РН Cибирь - к вопросу о пользе метана.

[Filas]

Для того, чтобы заинтересовать росавиакосмос (правда, я в этом сильно сомневаюсь), нужно, чтобы Сибирь минимально отличалась от Союза. Попробуйте просчитать ее при внешних габаритах Союза.

За предложение наддувать бак гелием, я бы расстреливал на месте  
Баки наддуваются газифицированными компонентами, отобранными с выхода ТНА. Теплообменник можно установить за турбиной ТНА на газопроводе высокого давления. (наддувать генераторным газом не получится, вода и СО2 будут образовывать кристаллы в баках).
Ваши схемы с гелием обойдутся вам (при давлении наддува 0,3 МПа и давлении в баллоне с гелием 500 МПа) суммарно в 475кг газа наддува, не считая массы баллонов. При уменьшении давления в баллоне или увеличении давления наддува, прямо пропорционально вырастет и потребная масса гелия.

[Сверхновый]

Принципиальным недостатком пакетной схемы является то что при работе ЦБ от земли вторая ступень начинает работу с уже частично пустыми баками, а это снижает массовое совершенство. К тому ж работа двигателя от земли ограничивает высотность сопла.

А еще недостаток - повышенные аэродинамические потери. У тандема, типа, Космос 3м лобовая площадь получется меньше.

Семерку делали в докосмическую эпоху и как зажигать керосиновый движок в пустоте было непонятно. Поэтому и выбрали двухступенчатый пакет.
А потом уже приделали на МБР Р-7 третью ступень и получили РН Союз.
Получился гибрид негра с мотоциклом.
Если делать сейчас, на современных движках с высоким УИ, то боковые ускорители не нужны. Достаточно сделать центральный блок с достаточной тягой и выводить двумя ступенями на LEO.
Если просчитать духступенчатый тандем и аналогичную РН с боковушками, то выигрыш по ПН получается мизерный (естественно, это при водороде на верхней ступени). А проигрыш - ухудшается надежность и стоимость из-за боковых ускорителей.

[Старый]

Семерку делали в докосмическую эпоху и как зажигать керосиновый движок в пустоте было непонятно. Поэтому и выбрали двухступенчатый пакет.
Если делать сейчас, на современных движках с высоким УИ, то боковые ускорители не нужны. Достаточно сделать центральный блок с достаточной тягой и выводить двумя ступенями на LEO.
Если просчитать духступенчатый тандем и аналогичную РН с боковушками, то выигрыш по ПН получается мизерный (естественно, это при водороде на верхней ступени). А проигрыш - ухудшается надежность и стоимость из-за боковых ускорителей.

Тем не менее практически все современные специально разработанные космические РН используют пакетную схему и боковые ускорители. Атласы, Дельты, Арианы, японцы, китайцы, индусы. Преимущества пакетной схемы преобладают над её недостатками что и обусловило её широкое распростиранение.
 Эффективность считается по критерию стоимость/эффективность а не по относительной массе ПН.

[Сверхновый]

Тем не менее практически все современные специально разработанные космические РН используют пакетную схему и боковые ускорители. Атласы, Дельты, Арианы, японцы, китайцы, индусы.

Скажем, на Ариане понятно. Там центральный блок водородный, а его тяга дорого стоит. Поэтому ему в помощь работают дешевые ТТУ.

А на семерке центр керосин, и боковухи керосин - экономическая целесообразность здесь не причем - это наследие от военной МБР Р-7.

[Старый]

А на семерке центр керосин, и боковухи керосин - экономическая целесообразность здесь не причем - это наследие от военной МБР Р-7.

Экономическая целесообразность тут очень даже причём. А вот при чём тут "военная"? Вы считаете что пакетная схема это атрибут военных МБР?
 А ещё интересно: чьё наследие жидкостные ускорители на CZтах и Ариане-44L?

[Сверхновый]

Экономическая целесообразность тут очень даже причём. А вот при чём тут "военная"? Вы считаете что пакетная схема это атрибут военных МБР?

Нет, обычно военные МБР как раз тандемы, чтоб из шахт запускать.

Это первая МБР семерка такая такая получилась. Понятно, что для межконтинентальной дальности одной ступени не хватало, а зажигать керосиновый ЖРД в пустоте не умели. Вот и сделали пакет.

Сейчас можно сделать один толстый центральный блок с достаточной тягой без боковух на РД-107, а на верх поставить водородную ступень.

А ещё интересно: чьё наследие жидкостные ускорители на CZтах и Ариане-44L?

Ариан 44L - это наследие модернизированного Ариан 4.

Многие РН в результате модернизации обросли боковушками. Как еще малой кровью проапгрейдить грузоподьемность? Увеличить баки, навесить ускорители!
Естественно, если разрабатывать РН с чистого листа, так лучше не делать.

[Fakir]

Старый

Вобщето ни у одной ракеты вторая ступень не может быть самостоятельной ракетой.

