Пределы совершенства

[X]

Прочитал ветку - спасибо ВК и МиГу за ценные комментарии . Многое прояснилось . Но все равно я не до конца понял причину столь глубокого пессимизма.
 Вот например по мотивам конструкции упомянутой ВК : бак из стандартных материалов,  днище как полагается , все дела, но боковая стенка сделана гораздо тоньше ,чем надо , а для прочности обмотана снаружи композитами.  В таком варианте композиты работают в самом выгодном положении ,  никаких фланцев , отверстий, никаких механических соединений с некомпозитами , никакого контакта с компонентами РТ ,  а в случае Протона и никаких заморочек на криогенность, температурные расширения и растрескивания.  Как обручи на бочке.  На боковые стенки приходится большая часть массы ступени . По моим прикидкам экономия может составить процентов 40 , а это 2-3 лишних тонны на ЛЕО для Протона.

[avmich]

Под поверхностью сферы, видимо, должны быть "поля" фланцев, в форме металлических колец, являющихся частью фланцев. Существенная задача - иметь соединение композит-фланец герметичным, на нужном давлении. Если такие металличенские кольца заходят под нить, то фланцы получаются опирающимися на композит изнутри, внутреннее давление уже не вышибает. А к металлическим кольцам уже проще что-то крепить.

15 см брались из соображения 10 см отверстие и 5 см - суммарная шира полей (то есть, разность большого и малого радиусов кольца - 2,5 см).

Один из фланцев можно даже ещё меньше сделать, скажем, 10 см диаметром, или даже меньше. Пока непонятно, как оценить прочность...

[Старый]

К чему это приведет ? Расчеты на ратмановском спредшите показали , что подобный апгрейд одной лишь третьей ступени Протона М , позволяет вывести на ЛЕО 26 тонн. Аналогичный результат может быть достигнут разве что переходом на 3-ю водородную ступень

 Чтото в вашем расчёте не так. Общая масса ПН и ступени на орбите не изменится. Возможно только перераспределение массы. На сколько станет легче 3-я ступень, на столько тяжелее ПН. 3-я ступень Протона весит примерно 5 тонн, стандартная ПН - 21 тонну. Чтобы ПН стала 26 тонн нужно сделать ступень НЕВЕСОМОЙ, тогда все 26 тонн суммарной массы прийдутся на ПН. Уменьшение сухой массы ступени в два раза приведёт к увеличению ПН всего на 2.5 тонны.
 Что касается применения водорода, то считается что применение водорода на верхних ступенях увеличивает ПН на ЛЕО примерно в полтора раза, то есть в случае Протона - до 30 тонн. Но на Протоне применение водорода только на 3-й ступени неоптимально. Выгоднее вместо 2-й и 3-й ступеней сделать одну большую водородную 2-ю ступень. Оно и дешевле будет.

[Старый]

Не думаю
Намотать из углеткани бак не проблема . Делают же целые самолеты и яхты , размеры сопоставимые , а сложность больше. Если массу готового изделия (самолета/яхты) разделить на его вес - будет около 100 долларов за кг.  То есть композитный бак 3-ей ступени потянет максимум на $100000 . Да пусть хоть миллион .  Это с лихвой оправдает лишние 5 тонн на ЛЕО .

 Тот композит из которого делают яхты/самолёты это совсем не тот композит, из которого делают ракеты. Ни о каком двухкратном снижении веса там нет и речи. Вес снижается немного. И несмотря на все заморочки с композитами на самолётах до сих пор вся силовая основа металлическая.

[Старый]

А идея то отличная - и имела место быть её воплощение.
Вспомним пичившую в бозе BA-2 именно из углепластика были намотаны её 6 мтровые диаметры ступеней, что даже при пероксиде довало 18 тонн на НЗО с 1000 тонн стартовой массы при трёх ступенях.
В ангарах стяли уже намотанные баки, были сделаны и испытанны и 2-й ступени и 3-й ступени  двигатели

Вы ничего не путаете? "Были намотаны", "были сделаны и испытаны" или ДОЛЖНЫ были быть намотаны, сделаны и испытаны, должны были по ламерскому мнению г-на Билла?

