.

[Гусев_А]

Да материал это проблема, но можно попробовать собрать композит. Внутри максимально термостойкий слой, не обязательно большой прочности. Второй слой термоизолятор. Наружный слой имеет максимальную прочность на разрыв.

В сопле двигателя газ не просто очень горячий, но ещё и в виде очень быстрого потока. Всё недостаточно прочное он просто сдует.

Ну а теплоизолятор... У большинства ЖРД непросто так стоит регенеративная система охлаждения. Либо монолитные сопла из тугоплавких карбон-карбона.

Про не прчное, рыхлое но термостойкое покрытие, которое сдует потоком, речи нет. Я говорил, что ему не обязательно выдерживать то усилие на разрыв. Я где то, когда то читал, что разрабатываются материалы для надувной капсулы спуска с орбиты. Кроме того это сопловый насадок, он есть продолжение сопла, где температура уже заметно ниже чем в начале.

[Гусев_А]

Осталось дело за совсем малым: создать материал гибкий, прочный и термостойкий, который при этом еще будет и как амортизатор выдерживать нагрузки.
Кстати, как будет работать двигатель в крайних положениях (насадок полностью спрятан - полностью развернут) я примерно понимаю. А вот как это будет работать в процессе разворачивания, извините -

Да материал это проблема, но можно попробовать собрать композит. Внутри максимально термостойкий слой, не обязательно большой прочности. Второй слой термоизолятор. Наружный слой имеет максимальную прочность на разрыв. Давление при амортизации вряд ли привысит 3-4 атмосфер.
На вопрос о моменте, когда сопло будет в некотором среднем положении. Вернее всего, что рычаги в движение будут приводиться гидроцилиндрами, но конечно на много более слабыми чем у лап Фалькона. На момент, когда сопловый насадок будет изменять положение во время работы ЖРД при взлете плотность воздуха незначительная. Половину хода он сможет сделать и при работающем двигателе, а на несколько секунд, пока перестановка завершается, тягу двигателя свести к минимуму.

То, что сделать привод можно (гидро, пневмо, электро, ручной, ножной и с помощью языка), это я сомнению не подвергал однако. А вот как в момент перехода выдерживать форму, дабы ракету не завалило и не завязало узлом?
Утверждения, что процесс будет происходить мгновенно и ни на что не повлияет - не приму.
Отключение двигателя на момент перехода тоже не приму.
Выдвижение твердого насадка в качестве примера для гибкого - тоже не предлагать.

Очень закономерное замечание. Попытаюсь ответить (первые мысли).
Конечное кольцо насадка приводится в движение управляемо, то есть прямо без перекосов (тем более больших). Для насадка это первое движение после старта, а значит реально на необходимом месте перегиба гибкого насадка организовать подтяжки, чтоб они до самого последнего момента не давали ему приблизиться к струе, и исключали перекос. Есть еще вариант, но он сложнее.

[Александр Геннадьевич Шлядинский]

Осталось дело за совсем малым: создать материал гибкий, прочный и термостойкий, который при этом еще будет и как амортизатор выдерживать нагрузки.
Кстати, как будет работать двигатель в крайних положениях (насадок полностью спрятан - полностью развернут) я примерно понимаю. А вот как это будет работать в процессе разворачивания, извините -

Да материал это проблема, но можно попробовать собрать композит. Внутри максимально термостойкий слой, не обязательно большой прочности. Второй слой термоизолятор. Наружный слой имеет максимальную прочность на разрыв. Давление при амортизации вряд ли привысит 3-4 атмосфер.
На вопрос о моменте, когда сопло будет в некотором среднем положении. Вернее всего, что рычаги в движение будут приводиться гидроцилиндрами, но конечно на много более слабыми чем у лап Фалькона. На момент, когда сопловый насадок будет изменять положение во время работы ЖРД при взлете плотность воздуха незначительная. Половину хода он сможет сделать и при работающем двигателе, а на несколько секунд, пока перестановка завершается, тягу двигателя свести к минимуму.

То, что сделать привод можно (гидро, пневмо, электро, ручной, ножной и с помощью языка), это я сомнению не подвергал однако. А вот как в момент перехода выдерживать форму, дабы ракету не завалило и не завязало узлом?
Утверждения, что процесс будет происходить мгновенно и ни на что не повлияет - не приму.
Отключение двигателя на момент перехода тоже не приму.
Выдвижение твердого насадка в качестве примера для гибкого - тоже не предлагать.

