Можно ли на РН "Ангара" обойтись без вафельных бак

[Yegor]

Давно чего то "Ангару" не пинали  
Шутка.

А теперь серьезно.
Можно ли на Ангаре обойтись без вафельных баков?

Кто знает какие баки были на первой ступени Атласа-2АС?
Вроде бы гладкие?
Размеры у неё примерно такие же как и у УРМ Ангары:
Атлас: Диаметр 3.05 м, длина 24.9 м
УРМ Ангары: Диаметр 2.9 м длина 25.1 м
http://www.astronautix.com/stages/atlsiias.htm
http://www.astronautix.com/stages/atlma5as.htm
Топливо:
Атлас: 155 тонн.
УРМ Ангары:  133 тонн.
Масса:
Атлас: 11682 кг.

Вопрос:
Если вторую ступень Ангары уменьшить в два раза - до 20 тонн вместо 40 тонн, а первую ступень сделать соотвественно на 10-20 тонн "больше". У Ангары-1 ПН будет немного меньше, зато у Ангары-3 и -5 больше. Снизятся ли при этом нагрузки на первую ступень? И если да, то можно ли будет обойтись без вафельных баков?

ЗЫ: Интересно, насколько вафельные баки дороже гладких?

[Дмитрий В.]

2 Yegor
Гладкие баки могут быть применены, если выполняется условие (в первом приближении, конечно):
Т экв. сж < =  Рнад*S + Fкр,
Где Т экв. сж – эквивалентная сжимающая сила (зависит от продольной сжимающей нагрузки и изгибающего момента), действующая на бак, Рнад – давление наддува в баке, S – площадь поперечного сечения бака, Fкр – несущая способность бака по критическим напряжениям (т.е. максимальная сила, при действии которой оболочка бака не теряет устойчивость).
Попросту говоря, гладкие баки применимы, когда равнодействующая продольных сил (в том числе при наземной эксплуатации) растягивает бак. На практике это ведет к необходимости надувать бак достаточно большим давлением, в т.ч. и при наземной эксплуатации (как, например, баки «Атласа»). Если наддув при наземной эксплуатации по каким-либо соображениям, не целесообразен, то гладкие баки могут подкрепляться шпангоутами (это повышает устойчивость оболочки, но ведет к увеличению массы и стоимости баков). Вообще же, расчеты показывают, что при одинаковой заправке и одинаковом уровне внешних нагрузок, масса топливного отсека на базе вафельных баков на 25-30% меньше массы «гладкого» топливного отсека. Кроме того, вафельные баки проще при эксплуатации. Учитывая, что доля стоимости баков в стоимости РН и пуска в целом незначительна (наибольший вклад в стоимость РН и пуска вносят двигатели и затраты на эксплуатацию), можно утверждать (или, по крайней мере, предполагать), что вафельные баки предпочтительны для РН в широком диапазоне стартовых масс.
Удлинение баков УРМ-1 и уменьшение длины баков УРМ-2 не приведет к существенному перераспределению нагрузок на 1 и 2 ступени Ангары. В данном случае, нагрузки на УРМ-1 возрастут (по крайней мере, не уменьшаться), но баки УРМ-2, вероятно, можно сделать гладкими. Правда, из-за небольшой размерности УРМ-2 это не даст сколько-нибудь заметного снижения стоимости производства.
С уважением, Дмитрий В.

[avmich]

Если наддув при наземной эксплуатации по каким-либо соображениям, не целесообразен, то гладкие баки могут подкрепляться шпангоутами (это повышает устойчивость оболочки, но ведет к увеличению массы и стоимости баков). Вообще же, расчеты показывают, что при одинаковой заправке и одинаковом уровне внешних нагрузок, масса топливного отсека на базе вафельных баков на 25-30% меньше массы «гладкого» топливного отсека. Кроме того, вафельные баки проще при эксплуатации.

Вафельные баки по массе меньше, чем гладкие с наддувом? а-ля первые Атласы?

[mihalchuk]

Дмитрий не упомянул важный момент - гладкие баки гораздо проще чистить изнутри.

Конечно, можно обойтись и без вафельных баков. Конструкция потяжелеет, масса ПГ снизится. Вопрос в том, допустимо ли снижение массы для Ангары.
Если взять такой вариант: делаем гладкие баки только на боковых блоках, тогда, по моим оценкам, снижение массы ПГ составит 0,89 [/size]т при сохранении прежней стартовой массы, параметров ЦБ и верхней ступени, и утяжелении конструкции каждого бокового блока на 1,2 т.
Для варианта с переливом чувствительность массы ПГ к утяжелению блоков 1-й ступени примерно в 2,4 раза меньше.

