Какие носители нам нужны

[mihalchuk]

Для сведения: перелив одного компонента между блоками был реализован в одной из модификаций "Ариан-4". Этот компонент - вода.

[Дмитрий В.]

При одинаковых компонентах топлива на ступенях, перелив даст в лучшем случае 10-20% прироста ПН (могу оценить и поточнее), тогда как замена керосина водородом на 2-й ступени (при условии нормальной оптимизации, естественно) практически удваивает ПН. Все сказанное - ИМХО (подкрепленное расчетами). С уважением, Дмитрий В.

Хотелось бы взглянуть на расчёты.

Могу выслать по "мылу" (или скиньте свой адрес в личное сообщение).
С уважением, Дмитрий В.

[mihalchuk]

Зомби, просто Зомби:
"Не учите меня жить!" (С) Э.Людоедка. Ильф и Петров, известный источник

Звучит так: "Не учите меня летать!" :wink:

[mihalchuk]

Дмитрию В.

Скинте на enextec@mail.ru

С уважением, Mihalchuk

[mihalchuk]

hcube: A-3 c удлиненным ЦБ и третьей водородной ступенью. Фактически - 'полтора Атласа'. Если надо тяжелее - есть А-5 с той же ступенью, и есть А-8, у которой блок первой ступени набран из 7 штук ОДИНАКОВЫХ УРМ первой ступени, блок второй ступени - укороченный УРМ диаметра 4.1 на РД-191 на 150 тонн, а блок третьей - все та же водородная ступень. Т.е. по сути А1.3 верхом на пакете из 7 УРМ .

ПН такой РН будет порядка 20 тонн на LEO (A3H2), 8 тонн на LEO - A1.3H2 и 50 тонн на LEO - A7H2. С керосином на 3 ступени - на треть меньше

Насчёт А8 большие сомнения. Её грузоподъёмность будет меньше, чем у нашей А7-КВБ, максимальные возможности которой скромно оценены в ~47 т, при том, что КВБ больше, чем у вас. Высота такой РН с ПГ будет не менее 60 м. Связку из 7 блоков как отделять? При "горячем" разделении баки боковых блоков наверняка будут пробиты, может рвануть и всё остальное. Придётся отбрасывать боковые блоки заранее. Теперь нарисуйте оставшуюся компоновку в пропорции. Может ли она летать? Как быть с прочностью?

__________________________
Полезный груз не терпит суеты

[hcube]

15 м - 2 ступень, 4 метра - 3я, 25 - 1я, всего - 45 метров плюс обтекатель - допустим 10 метров. Итого - 55.
Ангара-5 УКВМ предполагается в 50 метров, Зенит - 59 метров. Так что... тут как раз никакой проблемы с устойчивостью нету.

Разделение... хмм.. а почему это Зенит у нас не взрывается, а? Тоже вроде бы горячее последовательное разделение... единый блок 1 ступени из 7 УРМ вырабатывается синхронно, так что топлива там не будет при разделении...

Можно кстати посчитать, сколько ПН будет - если у кого считалка есть.

1 ступень - 7х10 тонн сухая масса, 7х110 тонн заправленная, УИ 310, тяга 7х190 тонн.
2 ступень - 10 тонн сухая, тоже 110 заправленная (просто УРМ короче в длину), УИ вакуумный - 340, тяга 213 тонн.
3 ступень - 3.5 сухая, 23.5 заправленная, УИ 460, тяга 40 тонн.

Грубо говоря, по сравнению со схемой с пакетом мы теряем вес одного двигателя, зато получаем вес половины бака второй ступени. РД-191 весит порядка 3 тонн, бак - порядка 7 тонн - т.е. получается баш на баш.

В случае с переливом мы выигрываем вес двигателя - 3.5 тонны, но теряем вес системы перелива - это порядка тонны, я думаю, 500 кг на 4 или тем паче 6 узлов как-то маловато ;-). Разве что если насосы перекачки и трубопроводы оставить на боковых УРМ, а на центральном - только приемные клапана на баке горючего и окислителя.

ДОПУСТИМ, что мы уложили вес системы перекачки центрального УРМ в 0 кг, т.е. у нас есть выигрыш массы второй ступени в 1 двигатель - т.е. в 3.5 тонны. Вторая ступень пересчитывается в ПН с коэфициентом порядка 1/5 - т.е. к ПН допустим А-5 у нас добавится порядка 700 кг. А ПН у нее - 25 тонн. 700 кг от 25 тонн - это 1/35, т.е. примерно 3%.