Сатурн-1?

Принципиальным недостатком пакетной схемы является то что при работе ЦБ от земли вторая ступень начинает работу с уже частично пустыми баками, а это снижает массовое совершенство.

Насколько сильно снижается? Не компенсируется ли это чем-то еще?

К тому ж работа двигателя от земли ограничивает высотность сопла

Ага, вот это неприятно

[Fakir]

Cверхновый

А проигрыш - ухудшается надежность и стоимость из-за боковых ускорителей.

Вот со стоимостью неоднозначно, всяко может повернуться. Поскольку боковушек нужно клепать много, по 4 на ракету - "серийность повышенная", может и дешевле оказаться.

[Старый]

Сатурн-1?

Вторая ступень не могла самостоятельно стартовать с земли.

Насколько сильно снижается? Не компенсируется ли это чем-то еще?

Компенсируется. Работающий вместе с первой двигатель второй ступени увеличивает стартовую тягу.

Ага, вот это неприятно

Неприятно но не очень. Потери не столь уж велики и частично компенсируются увеличением стартовой массы за счёт того же двигателя.

[Старый]

Нет, обычно военные МБР как раз тандемы, чтоб из шахт запускать.

Вот именно. Поэтому и нельзя говорить что пакетная схема семёрки это наследие боевой ракеты. Потому она фактически и не стала боевой, что была пакетной.

Ариан 44L - это наследие модернизированного Ариан 4.

Нет. Ариан-4 сразу проектировалась под четыре ускорителя. Без ускорителей она может взлететь только сильно недозаправленой. И даже с двумя ускорителями только недозаправленой.

Многие РН в результате модернизации обросли боковушками. Как еще малой кровью проапгрейдить грузоподьемность? Увеличить баки, навесить ускорители!

Видите? Такое решение получается малой кровью. А кто захочет добровольно проливать большую кровь?

Естественно, если разрабатывать РН с чистого листа, так лучше не делать.

И тем не менее все делают именно так. Все вновь разработаные ракеты имеют пакетную схему или ТТУ. Вероятно "лучше" в понимании специалистов-ракетчиков отличается от "лучше" в вашем понимании.

[Дмитрий В.]

Для того, чтобы заинтересовать росавиакосмос (правда, я в этом сильно сомневаюсь), нужно, чтобы Сибирь минимально отличалась от Союза. Попробуйте просчитать ее при внешних габаритах Союза.

За предложение наддувать бак гелием, я бы расстреливал на месте  
Баки наддуваются газифицированными компонентами, отобранными с выхода ТНА. Теплообменник можно установить за турбиной ТНА на газопроводе высокого давления. (наддувать генераторным газом не получится, вода и СО2 будут образовывать кристаллы в баках).
Ваши схемы с гелием обойдутся вам (при давлении наддува 0,3 МПа и давлении в баллоне с гелием 500 МПа) суммарно в 475кг газа наддува, не считая массы баллонов. При уменьшении давления в баллоне или увеличении давления наддува, прямо пропорционально вырастет и потребная масса гелия.

Гелиевая СН по массе раза в 2 легче, чем при наддуве основными компонентами (за исключением водрода).

[Дмитрий В.]

Сама по себе пакетная схема неплоха. Ее основной недостаток в Союзе - что движок на центре слишком слабый. Это нормально пока центр только из себя и состоит, но как только возникает необходимость туда установить третью ступень, начинаются проблемы с тяговооруженностью. Увеличение тяги центра до 2х тяг боковушек полностью эту проблему решает.

Расчеты для пакетной компоновки показывают, что оптимальное (с точки зрения максимума "мю ПН") значение доли тяги ЦБ в стартовой тяге РН лежит в диапазоне 0,1-0,2 для достаточно широкого круга компонентов топлива.

[Старый]

Гелиевая СН по массе раза в 2 легче, чем при наддуве основными компонентами (за исключением водрода).

Настолько ли велик этот эффект чтобы экономически оправдать применение гелиевой СН? Особенно на первых ступенях?

[Дмитрий В.]

Гелиевая СН по массе раза в 2 легче, чем при наддуве основными компонентами (за исключением водрода).

Настолько ли велик этот эффект чтобы экономически оправдать применение гелиевой СН? Особенно на первых ступенях?

Старый :!: Гелием шарики воздушные надувают в детском парке :wink: В общих затратах на пуск, стоимость гелия - тьфу :!: А выигрыш в массе ПН ощутимый.

[Старый]

Старый :!: Гелием шарики воздушные надувают в детском парке :wink: В общих затратах на пуск, стоимость гелия - тьфу :!: А выигрыш в массе ПН ощутимый.

"Ощутимый" это сколько? Особенно когда речь идёт о первых ступенях?
 А гелиевая система на РН и наземная инфраструктура - они ничего не стоят?
 Да, и насколько я понимаю надувать шарики воздухом всётаки дешевле чем гелием?

