Что делать дальше с Союзом 2-1б?

[Salo]

Вот Союз 2-1б полетел. Получился гибрид с первой и второй ступенью с двигателями 50-х годов, и третьей ступенью новейшего образца с РД-0124.
В дальнейших планах Союз 2-3. Но это совсем другая ракета , с совершенно новой второй и третьей ступенями,  увеличенными в полтора раза.
В процессе дальнейшей модернизации Союза 2-3 ( Аврора)предусмотрена установка на него модернизированных боковушек с РД-0155 вместо РД-107А.
 Зная что ЦСКБ Прогресс предпочитает делать модернизации малыми шагами, можно предположить,  что новые боковушки будут опробованы не на Союзе 2-3 который ещё нужно создать и испытать, а на Союзе 2-1б.  
Даже если это не так, соблазн поставить новые боковушки на Союз 2-1б в виде бесплатной опции очень велик.

[Salo]

Попробовал сделать расчёт на спредшите РАтмана.

1 ступень
Стартовая масса 4х43400=173600 кг.
Конечная масса  4х[3784(сухая масса) +876(остатки топлива и газов)}=18640 кг
Двигатель РД-0155.
УИ у Земли  295,8с.
УИ в вакууме 333с.
Тяга в вакууме 103,57 тс.
Время работы ступени 124 с.

2 ступень
Стартовая масса 99500кг.
Конечная масса  6550(сухая масса) +4970(остатки топлива и газов)}=11520 кг
Двигатель РД-108А.
УИ у Земли  257,7с.
УИ в вакууме 320,6с.
Тяга в вакууме 100,94 тс.
Время работы ступени 278 с.

3 ступень
Стартовая масса 25456кг.
Конечная масса  2355(сухая масса) +588(остатки топлива и газов)}=2943 кг
Двигатель РД-0124.
УИ в вакууме 359с.
Тяга в вакууме 30тс.
Время работы ступени 271 с.

ГО 1800 кг, сброс на 183 с.
Получаем из Байконура

Наклонение орбиты 51,7 град.
Перигей 199,96 км.
Апогей   200,22 км.

ПН 9202,496 кг при ХС 9029,56

Получаем прибавку в ПН  900-950 кг.

[ааа]

Вдогонку вопрос по четвертой ступени "Дельфин", которую мутит Самара. Есть какая-то информация, кроме названия? На базе чего разрабатывается?

[Salo]

Боюсь ошибиться, но может быть это вариант РБ для "Воздушного старта" (см.http://www.airlaunch.ru/Russian/HTML_O/Upp_St_Boost/upp_st_boost.htm) на базе РД-0158. Больно хорошо стыкуется с Блоком И используемым в качестве второй ступени на "Воздушном старте" и третьей на Союзе 2-1б. Кроме того с "Икаром" у ЦСКБ не пошло.

[Salo]

Интересно кто у них придумывает название. Человек знающий древнегреческую мифологию никогда не назвал бы РБ Икаром.

[ааа]

Кроме того с "Икаром" у ЦСКБ не пошло.

"Икар" не разгонный блок, так, побочное применение имеющегося оборудования. Кончились заказы на "Кометы" - кончились и "Икары".
Хотя, имхо, "Фрегаты" сильно повышают себестоимость запусков "Глобалстаров".

[Bell]

Сало, от ПН, полученной по Ратману можете смело отнимать 5-7%.
Там не устены гарантийные запасы и т.п. дела. Т.е. рассмотрен иделальный случай полной выработки топлива и вообще все заправляемое в ракету считается топливом. Причем вылетает оно с максимальным УИ, без учета потерь при дросселировании и т.п.

[Дмитрий В.]

Сало, от ПН, полученной по Ратману можете смело отнимать 5-7%.
Там не устены гарантийные запасы и т.п. дела. Т.е. рассмотрен иделальный случай полной выработки топлива и вообще все заправляемое в ракету считается топливом. Причем вылетает оно с максимальным УИ, без учета потерь при дросселировании и т.п.