На той же А-5 водород дает выигрыш аж в 4 тонны - с 24 до 28 тонн. То есть 1/6 = 17% - в 6 раз выше чем перекачка.

Это, заметьте, я не учел вес системы перекачки и увеличение невырабатываемых остатков топлива на первой ступени, которые пойдут в минус с коэфициентом первой ступени - порядка 1/25.

В общем, есть мнение (с) что кто-то мухлюет с сухим весом ступеней - потому как чисто за счет оптимизиции размещения топлива такой выигрыш не получишь - топливо-то ниоткуда не возьмется, чтобы в движках сгореть...

[mihalchuk]

Наш ответ hcube:

15 м - 2 ступень, 4 метра - 3я, 25 - 1я, всего - 45 метров плюс обтекатель - допустим 10 метров. Итого - 55.

Не мало ли 10-м обтекателя Для ПГ 45 т? Итого - 60 м, не меньше! 4 м - 3-я ступень при 23,5 т и водороде - сомнительно.

Ангара-5 УКВМ предполагается в 50 метров, Зенит - 59 метров. Так что... тут как раз никакой проблемы с устойчивостью нету.

Проблемы не с устойчивостью, а с прочностью. Зенит - диаметр 3,9 м, длина 1-й ступени - 33 м, масса 1-й ступени - 353 т, общая 459 т (у последних модификаций цифры несколько иные). Грубо оценить проблему так. 1) Возьмите место стыка ступеней и посчитайте рычаги: произведение массы каждой ступени на расстояние от их центра масс до места стыка. Помните, что в верхнюю ступень входят все последующие ступени и ПГ, а в нижнюю считайте все нижние ступени. 2) Разделите наименьший из полученных результатов на диаметр стыка.    И так для каждого стыка. Этот же относительный показатель можно применять и для любого места РН, но на практике почти всегда цельные баки прочнее и о них можно не беспокоиться. Если первая ступень (7 блоков) отделяется в связке, то, задействуя боковушки, можно навязать диаметр стыка 4,1 м. Если боковушки отделяются заранее, то он будет 2,9 м. Для Зенита масса 2-й ступени с ПГ около 105 т, расстояние от ЦМ не более 12 м для Зенита-2 и 15 м - для Зенита-3. Ещё момент - На Зените 3 блок ДМ нагужен массой около 6 т. На А8 КВБ нагружен массой 45 т. Какова будет его реальная сухая масса?

Разделение... хмм.. а почему это Зенит у нас не взрывается, а? Тоже вроде бы горячее последовательное разделение... единый блок 1 ступени из 7 УРМ вырабатывается синхронно, так что топлива там не будет при разделении...

У Зенита не горячее разделение. Там запускаются рулевые двигатели 2-й ступени, а 1-я отводится с помощью тормозных. Горячее разделение - на Союзе, для этого на 2-й ступени поверх бака с кислородом устанавливается защитный экран. У УРМ нет рулевых двигателей, так что вариант Зенита не пройдёт. При горячем разделении нижний блок защитить просто, только экран нужно помощнее (200 тс тяги против 30, но не знаю, как это смотрится с учётом дросселирования). А красиво защитить боковушки - не представляю, как. Топлива в блоках не будет, но будет газ наддува, порядка 2 атм, посчитайте энергию.
 

3 ступень - 3.5 сухая, 23.5 заправленная, УИ 460, тяга 40 тонн.

Эта ступень мне решительно не нравится - слишком большая тяговооружённость по отношению к массе. Для водорода она будет дорогущая - выигрыш в ПГ не стоит свеч.

Грубо говоря, по сравнению со схемой с пакетом мы теряем вес одного двигателя, зато получаем вес половины бака второй ступени. РД-191 весит порядка 3 тонн, бак - порядка 7 тонн - т.е. получается баш на баш.

А стоимость РД-191 против половины бака?

В случае с переливом мы выигрываем вес двигателя - 3.5 тонны, но теряем вес системы перелива - это порядка тонны, я думаю, 500 кг на 4 или тем паче 6 узлов как-то маловато . Разве что если насосы перекачки и трубопроводы оставить на боковых УРМ, а на центральном - только приемные клапана на баке горючего и окислителя.