Очень закономерное замечание. Попытаюсь ответить (первые мысли).
Конечное кольцо насадка приводится в движение управляемо, то есть прямо без перекосов (тем более больших). Для насадка это первое движение после старта, а значит реально на необходимом месте перегиба гибкого насадка организовать подтяжки, чтоб они до самого последнего момента не давали ему приблизиться к струе, и исключали перекос. Есть еще вариант, но он сложнее.

Странные у Вас представления о струе газа внутри сопла.
На счет температуры, для начала. У стартующей с Земли ступени давление на срезе сопла должно быть не менее 1 атмосферы. При этом температура на срезе конечно меньше, чем в камере сгорания, но хотел бы я посмотреть на гибкий неохлаждаемый материал, который все это выдержит, по крайней мере в области насадка близкой к срезу сопла...
Разворачивать насадок надо в вакууме (почти вакууме). Конечно с точки зрения экономии лучше разворачивать постепенно таким образом, что бы давление на срезе в каждый момент времени было равно внешнему давлению. Но тогда мы имеем два жестких сечения, срез сопла и обруч на конце мягкого насадка. Промежуточная часть жесткости не имеет и будет колебаться как ей вздумается, и довольно долго. Но даже если разворачивать быстро, когда снаружи условия близки к вакууму, то все равно будет момент, когда насадок имеет неконтролируемую форму.
Ну и еще: насадок или работает, или нет. Работает он в том случае, если газы касаются его стенок. Если не касаются, то он не работает. Как Вы собираетесь разворачивать насадок, что бы до последнего момента газы его не касались, а потом вдруг насадок начинал работать, я такое себе представить не могу.

[Гусев_А]

Странные у Вас представления о струе газа внутри сопла.
На счет температуры, для начала. У стартующей с Земли ступени давление на срезе сопла должно быть не менее 1 атмосферы. При этом температура на срезе конечно меньше, чем в камере сгорания, но хотел бы я посмотреть на гибкий неохлаждаемый материал, который все это выдержит, по крайней мере в области насадка близкой к срезу сопла...
Разворачивать насадок надо в вакууме (почти вакууме). Конечно с точки зрения экономии лучше разворачивать постепенно таким образом, что бы давление на срезе в каждый момент времени было равно внешнему давлению. Но тогда мы имеем два жестких сечения, срез сопла и обруч на конце мягкого насадка. Промежуточная часть жесткости не имеет и будет колебаться как ей вздумается, и довольно долго. Но даже если разворачивать быстро, когда снаружи условия близки к вакууму, то все равно будет момент, когда насадок имеет неконтролируемую форму.
Ну и еще: насадок или работает, или нет. Работает он в том случае, если газы касаются его стенок. Если не касаются, то он не работает. Как Вы собираетесь разворачивать насадок, что бы до последнего момента газы его не касались, а потом вдруг насадок начинал работать, я такое себе представить не могу.

Опять с Вами соглашусь.
Колебания с изгибаниями поверхности насадка по всем направлениям наверно будут. Можно попробовать прикинуть наличие жеской пружины в оболочке насадка. Возможно что из трубки, по которой пустить теплоноситель. Лишь бы не допустить ребристости поверхности.
Возможна установка нескольких надувных камер, закрепленных на его наружной стороне.

[Гусев_А]

Есть еще вариант. Гибкое сопло состоит из 3х слоев. Внутренний слой термостойкий. Средний в виде губки. Наружный прочный на разрыв. В средний слой особенно на момент выдвижения закачивается газ под давлением. Далее этот газ прокачивается от начала до среза для охлаждения. Кроме того можно установить гасящие вибрацию растяжки. Буду у компьютера, нарисую.

[Александр Геннадьевич Шлядинский]

Есть еще вариант. Гибкое сопло состоит из 3х слоев. Внутренний слой термостойкий. Средний в виде губки. Наружный прочный на разрыв. В средний слой особенно на момент выдвижения закачивается газ под давлением. Далее этот газ прокачивается от начала до среза для охлаждения. Кроме того можно установить гасящие вибрацию растяжки. Буду у компьютера, нарисую.