Пожалуй действительно 40 тонн у "Протона-УП" ( Протон-Углеплпстик)
возможен и желателен.

Вы ничего не путаете? Существует ведь закон сохранения энергии. Грубо говоря в первом приближении энергия заложенная в 550 тоннах топлива Протона позволят поднять на 200км и разогнать до 8 км/с только 26 тонн. Чем вы собираетесь поднимать и разгонять 40 тонн-то, даже если баки у вас будут вобще невесомые?
 По формуле Циолковского даже если ступени в целом вместе с двигателями считать невесомыми и взять начальную массу 600 тонн, конечную 40 тонн и удельный импульс 325 сек, то этот агрегат не достигнет орбитальной скорости.

Мои поздравления Гостю - жаль не знаю имени.
Именно такие светлые мысли помогают взглянуть на проблемму с непревычной стороны.

Мои вам сочувствия и сомнения что вы действительно технократ. Именно такие мысли обычно характерны для людей,которые не разбираются в существе вопроса.
 Современные РН "вылизаны" до предела, что либо безболезненно улучшить в них уже невозможно, и если комуто кажется что он придумал способ чтото радикально улучшить, значит он чтото не заметил.

А конструкция намотки конечно отличается от сварки, и как показал опыт вышеупомянутого проекта, иные технические решения дали возможность создовать дешёвые и надёжные конструкции.

Опыт вышеупомянутого проекта (Билл Аэроспейс) показал, что это афера из афер, и подобные проекты не могут кончиться ничем кроме позорного краха.

[Старый]

Ну и под конец немножко конструктива, если только это конструктив.
 Дело в том, что композиты на основе влокон хорошо работают на РАЗРЫВ. На сжатие, изгиб и пр они уступают металлам. Поэтому они (композиты) используются только там, где оболочка работает на разрыв. А именно в баллоонах и конечно же в корпусах РДТТ, которые нагружены внутренним давлением в десятки (уже за сотню) атмосфер. В других конструкциях намотанные композиты не имеют никаких преимуществ, и более того, уступают металлам. Поэтому ни у одного нормального инженера не возникает дурных мыслей делать из композита баки обычных ракет с турбонасоснеыми двигателями.
 Если бы наш Гость это знал, он бы не стал подозревать конструкторов в том, что они не догадались до такой простой мысли. А если бы он вдруг решил сделать бак 3-й ступени Протона из композита, то с удивлением заметил бы, что ступень стала ТЯЖЕЛЕЕ, а не легче. Вот такова, увы, реальность.

 Каждый раз, когда вам кажется, что вам удалось найти новое применение уже давно известному решению, и это позволяет что радикально улучшить, надо помнить фундаментальный закон природы, а именно 4-й закон Мэрфи:
 "Если вам кажется что ситуация улучшается, значит вы чего то не заметили".

[X]

По формуле Циолковского даже если ступени в целом вместе с двигателями считать невесомыми и взять начальную массу 600 тонн, конечную 40 тонн и удельный импульс 325 сек, то этот агрегат не достигнет орбитальной скорости

Справедливости ради :
3250*ln(600/40)=3250*ln 15=3250*2.708=8800 м/c .  Стоит также учесть , что "невесомая" ракета при той же тяге двигателей быстрее набирает скорость , а значит меньше будут гравитационные потери. 8800 м/с  - в рамках рассматриваемой идеализации - ХС более чем достаточная для выхода на орбиту.

Современные РН "вылизаны" до предела

Вылизано УИ. А в плане совершенства еще есть что вылизывать. О чем и было написано в первом посте топика.  Бонус в несколько тонн за счет перехода на композиты - неизбежное следствие технического прогресса в ближайшие 10 лет.