Именно! И даже не на баках, а на магистралях, выходящих из баков. Не пойдёт ли топливо самотёком?

ДОПУСТИМ, что мы уложили вес системы перекачки центрального УРМ в 0 кг, т.е. у нас есть выигрыш массы второй ступени в 1 двигатель - т.е. в 3.5 тонны. Вторая ступень пересчитывается в ПН с коэфициентом порядка 1/5 - т.е. к ПН допустим А-5 у нас добавится порядка 700 кг. А ПН у нее - 25 тонн. 700 кг от 25 тонн - это 1/35, т.е. примерно 3%.

А вы посчитали выдвижной сопловой насадок - выдвижение после отделения ББ, УИ возрастает с 3300 до 3450-3500? Это тоже преимущество перелива.

На той же А-5 водород дает выигрыш аж в 4 тонны - с 24 до 28 тонн. То есть 1/6 = 17% - в 6 раз выше чем перекачка.

На А5 правильно организованный перелив даст те же 16-17%. Если не выходить за допустимые рамки унификации, конечно.

В общем, есть мнение (с) что кто-то мухлюет с сухим весом ступеней - потому как чисто за счет оптимизиции размещения топлива такой выигрыш не получишь - топливо-то ниоткуда не возьмется, чтобы в движках сгореть...

Перелив топлива даст заметное увеличение массы ПГ в конкретных случаях - А4, А5 ..., где заданы определённые технологические параметры. Предлагаемая А8 близка по массе ПГ к предлагаемой нами А7, хоть и меньше. Но это как раз тот пример, как не надо наращивать эффективность РН. Да, здесь перелива нет, но есть масса других проблем. А надёжность? Идея А7 такая: в нашем понимании такой носитель понадобится 1 раз в год, возможно, реже. Решение - все двигатели запускаются на старте, под контролем. Затем - старт и никаких запусков верхних ступеней, только отделения боковых блоков. Конечно, необходимо отработать процессы в топливных магистралях, но такая отработка доступна на земле. Итого - 40 т на орбите.

[mihalchuk]

В ожидании Дмитрия В.
Носители - сложные системы, а сложные системы формируются под воздействием внешних условий. Поэтому споры об оптимальной РН вообще не имеют отношения к жизни. Грубый пример. Возьмём носитель, состоящий из ЦБ на водороде и двух боковых блоков такой же мощности на керосине. При этом стоимость изготовления баков ЦБ больше во столько же раз, во сколько меньше плотность топлива с к-том 1,2. ЖРД на водороде стоят не менее чем в 3 раза дороже керосиновых. Итого, вместо этой компоновки за те же деньги можно выдвинуть более тяжёлую 5-блочную компоновку на керосине. Допустим, масса ПГ в обоих случаях устраивает. Каким путём идти? Думаю, решающими будут 2 фактора: состояние производства водородников и выдержит ли стартовый комплекс 5-блочную компоновку.

[hcube]

А еще можно добавить водородную же третью ступень ;-).

[mihalchuk]

В обоих случаях.

[mihalchuk]