Ну, никто не мешает самому учесть гарантийные запасы и прочие остатки жидкостей и газов в составе "сухой" массы блока. Насчтет потерь при дросселировании согласен, хотя далеко не на всех ракетах оно применяется.

[Salo]

Во-первыхГарантийные запасы я расписал по каждой ступени. Расчёт делался на спредшите с исправленной Дмитрием В. ошибкой по плотности атмосферы.

Во-вторых я делал расчёт и для Союза 2-1б, поскольку по нему ПН уже подтверждена- 8250кг  с Байконура. Ошибка примерно +1,65%.
Пусть будет 2%. И тогда будет 700 кг.

В-третьих  новые боковушки на Союз 2-3 вместе с сопловым насадком дают прибавку 1500 кг ( с11т на 12,5т).
 Я делал расчёт по насадку со старыми боковушками получил прибавку 800 кг (см. соседний форум РН Союз-3 (Онега, Аврора, Ямал [/url]http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=2172&postdays=0&postorder=asc&start=180//)Делал%20и%20расчёт%20без%20насадка%20но%20сновыми%20боковушками%20-%20прибавка%20900%20кг.%20Т.е.%20боковушки%20дают%20прибавку%20750-800%20кг%20гарантировано.

[Salo]

Поправочка:
Во-первых: Гарантийные запасы я расписал по каждой ступени. Расчёт делался на спредшите с исправленной Дмитрием В. ошибкой по плотности атмосферы.
По первой ступени   4х876=3506 ( на 800 кг меньше чем у Союза 2-1б, за счёт перехода на гелий вместо азота).
По второй ступени  4970кг.
По третьей ступени 588 кг.

Во-вторых я делал расчёт и для Союза 2-1б, поскольку по нему ПН уже подтверждена- 8250кг с Байконура. Ошибка примерно +1,65%.
Пусть будет 2%. И тогда будет 700 кг.

В-третьих новые боковушки на Союз 2-3 вместе с сопловым насадком дают прибавку 1500 кг ( с11т на 12,5т).
Я делал расчёт по насадку со старыми боковушками получил прибавку 800 кг (см. соседний форум РН "Союз-3 (Онега, Аврора, Ямал)" http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=2172&postdays=0&postorder=asc&start=180.
Делал и расчёт без насадка но сновыми боковушками - прибавка 900 кг.
Т.е. боковушки дают прибавку 750-800 кг гарантировано.

Могу выслать файлы.

[Salo]

Заменив двигатели на боковушках, логично поменять РД-108А, на РД-0155 и на центральном блоке.
В этом случае придётся переделывать Блок А, т.к. у РД-015 другое соотношение компонентов.
У РД-108А- 2,39 ; а у Рд-0155 - 2,6.
Эта идея была предложена Т.Варфоломеевым и А.Шлядинским в статье о РД-0155К в НК №7 за 2004 год. При этом справедливо было отмечено, что это не так сложно. Поскольку перекись не нужна,  то бак "Г" опускаем ниже, ближе к ХО, а на освободившееся место добавляем цилиндрическую вставку в бак "О" того же диаметра что и бак "Г". Собственно так и предполагалось сделать в новом Блоке А  у Авроры.
В Блоке А Союза 2-1б :
Керосина  26,5 т  
ЖК около 63,25 т.
Соотношение 2,39.

Чтобы получить соотношение 2,6 нужно увеличить заправку кислородом до 68,9 т( т.е на 68,9-63,25=5,65 т).  

Жидкий азот для наддува заменяем на гелий, а шар-баллоны размещаем в баке "О". Таким образом мы 0,5т жидкого азота заменяем где-то на 20 кг гелия.
В  Блоке А Союза 2-1б где-то 2,7 т перекиси водорода.
Значит заправку Блока А можно увеличить на 0,5т+2,7т=3,2т.

Кроме того высота двигателя РД-0155  1720 мм против 2862 мм у РД108А (см.НК №7 за 2004 год). Имеем дополнительное место в ХО около 1120 мм.
При диаметре ХО около 2 м имеем примерно дополнительные 3 м3 объёма или ещё 3-3,5 т кислорода. Т. е искомые 5,65 т можно получить.