[Дмитрий В.]

Если наддув при наземной эксплуатации по каким-либо соображениям, не целесообразен, то гладкие баки могут подкрепляться шпангоутами (это повышает устойчивость оболочки, но ведет к увеличению массы и стоимости баков). Вообще же, расчеты показывают, что при одинаковой заправке и одинаковом уровне внешних нагрузок, масса топливного отсека на базе вафельных баков на 25-30% меньше массы «гладкого» топливного отсека. Кроме того, вафельные баки проще при эксплуатации.

Вафельные баки по массе меньше, чем гладкие с наддувом? а-ля первые Атласы?

При равной несущей способности и удельных характеристиках материала баков, несомненно вафельные баки легче. Разумеется, надо учитывать массу газов и элементов системы наддува.

[Дмитрий В.]

Дмитрий не упомянул важный момент - гладкие баки гораздо проще чистить изнутри.

Ну, вафельные баки бака ЖВ блока Ц 11К25 обезжиривались/мылись хладоном в автоматическом режиме. Проблем, вроде, не было.

[mihalchuk]

Дмитрий не упомянул важный момент - гладкие баки гораздо проще чистить изнутри.

Ну, вафельные баки бака ЖВ блока Ц 11К25 обезжиривались/мылись хладоном в автоматическом режиме. Проблем, вроде, не было.

Проблемы возникают, когда используются двигатели с окислительной газогенераторной схемой, особенно на ЖК. И проблемы серьёзные. Маленькая частичка металла в 100 мкм и менее способна инициировать пожар в турбине.

[Дмитрий В.]

Дмитрий не упомянул важный момент - гладкие баки гораздо проще чистить изнутри.

Ну, вафельные баки бака ЖВ блока Ц 11К25 обезжиривались/мылись хладоном в автоматическом режиме. Проблем, вроде, не было.

Проблемы возникают, когда используются двигатели с окислительной газогенераторной схемой, особенно на ЖК. И проблемы серьёзные. Маленькая частичка металла в 100 мкм и менее способна инициировать пожар в турбине.

Блоки А на ЮМЗ мыли вручную -  спиртом и тряпочками. По крайней мере до инцидента 29.10.1988г. Потом вроде Уткин хотел перейти на технологию з-да Прогресс.

[freinir]

Чего за бред???
Ради чего отказываться??? Чтобы проиграть на баках в массе???
Вообще к обечайке баков надо относиться наиболее бережно, так как малейшие отклонения уже добавляют сотни килограмм!!!
Откажитесь от вафли, придётся варить в 2, а то и более, раза больше кальцевых швов. Дополнительно, придётся точить N-ное количество шпангоутов.
В стоимости проиграете, в массе и геморроя получите на всю оставшуюся жизнь!!!

[mihalchuk]

Блоки А на ЮМЗ мыли вручную -  спиртом и тряпочками. По крайней мере до инцидента 29.10.1988г. Потом вроде Уткин хотел перейти на технологию з-да Прогресс.

Выяснилось, что никакая технология не решает проблемы полностью.

[чайник17]

2fr: есть и альтенативные точки зрения на вафельные баки.
Скажем, вот эти:

http://www.spacex.com/

утверждают, что баки из гладкого листа с приваренными трением ребрами жёсткости не сильно уступают по массе и гораздо дешевле.

Только не надо мне напоминать, что они далеко не улетели. Поживём - увидим. Ангары тоже пока нет.

[avmich]

Только не надо мне напоминать, что они далеко не улетели.

Уж во всяком случае нет претензий к бакам...

[Старый]

Чего за бред???
Ради чего отказываться??? Чтобы проиграть на баках в массе???

Чтоб выиграть в  стоимости, естественно.

Вообще к обечайке баков надо относиться наиболее бережно, так как малейшие отклонения уже добавляют сотни килограмм!!!

Вобщето у нормальных людей сухая масса первой ступени мало сказывается на ПН. Ну а если ракета фактически одноступенчатая значит её изобрели не нормальные люди а хруники. И теперь вынуждены удавиться вылизывая граммы чтоб выжать заявленые характеристики. Чем вы можете сами себе помочь? Только изобрести нормальную ракету.

Откажитесь от вафли, придётся варить в 2, а то и более, раза больше кальцевых швов. Дополнительно, придётся точить N-ное количество шпангоутов.

Вобщето нормальные люи шпангоуты прессуют а то и штампуют. А кто их точит? Неужели опять хруники?

В стоимости проиграете, в массе и геморроя получите на всю оставшуюся жизнь!!!