Посмотрел расчёты Дмитрия В. Действительно, водород может дать вдвое больше, чем керосин, но в том случае, когда только водород и кислород. Но такое решение для нас - чисто теоретическое. А вообще в формате: Отн.масса ПГ - ст.тяга блоков 1-й ст. - пустотная тяга 2-й ст. для 10 т ПГ получается так:
Керосин:
пакет, перелив    0,039 - 328 - 71    (395)
пакет                  0.034 - 392 - 67    (456)
тандем                0.038 - 394 - 70    (461)
Керосин-водород:
пакет                  0,052 - 229 - 75    (454)
тандем                0,055 - 273 - 75    (498)
Расчёты оптимизированы под максимум относительной массы ПГ. Масса ПГ несколько завышена: не учтён обтекатель и непредвиденные издержки, но в целом результаты можно сравнивать между собой. Теперь попробуем сравнить РН по стоимости. Предположим стоимость "земного" керосинового ЖРД 1 у.е. на 1 т тяги, высотного - 0,95 у.е., водородника 3 у. е. Полученная стоимость мощности ЖРД РН в у. е. приведена в скобках. Стоимость ЖРД составляет около 40% стоимости современных РН. Баки водородного блока более чем в 3 раза дороже керосиновых. Но есть системы, которые стоят одинаково. Всё это, конечно, условно, но показывает, что не надо гнаться за МЮпг. Практика всё это подтверждает - на тех РН, где используется не только водород, относительная мощность водородного блока меньше, чем в примерах Дмитрия, и порой - значительно.
    Вообще-то керосино-водородная РН привлекаткльна, если выводить на орбиту спутники, и - часто. Но мы возим на орбиту в-основном топливо. Протон запускает спутник и блок ДМ, в котором топлива больше 15 т. ДМ выводит до 6 т на ГПО, но и в таком спутнике много топлива. Эффективная масса ПГ на ГСО оказывается 2,6-2,8, максимум - 3,2 т. Прогресс из 2.5 т груза на МКС доставляет более 1,5 т топлива, воды, воздуха. Эти компоненты составляют более 60% грузопотока на НКО. Решение: возить компоненты отдельно и сделать этот процесс максимально дешёвым, используя любые решения - от самых современных технологий до грубых, но надёжных схем. При таком положении носители класса Ангары-5 понадобятся нечасто - возможно, порядка 2 раз в год при современном грузопотоке. Что-нибудь новое тут придумывать - нерационально. Конечно, носитель нужно собираль из того, что есть, и чем больше блоков - тем лучше (но из геометрических соображений максимум - 7). При 2-х пусках в год производится 10 блоков 5-блочной РН и 14 - 7-блочной. Моноблочная компоновка загнётся, так как при 2-х пусках в год бОльшая часть трудящихся будет не занята бОльшую часть года, либо будет перебрасываться на другие работы, что однозначно скажется на качестве сборки. Так что многоблочные компоновки - залог выживания носителя.

[Дмитрий В.]

to mihalchuk

Забыл сказать, что масса головного обтектеля учтена в конечной массе блоков 1-й ступени (в достаточной степени условно, но тем не менее). С уважением, Дмитрий В.

[mihalchuk]

Сим формулирую идею перелива в своём понимании.
1. Никаких баков перелива. Использовать единые баки, топливо переливать в ЖРД другого блока или в магистраль в непосредственной близости от него.
2. Стараться создать условия, чтобы топливо переливалось самотёком.
3. Все разработки и дискуссии проводить в рамках пп 1 и 2.
    Такую систему создать труднее, но возможно. Есть проблема нагрева кислорода в топливной магистрали ЦБ, но она решаема. Возможно, перед разделением потребуется дросселировать двигатель ЦБ - потерпим. В плюсах - сокращение количества баков и связанных с ними систем, значительное упрощение системы синхронного опорожнения баков. Из-за чего - удешевление производства, некоторое увеличение надёжности.
    Яркий пример - А7: 7 блоков, 8 баков.
 (ср. Ангара 5 без бл. И - 5 блоков, 10 баков).

[STEP]

Сим формулирую идею перелива в своём понимании.
1. Никаких баков перелива. Использовать единые баки, топливо переливать в ЖРД другого блока или в магистраль в непосредственной близости от него.
2. Стараться создать условия, чтобы топливо переливалось самотёком.
3. Все разработки и дискуссии проводить в рамках пп 1 и 2.
    Такую систему создать труднее, но возможно. Есть проблема нагрева кислорода в топливной магистрали ЦБ, но она решаема. Возможно, перед разделением потребуется дросселировать двигатель ЦБ - потерпим. В плюсах - сокращение количества баков и связанных с ними систем, значительное упрощение системы синхронного опорожнения баков. Из-за чего - удешевление производства, некоторое увеличение надёжности.
    Яркий пример - А7: 7 блоков, 8 баков.

Идею перелива формулировать не надо. Она уже давно сформулирована и обсчитана, начиная с Королева, во всех видах.
Сейчас этап конструктивного решения проблемы, в смысле создания конструкции непосредственно системы ререлива.
Вопрос стоит так, берется ли кто то решить в виде дешевой надежной конструкции узел (систему) перелива.
Если берется, то проблема будет решена, а схем перелива найдется огромное количество.
Если ни кто, в том числе прежде всего товарищи, ратующие за перелив, не берется разработать конкретные узлы, то разговоры будут длиться до бесконечности с тем же результатом.
Узел в студию! И я поставлю его на свою ракету с удовольствием.