[hcube]

Дешевле. Но они при этом не летают ;-).

2 Дмитрий В.

Расчет для чистого пакета? Или для пакета с третьей ступенью? Потому что у нас со Степом получилось как раз обратное - оптимальная тяговооруженность центра - 1/3 от общей тяги или около того. Если брать даже 1/5 - фигня получается, не тянет нормально ЦБ третью ступень, тяга сильно падает. А уж с 1/10 - полный финиш

Напомню развесовку Сибири М3:
ББ - 4х60 т, тяга 4х100т
ЦБ - 1х120т, тяга 1х200т
3 ступень - 1х55т, тяга 1х100т.
ПН - 15т

А с водородом и вообще лучше иметь еще более тяжелую 3 ступень.

Может, оптимальная развесовка от УИ двигателя зависит?

[fagot]

Напомню развесовку Сибири М3:
ББ - 4х60 т, тяга 4х100т
ЦБ - 1х120т, тяга 1х200т
3 ступень - 1х55т, тяга 1х100т.
ПН - 15т

Может я пропустил, два двигателя на центре у вас после отделения боковух включаются или весь ЦБ дросселируется? И что-то потяжелела она у вас.

Может, оптимальная развесовка от УИ двигателя зависит?

Развесовка по ступеням конечно зависит.

[hcube]

Нет, все со старта работают. 600 тонн стартовая тяга. Ну, точнее не 600, 50 тонн - это вакуумная тяга, а в атмосфере - 44 тонны, т.е. 12 движков дадут 528 тонн тяги.

[fagot]

Нет, все со старта работают. 600 тонн стартовая тяга. Ну, точнее не 600, 50 тонн - это вакуумная тяга, а в атмосфере - 44 тонны, т.е. 12 движков дадут 528 тонн тяги.

Тогда получается, центр работает столько же, сколько и боковухи и пакет нужен только для использования семерочного старта?

[hcube]

Конечно нет. Пардон, наврал. Но можно было и глянуть на 1 страницу.

Заливка ББ - 36,53т, масса конструкции 3.9 т, 2 двигателя
Заливка ЦБ - 108,871т, масса конструкции 11.7 т, 4 двигателя.

Т.е. на момент окончания топлива в ББ в ЦБ остается еще порядка 35 тонн типлива - примерно треть начальной заливки. У Союза остается примерно половина. Но у нас в 2.5 раза более тяжелая третья ступень - по сути топливо 'перелито' туда.

Кстати, Старый - при равной сухой массе метановой и керосиновой боковушки, заливка метановой меньше примерно на 10%. Т.е. тут с массами все нормально. ЦБ же вообще весит почти в 2 раза тяжелее - в 1.8, если точно. Притом что заливка - 108 т против 90.

Кстати - вот любопытная картинка...



Liquid hydrogen R-7 version
Varfolomeyev T., Shlyadinsky A.

The original specification of 1962 did require for the 8K78L vehicle a payload capability of about 9.51 for LEO and 2.81 for escape trajectory. All payloads for this version were being aimed at these values of payload weight.
Although LH2 is the most energetic fuel than any other, serious problem arose from its low density, - hydrogen stages required very large fuel tanks. So, as the project progressed, weight of the hydrogen upper stages had become so heavy that the "hydrogen" R-7 rocket would not meet the original requirements. To reach a desired payload capability, the total loaded weight of the entire R-7-based vehicle was to be about 3401 [6]. In that variant, it would possibly have put a payload of up to 9.5t in LEO [7]. But this meant that it was necessary to improve essentially a basic packet of Stage 1/2 , first of all to uprate a total thrust of its engine units.
During 1963 project of hydrogen R-7, i.e. the R-7 rocket with hydrogen upper stages, was revised and in early 1964 took definitive shape. Because at that time Chief Designer of rocket engines Glushko had stopped all work on LOX- kerosene engines, Korolev had to give up the idea to uprate the existing engines 8D728/727 (RD-107/108) of Stages 1/2. He proposed to power the central sustainer Block A (Stage 2) by a cluster consisting of four engines 8D717 (NK-9), designed at that time by Nikolai D. Kuznetsov's OKB-276. Thus the basic package of Stage 1/2 was to be uprated from 413.3 to about 470 tonnes of lift off thrust. All LOX tanks would be loaded with super-cooled LOX.
Two versions of hydrogen R-7 launcher were being developed during 1963-1965. The four- stage launcher received the initial designation 8K78L, was to have hydrogen Stages 3 and 4 and could possibly launch both interplanetary and orbital payloads in parking orbit. The three-stage launcher designated 11A58 was to have modified hydrogen Stage 3 and was intended to launch orbital payloads. Stage 3 of the 11A58 was to have its own inertia! control system whereas the control system of the 8K78L's upper stages was to be placed onboard hydrogen escape Stage 4, Block M.