[Старый]

Справедливости ради :
3250*ln(600/40)=3250*ln 15=3250*2.708=8800 м/c .  Стоит также учесть , что "невесомая" ракета при той же тяге двигателей быстрее набирает скорость , а значит меньше будут гравитационные потери. 8800 м/с  - в рамках рассматриваемой идеализации - ХС более чем достаточная для выхода на орбиту.  

 Вероятно потери всётаки превысят 900 м/с. Ну да ладно, если только на невесомой...

Вылизано УИ. А в плане совершенства еще есть что вылизывать. О чем и было написано в первом посте топика.  Бонус в несколько тонн за счет перехода на композиты - неизбежное следствие технического прогресса в ближайшие 10 лет.

 Вылизано всё. Реально увеличивать весовое совершенство уже некуда. Затраты на снижение веса не окупятся ростом ПН. Если допустить невероятное, что при прочих равных вес 3-й ступени снизится ВДВОЕ, то для Союза рост ПН составит примерно 1.3 тонны, а для Протона - 2.5 тонны. Но для этого надо изыскать способ снизить сухой вес вдвое.
 Более менеее ощутимый результат будет у Зенита - у него слишком тяжёлая 2-я ступень.
 Ну и надо отметить, что при выводе не на ЛЕО а на более "энергичные" орбиты эффект усиливается. Если сухой вес блока ДМ уменьшить вдвое, то масса ПН на ГСО возрастёт почти в полтора раза!

[X]

то для Союза рост ПН составит примерно 1.3 тонны, а для Протона - 2.5 тонны

Рост будет больше . Просто прибавить к полезной нагрузке полмассы ступени - не совсем верно. В формуле Циолковского все же логарифм стоит - функция сугубу нелинейная.  Я рассчитывал "по ратману" и цифры уже приводил.

О пределах снижения веса - вдвое это конечно слишком, но на 30-40 процентов - наша святая обязанность.  Из практически достигнутого я слышал цифру 25 - американе сделали (в железе) перспективную водородную ступень. Я потому Протон и рассматриваю , что с ним заморочек меньше , глядишь и 40% сэкономим.

Надеюсь услышать мнение ВК о перспективах варианта , высказанного 4-мя постами выше.

[Старый]

Рост будет больше . Просто прибавить к полезной нагрузке полмассы ступени - не совсем верно. В формуле Циолковского все же логарифм стоит - функция сугубу нелинейная.  

Как это? Конечная масса то останется одинаковой, просто масса ступени будет заменена массой ПН. Поэтому число Z под логарифмом не изменится. Ну и вы очень кстати заметили про нелинейность. Для больших Z увеличение значения приводит к очень незначительному росту значения логарифма.

О пределах снижения веса - вдвое это конечно слишком, но на 30-40 процентов - наша святая обязанность.

А с какого процента святая обязанность становится несвятой?

Из практически достигнутого я слышал цифру 25 - американе сделали (в железе) перспективную водородную ступень. Я потому Протон и рассматриваю , что с ним заморочек меньше , глядишь и 40% сэкономим.

О чём это вы?

[X]

О чём это вы?

Об этом . Довели до ума старые наработки со времен X-33.

Как это? Конечная масса то останется одинаковой, просто масса ступени будет заменена массой ПН. Поэтому число Z под логарифмом не изменится

Останется неизменным Z для связки ступень-ПН , а соотношение их масс изменится .
Например для уменьшение массы вдвое.
было : Z=(M0+Mc+Mт)/(М0+Мс)
cтало : Z=(M1+0.5*Mc+Mт)/(М1+0.5*Мс)
М1 - масса полезной нагрузки в новом варианте.
Приравняйте 2 выражения , и увидите что М1 описывается интересной формулой , более сложной чем М1=М0+0.5*Мс

[Старый]