Да уж какже! Чтото пока никто не получил. Геморой получают те кто для тяжёлой ракеты выбирает базовый диаметр меньше чем у Циклона. И ещё до рождения ребёнка мается с лечением гемороя у зародыша.

[avmich]

Вообще же, расчеты показывают, что при одинаковой заправке и одинаковом уровне внешних нагрузок, масса топливного отсека на базе вафельных баков на 25-30% меньше массы «гладкого» топливного отсека. Кроме того, вафельные баки проще при эксплуатации.

Вафельные баки по массе меньше, чем гладкие с наддувом? а-ля первые Атласы?

При равной несущей способности и удельных характеристиках материала баков, несомненно вафельные баки легче. Разумеется, надо учитывать массу газов и элементов системы наддува.

Дмитрий, а не будет технологических сложностей сделать вафельные баки при такой толщине стенок? На Атласах - а речь для сравнения о них - толщина стенки была от долей миллиметра до миллиметра с чем-то.

Удастся ли сделать вафельные баки при таких толщинах, чтобы получить массовый выигрыш, но не получить локальных излишних ослаблений материала?

[Дмитрий В.]

Вообще же, расчеты показывают, что при одинаковой заправке и одинаковом уровне внешних нагрузок, масса топливного отсека на базе вафельных баков на 25-30% меньше массы «гладкого» топливного отсека. Кроме того, вафельные баки проще при эксплуатации.

Вафельные баки по массе меньше, чем гладкие с наддувом? а-ля первые Атласы?

При равной несущей способности и удельных характеристиках материала баков, несомненно вафельные баки легче. Разумеется, надо учитывать массу газов и элементов системы наддува.

Дмитрий, а не будет технологических сложностей сделать вафельные баки при такой толщине стенок? На Атласах - а речь для сравнения о них - толщина стенки была от долей миллиметра до миллиметра с чем-то.

Удастся ли сделать вафельные баки при таких толщинах, чтобы получить массовый выигрыш, но не получить локальных излишних ослаблений материала?

А зачем вафельные баки делать такой толщины? У Атласа баки из нержавейки - баки из алюминия равной массы будут втрое толще, примерно. Кстати насчет технологичности - на днях вычитал, что заключительная операция изготовления баков Атласа - сварка нижнего днища - шла непрерывно в течение 16 часов. Днище варилось двумя парами рабочих, причем одна пара работала внутри бака. ЕМНИП, каждые 2 или 4 часа происходила пересменка.

[avmich]

А зачем вафельные баки делать такой толщины?

Чем толще бак, тем тяжелее, вестимо. А возможность делать настолько тонкими доказана.

У Атласа баки из нержавейки - баки из алюминия равной массы будут втрое толще, примерно.

А известно, почему атласовские баки именно из нержавейки делались, а не из алюминия? Кстати, на Центаврах тоже сталь используется?

[Дмитрий В.]

А зачем вафельные баки делать такой толщины?

Чем толще бак, тем тяжелее, вестимо. А возможность делать настолько тонкими доказана.

У Атласа баки из нержавейки - баки из алюминия равной массы будут втрое толще, примерно.

А известно, почему атласовские баки именно из нержавейки делались, а не из алюминия? Кстати, на Центаврах тоже сталь используется?

Ну, у стали AISI-301 удельная прочность очень высокая - выше, чем у тогдашних сплавов алюминиевых. Вроде, по слухам, американе эту сталь у немцев "строфеили", а те ее для подлодок разрабатывали. На Центаврах - таже сталь.

[freinir]

Старый
Ну назовите, на сколько будут дешевле гладкие баки, нежели фрезерованные!!!
Прессованные шпангоуты, это весело..... Вы сначала закажите их у когото и сравните со стоимостью их точения на карусельном станке.

[Старый]

Старый
Ну назовите, на сколько будут дешевле гладкие баки, нежели фрезерованные!!!.

Я вам что, бухгалтер?

Прессованные шпангоуты, это весело..... Вы сначала закажите их у когото и сравните со стоимостью их точения на карусельном станке.

А перед тем как точить заготовку откуда берут?
 Кстати, на Протоне шпангоуты какие?

 Ну а вобще значит гладкие баки делают диверсанты с целью разорить страну?

[freinir]

Ну раз не можете сказать на сколько будет дешевле и будет ли вообще, то не говорите.
Для бака кстати пресованные/штампованные (горячее деформирование) профили и панели не применяются, это если говорить про АМг6Н и 1201АТН (думаю объяснять не надо). А применение 1201АТ уже не целесообразно, так как он по характеристикам хуже АМг6Н.