Хотя возможно авторы статьи не учли высоту фермы, с помощью которой двигатель крепится к ХО, поскольку на фотографии РД-0155 она не показана. Тогда нужно уменьшить бак керосина на 0,75 м3, что уменьшит его вес на 0,6 т. Увеличение бака "О" на 1 м3 позволит увеличить  массу ЖК на 0,855т.

Получаем  ЖК 63,25+3,2+0,855 =67,305 т.
Керосин  26,5-0,6 =25,9  т.
Соотношение 67,305/25,78=2,6

[Salo]

Теперь о двигателе РД-0155. Я уже писал о нём в соседней ветке "РН Союз-3 (Онега, Аврора, Ямал)"http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=2172&postdays=0&postorder=asc&start=180
Это двухкамерный ЖРД с двумя рулевыми камерами от РД-0124.
Для центрального блока рулевых камер должно быть четыре. Поэтому тяга двигателя и его вес увеличатся. Можно оценить следующей величиной:
Тяга у Земли  104т.
Тяга в вакууме 117,08 тс.
УИ у Земли 295,8 с.
УИ в вакууме 333с.
Масса двигателя 1350 кг.
Время работы ступени 251 с.

Стартовая масса 2-ой ступени 99775 кг (двигатель тяжелее на 275 кг).
Конечная масса 2-ой ступени  11295 кг (сухая масса 6825 кг + 4470 кг остатки топлива и газов).
Сухая масса увеличена на 275 кг (из-за двигателя), а остатки уменьшены на 500 кг (замена азота на гелий).
ГО 1800 кг, сброс на 183 с.
Старт из Байконура.
Наклонение орбиты 51,7 град.
Перигей 199,815 км.
Апогей  200,024 км.
Получаем ПН 10213,54 кг и ХС 8909,65 м/с

[eugals]

Дилетантский вопрос, извините.

Раз уж и так собираются перекомпоновывать Блок А на Авроре, а вы тут Рассуждаете про РД-0155 (то есть, та же самая перекомпоновка, как я понимаю) на боковушках, то не проще сразу сделать ход конем и поставить НК-33 и на боковушки тоже? Уменьшить их количество в два раза и всего делов. Экономиские выгоды, я думаю, не надо объяснять.

Насколько этот прожект реален с точки зрения сохранения нынешней СУ, стартового стола и обеспечения оптимальной развесовки ступеней?

[Salo]

У НК33-1, тяга почти в два раза выше, значит в два раза выше и расход топлива. Чтобы увеличить запас топлива на боковушке в два раза, Вам нужно либо увеличить ее диаметр раза в 1,5 , либо удлинить раза в 2,5( учитывая коническую форму. Это как раз и ведёт к полной перекомпоновке ракеты.
В варианте с РД0155 стартовая масса и развесовка меняются незначительно, геометрические размеры вообще остаются неизменными. Растёт только УИ и немного стартовая тяга.
Какие проблемы вы видите с СУ и стартовым столом?

[eugals]

У НК33-1, тяга почти в два раза выше, значит в два раза выше и расход топлива. Чтобы увеличить запас топлива на боковушке в два раза, Вам нужно либо увеличить ее диаметр раза в 1,5 , либо удлинить раза в 2,5( учитывая коническую форму. Это как раз и ведёт к полной перекомпоновке ракеты.

Да это-то даже мне понятно, что если уменьшаем количество боковушек в два раза, значит нужно увеличивать их объем :lol:. что, новые баки делать пришлось бы, и не факт, что конические...

В варианте с РД0155 стартовая масса и развесовка меняются незначительно, геометрические размеры вообще остаются неизменными.

Спасибо за ликбез, не знал. :oops:
Я предполагал, что затраты на перекомпоновку в обоих случаях будут если и отличаться, то не на порядок.

Какие проблемы вы видите с СУ

Я про свой прожект, а не про Ваш спрашивал :lol:
Мне так смутно померещилось, что одно дело рулить ракетой с четырьмя факелами, а другое с двумя...

стартовым столом?

Ну дыкть, если увеличивать диаметр боковушек в 1.5 раза, то влезет ли РН в старый союзовский стол.