Я тут посмотрел - снижать сухую массу орбитальных ступеней Протона и Союза - самое относительно невыгодное дело. Чем больше отношение массы ступени к массе ПН тем выгоднее снижать массу ступени.
 Например 2-я ступень Космоса-3М весит 1.7 тонны, и выводит на 1000-км орбиту накл 82 град ПН в 850 кг. Если массу ступени уменьшить вдвое, то и ПН возрастёт вдвое! Судя по всему это рекорд. Рекорд неэффективности ступени которая вдвое тяжелее полезной нагрузки, потому и рекордный выигрыш от снижения её массы. Чтото аналогичное должно быть у Зенита для Целины-2.
 Блок ДМ на ГСО весит 2200 кг. Если массу уменьшить вдвое, то ПН возрастёт на 40%.

 Что касается водородных блоков, то они имеют большие баки снабжённые теплоизоляцией. В данном случае применение композитных сотовых панелей заодно служащих и теплоизоляцией может конечно дать какойто эффект. Но сотовая панель это уже не намотка, это уже из другой оперы.

[Старый]

Останется неизменным Z для связки ступень-ПН , а соотношение их масс изменится .
Например для уменьшение массы вдвое.
было : Z=(M0+Mc+Mт)/(М0+Мс)
cтало : Z=(M1+0.5*Mc+Mт)/(М1+0.5*Мс)
М1 - масса полезной нагрузки в новом варианте.
Приравняйте 2 выражения , и увидите что М1 описывается интересной формулой , более сложной чем М1=М0+0.5*Мс

 Зачем нам общая формула? Подставьте конкретные цифры.

[Старый]

Об этом . Довели до ума старые наработки со времен X-33.

 Я так и думал. Водородный бак где нужна ещё и теплоизоляция, а сотовая панель будет играть роль и того и другого. Но в Союзе то и Протоне нет теплоизоляции, там этот эффект не скажется.
И заметьте:"Composite tanks offer a 10 to 25 percent reduction in weight over current aluminum tanks,"  речь идёт о 10-25% снижении массы бака, а не всей ступени. Причём толька бака водорода, на кислородный они судя по всему не покушаются.

 Реально окажется что? Реально удастся выжать только нижний предел заявленой цифры - 10%. Для бака без теплоизоляции эффект окажется меньше, ну допустим 5% (если он вообще будет).  Ну и если баки весят половину веса ступени, то суммарный эффект составит 2.5% веса ступени. То есть для Союза - 60 кг. Вот и всё что реально удастся получить в лучшем случае. Длоя Протона - 200 кг.
 Платойза это будет необходимось освоения композитных технологий и строительства как минимум нового цеха. Хотели как лучше а получилось как всегда...
 А некоторым уже в мечтах рисуются 6 тонн приросмта ПН а самым некоторым - ПН в 40 тонн...

[МиГ-31]

О чём это вы?

Об этом . Довели до ума старые наработки со времен X-33.

Уа-ха-ха! Щаззз!

During the next nine months, the team will fill, apply internal and external loads, and drain the tank approximately 40 times to demonstrate its structural integrity at cryogenic temperatures and its ability to be reused.

Вы сейчас говорите как наш легковерный министр авиационной промышленности, которого привозили в нашу лабораторию каждый раз, когда надо было выбить бабла(тогда это называлось получить фонды) на продолжение экспериментальных работ по пластиковому водородному баку(эти работы финансировались отдельно от НИОКР по, скажем Ту-155, в котором, кстати, бак таки сделали из нержавейки).
 Так вот. Был у нас в лаборатории  точно такой же, как у американцев намотанный цилиндрический бачок литров на 500. Стоял он себе на попа, и все трубы и коммуникации были введены через верхнюю обечайку и шли до самой нижней. Снаружи был обмотан ЭВТИ. Толщина стенки была -17мм(!!!!!) она получилась такой после, наверное, десятикратной подмотки слоя-двух чтобы устранить течи Расчетная толщина цилиндрической части из условий прочности была 1.25 мм. Почувствуйте разницу.