Возможно Ваша конструкция будет работать в двигателях тягой в несколько... килограммов. но не думаю, что таковой будет кому то нужен при разработке многоразовых ракет. Если Вы видели кадры внутри космических кораблей во время их полета, то заметили бы, что выведение сопровождается сильными вибрациями. В свое время первые космические ракеты буквально разваливались от этих вибраций. А откуда берутся эти вибрации? Правильно, от работающего двигателя. И чем мощнее двигатель, тем вибрации больше. Злые языки утверждают, что вибрации возрастают в пятой степени от мощности. А Вы предлагаете в эту колеблющуюся систему добавить гибкий элемент, да еще его различными пружинами снабдить. Сомневаюсь я, если не сказать больше...
Обычный выдвижной насадок, это жесткая конструкция, которая сдвигается сверху вниз по направляющим. Может решение и не самое удачное, но по сравнению с Вашей конструкцией - простое, надежное и, самое главное, предсказуемое.

[Гусев_А]

Возможно Ваша конструкция будет работать в двигателях тягой в несколько... килограммов. но не думаю, что таковой будет кому то нужен при разработке многоразовых ракет. Если Вы видели кадры внутри космических кораблей во время их полета, то заметили бы, что выведение сопровождается сильными вибрациями. В свое время первые космические ракеты буквально разваливались от этих вибраций. А откуда берутся эти вибрации? Правильно, от работающего двигателя. И чем мощнее двигатель, тем вибрации больше. Злые языки утверждают, что вибрации возрастают в пятой степени от мощности. А Вы предлагаете в эту колеблющуюся систему добавить гибкий элемент, да еще его различными пружинами снабдить. Сомневаюсь я, если не сказать больше...
Обычный выдвижной насадок, это жесткая конструкция, которая сдвигается сверху вниз по направляющим. Может решение и не самое удачное, но по сравнению с Вашей конструкцией - простое, надежное и, самое главное, предсказуемое.

Конечно, я с Вами полностью согласен.
Еще до Вашего поста я придумал целый ряд достаточно простых ухищрений для удержания формы и снижения колебаний, если интересно нарисую. 
Когда то читал, что велись работы над летательными аппаратами с гибгими, принимающими нужную форму поверхностями. Во многих случаях именно мягкими элементами борются с вибрацией. У меня с далекие 80-е, когда жил в студенческой общаге, возле койки стоял страшно тарахтящий старый холодильник. Что с ним только не делали. Потом я открутил компрессор с радиатором и повесил их на медицинские жгуты между стеной и корпусом. Холодильник стал абсолютно безшумным, даже безполезно было преслушиваться. Извиняюсь, это совсем другой случай. 
Если кто знает, скажите на сколько сильно отличается вибрация при работе ЖРД в условиях атмосферы и за ее пределами. Ведь в описанном мной варианте предполагается раскрытие насадка уже в сильно разряженной атмосфере. И с рядом ухищрений, в том числе придании,  "вязкости", может удастся предотвратить колебания.
 Конечно я представляю силу потока. Все видели трепещащий флаг на ветру, и понятно что скорость ветра почти ноль по сравнению с потоком из ЖРД.

[Верный Союзник с Окинавы]

Выдвижение твердого насадка в качестве примера для гибкого - тоже не предлагать.

НЯЗ, насадки выдвигаются до старта, по крайней мере у RL-10.

[Гусев_А]

В прнципе уже есть идея, как гибкий насадок разворачивать постепенно, не дросселируя ЖРД и он при этом сразу становился досаточно жестким. А в последствии так же смог отработать амортизатором. Доберусь до компьютера, нарисую.

[Александр Геннадьевич Шлядинский]

Если кто знает, скажите на сколько сильно отличается вибрация при работе ЖРД в условиях атмосферы и за ее пределами. Ведь в описанном мной варианте предполагается раскрытие насадка уже в сильно разряженной атмосфере. И с рядом ухищрений, в том числе придании,  "вязкости", может удастся предотвратить колебания.

Да практически ни как, ибо источником колебаний является сам двигатель и основная часть энергии передается корпусу через жесткие связи. А уж влияние на насадок вообще не изменится.
При старте ракеты энергия двигателей бьет по ушам даже на расстоянии нескольких километров. А Вы хотите избавиться от этого путем установки каких-то амортизаторов. Звук работающих двигателей отражает силу этих колебаний, которые в вакууме ни куда не исчезают.

[Верный Союзник с Окинавы]

Про не прочное, рыхлое но термостойкое покрытие, которое сдует потоком, речи нет. Я говорил, что ему не обязательно выдерживать то усилие на разрыв. Я где то, когда то читал, что разрабатываются материалы для надувной капсулы спуска с орбиты. Кроме того это сопловый насадок, он есть продолжение сопла, где температура уже заметно ниже чем в начале.

Надувные капсулы для спуска - это другое.


https://www.nasa.gov/mission_pages/tdm/loftid/index.html

Они не предполагаются многоразовыми, и они не будут долго испытывать тепловые нагрузки (большая площадь = высокое сопротивление = быстрое торможение).