[mihalchuk]

STEP:

Вопрос стоит так, берется ли кто то решить в виде дешевой надежной конструкции узел (систему) перелива.

Берусь!
Для этого нужно:
1. Данные.
а) Общая схема РН или прототипа (к-во блоков и т. д.).
б) Входные параметры ДУ на всех режимах для всех блоков.
в) Физические и геометрические характеристики топливопроводов.
г) Габариты хвостовых отсеков (реальные или проектные), геометрия свободного пространства в них.
д) Статические и динамические нагрузки в р-не ХО.
е) Собственные частоты конструкции.
ж) Доступ к отраслевым справочникам и стандартам, к которым нет общего доступа.
з) Возможности подвода энергии.
и, к...) Дополнительные данные потребуются в ходе работ.
2. Финансы.
Потребуется не только разработка системы, но и создание испытательного стенда, а также проведение ваккумных испытаний в одной из организаций, располагающих такими возможностями.
3. Согласие Заказчика на проведение работ и внедрение их результатов в случае успеха.

С уважением, Михальчук

[STEP]

STEP:

Вопрос стоит так, берется ли кто то решить в виде дешевой надежной конструкции узел (систему) перелива.

Берусь!
Для этого нужно:
1. Данные.
а) Общая схема РН или прототипа (к-во блоков и т. д.).
б) Входные параметры ДУ на всех режимах для всех блоков.
в) Физические и геометрические характеристики топливопроводов.
г) Габариты хвостовых отсеков (реальные или проектные), геометрия свободного пространства в них.
д) Статические и динамические нагрузки в р-не ХО.
е) Собственные частоты конструкции.
ж) Доступ к отраслевым справочникам и стандартам, к которым нет общего доступа.
з) Возможности подвода энергии.
и, к...) Дополнительные данные потребуются в ходе работ.
2. Финансы.
Потребуется не только разработка системы, но и создание испытательного стенда, а также проведение ваккумных испытаний в одной из организаций, располагающих такими возможностями.
3. Согласие Заказчика на проведение работ и внедрение их результатов в случае успеха.

С уважением, Михальчук

Ответ достойный Эзопа!
Это Эзоп подсоветовал Ксампфу, когда тот неосторожно пообещал выпить море, сказать, что он (Ксампф) берется выпить море, но не собирается пить воды впадающих туда рек и дождей. Отделите море от всего, что туда впадает, и я его выпью.

Итак, не беретесь спроектировать ...    
Тему считаю исчерпанной, остальные могут гулять по кругу    :?  

[Технократ]

Ха-Ха-Ха-Ха
Это просто праздник какойто.
Ха-Ха-Ха.-Ха!

[Pyhesty]

Ответ достойный Эзопа!
Это Эзоп подсоветовал Ксампфу, когда тот неосторожно пообещал выпить море, сказать, что он (Ксампф) берется выпить море, но не собирается пить воды впадающих туда рек и дождей. Отделите море от всего, что туда впадает, и я его выпью.

Итак, не беретесь спроектировать ...    
Тему считаю исчерпанной, остальные могут гулять по кругу    :?  

 Уверен, что вы никогда, ничего не проектировали. Проектировать
на полку - это тоже мало радости. Вы бы лучше конкретнее
сформулировали ТЗ на то что хотите получить.
А то слова "дешевая, надежная" выучили. Дешевая, надежная по
отношению к чему?
параметров - то много! :evil:

[mihalchuk]

Тем, кого это касается, советую обратить внимание на г-на STEP вот с какой стороны. Несанкционированная установка на ракету какой-либо системы = диверсия. Не является ли то, что предлагает STEP подготовкой к ...?          :shock:  :?    :lol:  :x    :cry:  :evil:  :roll:  :wink:  :!:  :?:  :arrow:  :shock:

_________________________
Времена-то разные бывают!

[STEP]

Тем, кого это касается, советую обратить внимание на г-на STEP вот с какой стороны. Несанкционированная установка на ракету какой-либо системы = диверсия. Не является ли то, что предлагает STEP подготовкой к ...?          :shock:  :?    :lol:  :x    :cry:  :evil:  :roll:  :wink:  :!:  :?:  :arrow:  :shock:

_________________________
Времена-то разные бывают!

Я че то не понял: я собираюсь устроить диверсию, или я собираюсь обвинить в диверсионной деятельности честных умов ...
Вы сами то поняли, что написали?