Так вот. Приезжал министр, его вели к баку, обставленному красивыми плакатами примерно такого же содержания, как и приведенная вами американская статья. Даже еще похлеще. Если продолжить нарисованные на наших плакатах графики, то получалось, что лет через десять наши баки станут весить вообще меньше нуля и будут летать сами, как только перережешь веревочку, которой оне к земле привызыны, как шарики воздушные. При вхлде в лабораторию группе сопровождающих министра Гостей и Технократов надевались красивые полиэтилентерефталатовые ПЭТФ(они кончали уже от одного этого слова :lol:  если бы они знали, что это просто метализированная лавсановая пленка из Детского Мира, то они нае стали бы кончать :wink: )комбинезоны, а затем ваш покорный слуга выливал в этот бак через красивую горловину четыре двадцатилитровых дьюара жидкого азота. Бо жидкого водорода было жалко, да и неизвесно, что могло бы произойти, а министр все равно ЖА от ЖВ не отличит :twisted: . Заливка ЖВ - вообще весьма длительный и небезопасный геммор, его при начальстве лучше не производить - точно бы взорвалось.
Потом включали насос и со дна выкачивали все что осталось от того азота. Кругом азотный пар, все шкворчит, в азот кидают воблину и восхищенный министр рабивает ее о стол на миллион кусочков, все в восторге, банкет. Фонды получены. Если бы в те времена была гласность и в свите министра была бы Аля, на следующий день все газеты были бы заполнены статьями, по сравнению с которыми приведенная вами - детский лепет. Жалко в те времена ПиАра, как и секса у нас не было! :lol:
 Вот примерно так. Учитесь читать Пиарные заказухи. Первое что надо делать - поделить все цифры (if any) на десять, прочитать статью, потом поделить еще не пять, и только потом начинатьее анализировать!
 А тот бак весил в результате, столько же, сколько боевой бак из нержавейки вдвое большей емкости. и это при том, что вводов/выводов на нем было в десять раз меньше, чем на боевом баке. А главный вес намотанных баков, это как раз вводы-выводы, переход от цилиндрической части к сферическим(очень невыгодно с точки зрения компоновки ступеней) или поверхностям типа полуторроидальным(значительно лучше компонуется, но намотать... Хотя мотали и их. И примотка шпангоутов и противоплескательных перегородок.
Короче:
а. Оптимистический прогноз - лет через десять.
б. Реальный прогноз - лет через тридцать.
в. Еще более реальный - никогда. Ибо к тому времени вообще вместо ЖРД что-нибудь другое придумпют.

ЗЫ:С ума сойти! Я со Старым согласен хоть в чем-то!

[avmich]

МиГ, а что у вас за лейнер был внутри бака? Непроницаемая оболочка какая?..

[МиГ-31]

МиГ, а что у вас за лейнер был внутри бака? Непроницаемая оболочка какая?..

В пластиковом или в боевом?

[avmich]

Х-33 не так уж и стар. А то, что его баки можно довести до ума (то есть, в композитах можно возить водород, при этом композиты легче некомпозитов), в общем, особо не сомневаются. Программу закрыли по другим причинам...

[avmich]

В пластиковом, конечно. Я вообще не уверен, в стальных такие оболочки всегда есть или только иногда? :)

[МиГ-31]

Х-33 не так уж и стар. А то, что его баки можно довести до ума (то есть, в композитах можно возить водород, при этом композиты легче некомпозитов), в общем, особо не сомневаются. Программу закрыли по другим причинам...

Нельзя их довести, чтобы не уровнять в цене с платиновыми.
 Если помните, там баки - не вставные цилиндрические, а бак кессоны должны были быть несущие. А тут вылезает растрескивание из-за большой толщины-низкой теплопередачи материала стенок. И нужно бороться с градиентом температуры по толщине стенки. Нереально пока.
В общем, вы меня поняли.