[Дем]

В принципе можно оставить 4, но разделить компоненты по боковушкам - 2 движок+керосин, 2 - просто кислородный бак.
Правда как его вешать на соседей придётся думать...

[Salo]

Нашёл информацию в статье  И.Чёрного " Отнюдь не слабенький Ямал" в НК №15-16 за 1998 год.  Зам. главного конструктора по программе "Ямал" В.Н.Чижухин говорит:

"Последний этап темы "Русь" предполагал применение РД-120М разработки НПО "Энергомаш" на всех блоках пакета нижних ступеней, что позволяло за счёт высокого удельного импульса и малой удельной массы ЖРД увеличить массу ПГ ... на 600 кг (до 8,9 т). По нашему мнению вряд ли стоило городить огород из-за  такого выигрыша."

[Salo]

Воистину наш форум необъятен. Нашёл в соседней ветке:

 Увеличение массы ПН КК Союз на 1 тонну за счёт довыведения:

Добавлено: Вт Ноя 07, 2006 10:28    Заголовок сообщения:    

Дмитрий В.:  Пределы модернизации РН «Союз».

Многочисленные варианты проектов модернизации РН «Союз» (11А511У), появившиеся за последнее десятилетие, а также их обсуждение на форуме, побудили меня «порассуждать» на указанную тему.
1.Сразу же возникает вопрос, что считать модификацией, а что – уже новой ракетой. Четкой границы здесь нет. Поэтому предлагаю ввести условное разграничение: если при модернизации не изменяется теоретический контур блоков РН, то это – «модификация», в противном случае, мы имеем дело с «новой РН». При всей условности такого подхода, в его основе лежит идея использования уже имеющейся производственной оснастки. Согласно такому подходу, РН «Ямал», «Аврора», «Онега», «Союз-3», «Союз 2-3» являются «новыми». РН «Союз-2», в которой существенно изменен блок «И», находится как бы в «промежуточном» состоянии (правда, внешние габариты блока «И» остались, практически, неизменными). Все же я склонен отнести «Союз-2» (14А14) к «модификациям». Учитывая, что 14А14 в перспективе придет на смену семейству 11А511У, все дальнейшие модификации предлагаю рассматривать на базе этой РН. Соответственно, варианты применения новых компонентов (метан, водород) остаются за рамками рассмотрения модификаций.
2.Дальнейшее развитие «Союз-2», имхо, возможно по следующим направлениям:
- замена двигателей РД-107/108 на новые ЖРД, с более высокими удельными параметрами.
- замена конструкционных материалов (в первую очередь, на 3-й и 2-й ступенях);
- мероприятия по уменьшению невырабатываемых остатков топлива и массы газов наддува.
По первому направлению, как известно, рассматриваются двигатели РД-0155 и РД-120К(У) (версия РД-120 с укороченным/коротким соплом) – для ББ и ЦБ, а также НК-33-1 и РД-191 – для ЦБ. Однако, применение НК-33-1 и РД-191 требует изменения (и существенного) заправки ЦБ, а значит и его габаритов, что выводит указанные ЖРД за рамки темы «модернизации».
РД-120К имеет более высокий среднетраекторный УИ, чем РД-0155 (295 у земли и 336 в вакууме, против 295/333 у РД-0155), но его стартовая тяга (77,9 тс) меньше, чем у РД-0155 (92 тс). Правда, точно не известно, предусматривается ли использование рулевых ЖРД в комплекте с РД-120К. По РД-0155, очевидно, стартовая тяга указана совместно с «рулевиками». РД-120К также на сотню килограммов легче РД-0155. Расчет показывает, что замена РД-107/108 на РД-0155 ведет обеспечивает массу ПН = 9655 кг (на опорной орбите 190*190 км, наклонение 51,7 град, т.е. при старте из Байконура) при стартовой массе 308,9 т («мю ПН» = 3,13%). Дальнейшее совершенствование ДУ возможно, на мой взгляд, по пути совершенствования процессов смесеобразования (дальнейшее наращивание давления в КС нецелесообразно, по причине снижения надежности и роста стоимости, без существенного улучшения энергетических возможностей).
По второму направлению представляется целесообразным постепенный переход к алюминий-литиевым сплавам 01420 и 01460. Первый из этих сплавов давно освоен и широко применяется при производстве МиГ-29. При той же прочности, что у Д16. его плотность составляет всего 2,5 т/кубометр, модуль упругости несколько выше, а свариваемость и коррозионная стойкость существенно лучше, чем у Д16. Применение этого сплава в сухих отсеках позволяет перейти к сварным соединениям, что обеспечит, кроме прочего, снижение массы крепежных элементов (а она может достигать в среднем 6-7% от массы силовой конструкции). В целом, применение сплавов 01420/01460 позволит снизить массу конструкции на 12-15%. Применение композитов на основе углепластиков в ГО и в несиловых элементах (типа гаргротов, лючков и т.п.) позволяет снизить массу этих элементов на 25-30%. Мероприятия по 3-му направлению могут включать в себя: совершенствование заборных устройств, улучшение точности датчиков расхода, переход к терминальным алгоритмам управления (снижение гарантийных запасов топлива), переход на газобаллонную систему наддува гелием (с погруженными в бак ЖК шар-баллонами из титана). Кроме прочего, переход на газобаллонную систему высвобождает объемы в хвостовых отсеках ББ и ЦБ, что позволит увеличить заправку при неизменных габаритах блоков. Полагая, что мероприятия по 2-му и 3-му направлениям, в целом, обеспечат снижение конечной массы блоков на 15%, а массы ГО на 25%, получим (с РД-0155) массу ПН = 11000 кг на той же орбите, при Мст=310 т. Если же учесть возможность некоторого увеличения УИ РД-0155 (предположим, до уровня 297 с на земле и 335 с в вакууме, при соответствующем увеличении тяги) и РД-0124 (до уровня 361 с в вакууме при тяге 31 тс), то ПН составит11370 кг при Мст =310,4 т.
Кроме того, за счет высвобождения объемов в ХО блоков, а также переохлаждения компонентов топлива ( с целью повышения их плотности), возможно увеличение заправки ББ и ЦБ, предположительно на 10% при неизменной сухой массе и габаритах блоков (впрочем, переохлаждение компонентов может прилично повысить эксплуатационные затраты). С учетом вышеуказанных мероприятий это обеспечит массу ПН = 12178 кг при Мст = 335,8 т. Правда, в данном случае не учтены ограничения на дальность падения блоков (использование существующих полей падения), а также ограничения на максимальный соростной напор и на скоростной напор при разделении ступеней. Тем не менее, указанную массу ПН (12178 кг) можно рассматривать, как теоретически предельную для РН в габаритах «Союз-2».
С уважением, Дмитрий В.
_________________
Lingua latina non penis canina