У двигателя с 90 атмосфер в камере сгорания, атмосферным соплом (давление на срезе сопла - 1.2 атмосфер) и метан-кислородной топливной парой на срезе сопла будет 2240 К, а при вакуумном сопле (степень расширения = 117, как у Merlin Vac) 1500 К.

[Старый]

При старте ракеты энергия двигателей бьет по ушам даже на расстоянии нескольких километров. А Вы хотите избавиться от этого путем установки каких-то амортизаторов. Звук работающих двигателей отражает силу этих колебаний, которые в вакууме ни куда не исчезают.

Звук реактивных двигателей возникает от взаимодействия струи с воздухом уже за пределами сопла.

[Александр Геннадьевич Шлядинский]

Прибежали тараканы. Больше тут делать нечего...

[Гусев_А]

Вы не можете просматривать это вложение.
Рисунок в продолжение темы про гибкий сопловый насадок. (извиняюсь за примитивность рисунка)
Композитный материал гибкого насадка состоит из 3-х основных слоев: 1-й внутренний -- термостойкий; 2-й средний -- губчатый, микропористый, в который замоноличены ряды тонких трубок с мини дырочками по всей длине; 3-й наружный -- прочный на разрыв, с нашитыми рядами узких карманов на всю длину. В трубки подается жидкость, которая выдавливается и дырочек, попадая в пористый материал, прижатый к раскаленному слою. Она испаряется, охлаждая слой, а газ по пористому слою выходит к краю и собирается в трубку.
В схему вводится дополнительное кольцо с роликами. Ролики вращаясь при прокатывании по гибкому насадку, обеспечивая его место перегиба. По резьбе выкручивают свои оси. От этого окружность кольца увеличивается при удалении от штатного сопла, обеспечивая геометрию гибкого сопла.
Роликовое кольцо выдвигается за счет гидроцилиндров (например) и перетягивает гибкий насадок, увеличивая сопло. Для обеспечения устойчивости поверхности насадка к колебаниям и изгибаниям, на его наружной стороне нашиты узкие карманы во всю длину насадка. В эти карманы сразу вслед за роликовым кольцом вдавливаются прочные стержни, которые шнурками за задний конец тянет роликовое кольцо. Есть идея, как ввести эти стержни на всю длину в шахматном порядке. (четный-нечетный карман) По окончании работы ЖРД стержни вытягиваются обратно из карманов и остаются на своих местах вдоль штатного сопла.
Такая схема позволит постепенно при работе ЖРД увеличивать сопло в зависимости от давления за бортом. Тем самым увеличивая УИ. Сопловый насадок можно будет эффективно охлаждать, не допуская перегрева.
Конечно я не прорисовал и не описал все нюансы.
Остальные ранее описанные функции гибкого насадка сохраняются. И защита агрегатов ЖРД при входе в атмосферу. И использование в качестве амортизатора.

[Старый]

Композитный материал гибкого насадка состоит из 3-х основных слоев: 1-й внутренний -- термостойкий; 2-й средний -- губчатый, микропористый, в который замоноличены ряды тонких трубок с мини дырочками по всей длине; 3-й наружный -- прочный на разрыв, с нашитыми рядами узких карманов на всю длину. В трубки подается жидкость, которая выдавливается и дырочек, попадая в пористый материал, прижатый к раскаленному слою. Она испаряется, охлаждая слой, а газ по пористому слою выходит к краю и собирается в трубку.

Сколько секунд удельного импульса добавит эта сверхценная идея?

[Старый]

В схему вводится дополнительное кольцо с роликами.

Как гидроцилиндры достанут до роликов сквозь материал насадка?

[Старый]

По резьбе выкручивают свои оси. От этого окружность кольца увеличивается при удалении от штатного сопла, обеспечивая геометрию гибкого сопла.

Как широкая часть гибкого сопла будет намотана на узкую часть?

[Гусев_А]

Сколько секунд удельного импульса добавит эта сверхценная идея?

Мало. Только на последней1/3 части времени разгона УИ увеличится на 10-15 секунд, на предыдущих значительно меньше.

[Гусев_А]

Как широкая часть гибкого сопла будет намотана на узкую часть?

Ни что не на что не наматывается.  Через роликовое кольцо ткань просто перегибается. Одним узким краем она закреплена к срезу штатного сопла, а другим широким к подвижному обручу. Который приводится в движение рычагами-опорами, используемыми при посадке.