[mihalchuk]

Дмитрий В.: Пределы модернизации РН «Союз».

Многочисленные варианты проектов модернизации РН «Союз» (11А511У), появившиеся за последнее десятилетие, а также их обсуждение на форуме, побудили меня «порассуждать» на указанную тему.
1.Сразу же возникает вопрос, что считать модификацией, а что – уже новой ракетой.
...
По первому направлению, как известно, рассматриваются двигатели РД-0155 и РД-120К(У) (версия РД-120 с укороченным/коротким соплом) – для ББ и ЦБ, а также НК-33-1 и РД-191 – для ЦБ. Однако, применение НК-33-1 и РД-191 требует изменения (и существенного) заправки ЦБ, а значит и его габаритов, что выводит указанные ЖРД за рамки темы «модернизации».

Может быть, я уже с этим и надоел, но приведу ещё один вариант на НК-33/РД-191. Если габариты ЦБ не менять, а увеличить баки двух боковых блоков и устроить перелив, то грузоподъёмность будет явно не меньше. Эти боковые блоки можно сделать цилиндрическими, с таким же диаметром, как у нижней части ЦБ.
Это будет модернизация или новая РН?

[Arie]

переход к терминальным алгоритмам управления (снижение гарантийных запасов топлива),

Эээ, не понял, и чем оно от сегодняшнего будет отличаться ?