40-тонник: ищем оптимальное решение.

[Дмитрий В.]

...рассмотрим вариант применения однокамерного ЖРД с умеренными параметрами. Пусть это будет керосиновый двигатель открытой схемы (хотя, может статься, что нашим конструкторам проще и дешевле отработать ЖРД замкнутой схемы :roll: ) с давлением в КС порядка 90-100 атм. Вторая ступень - водородная. Навскидку стартовая масса ракеты составит минимум 700-800 т. Иными словами тяга ЖРД 1-й ступени должна быть не менее 1000 т.

Дмитрий, не споря с Вашими выводами, хочу уточнить:
Вы всерьёз считаете возможным сделать 40-тонник при массе всего 700 (пусть даже 800) тонн, де ещё и на движках ОТКРЫТОЙ схемы ??  :shock:

Несомненно! УИ ЖРД первой ступени не сильно влияет на массу ПН. Кроме того на ЖРД открытой схемы (РД-108А) достигнут УИ порядка 320 с. Учитывая, что такие ЖРД еще и легче навороченных монстров, а на 2-й ступени установлен водородник, никаких проблем в достижении 5%-й массовой отдачи нет.

[Андрей Суворов]

Несомненно! УИ ЖРД первой ступени не сильно влияет на массу ПН. Кроме того на ЖРД открытой схемы (РД-108А) достигнут УИ порядка 320 с.

В вакууме. И сопло у РД-108А наименее "земное" из всех двигателей, работающих "от Земли". Разве что атласовский старый sustainer имел меньшее давление на срезе.

Учитывая, что такие ЖРД еще и легче навороченных монстров, а на 2-й ступени установлен водородник, никаких проблем в достижении 5%-й массовой отдачи нет.

Дмитрий, а - теоретически - если перевести его с перекиси на восстановительный газ, как Ф-1 или Мерлин, УИ вырастет или упадёт? Хотя, емнип, речь идёт о 3% расхода (т.е. 9 ед. УИ), прирост-падение не превысит разницы от этих 9 ед туда - 9 ед сюда...

[Дмитрий В.]

Несомненно! УИ ЖРД первой ступени не сильно влияет на массу ПН. Кроме того на ЖРД открытой схемы (РД-108А) достигнут УИ порядка 320 с.

В вакууме. И сопло у РД-108А наименее "земное" из всех двигателей, работающих "от Земли". Разве что атласовский старый sustainer имел меньшее давление на срезе.

Учитывая, что такие ЖРД еще и легче навороченных монстров, а на 2-й ступени установлен водородник, никаких проблем в достижении 5%-й массовой отдачи нет.

Дмитрий, а - теоретически - если перевести его с перекиси на восстановительный газ, как Ф-1 или Мерлин, УИ вырастет или упадёт? Хотя, емнип, речь идёт о 3% расхода (т.е. 9 ед. УИ), прирост-падение не превысит разницы от этих 9 ед туда - 9 ед сюда...

Да, в вакууме. В формуле Циолковского используется вакуумный УИ. Отношение УИ вак/УИ зем определяет, кончно, потери на статическое противодавлдение, но они не велики.
Что касается прироста УИ заменой Н2О2 на основные компоненты, то лучше обратиться к двигателистам.

[Salo]

У РД-107А вакуумный УИ 320,2с. Земной 263,3с.
У РД-108А вакуумный УИ 320,6с. Земной 257,7с.

[Salo]

Несомненно! УИ ЖРД первой ступени не сильно влияет на массу ПН. Кроме того на ЖРД открытой схемы (РД-108А) достигнут УИ порядка 320 с.

В вакууме. И сопло у РД-108А наименее "земное" из всех двигателей, работающих "от Земли". Разве что атласовский старый sustainer имел меньшее давление на срезе.

Учитывая, что такие ЖРД еще и легче навороченных монстров, а на 2-й ступени установлен водородник, никаких проблем в достижении 5%-й массовой отдачи нет.

Дмитрий, а - теоретически - если перевести его с перекиси на восстановительный газ, как Ф-1 или Мерлин, УИ вырастет или упадёт? Хотя, емнип, речь идёт о 3% расхода (т.е. 9 ед. УИ), прирост-падение не превысит разницы от этих 9 ед туда - 9 ед сюда...

А насколько сложной была бы такая доработка РД-107-108. Понятно, что новый газогенератор и ТНА.

Видимо, что-то можно использовать из задела по РД-111. Но тут и тяга меньше в 1,5 раза и давление.
У РД-111 (8Д716) тяга 144тс у Земли и 166тс в вакууме. УИ у Земли 275с в вакууме 317 с. Давление 80 атм против 61 атм у РД-107А.
Видимо весь выигрыш будет в земном  УИ.

Кстати попутно: насколько сложно заменить теплообменники для подогрева жидкого азота на гелиевые?

[SpaceR]

УИ ЖРД первой ступени не сильно влияет на массу ПН. Кроме того на ЖРД открытой схемы (РД-108А) достигнут УИ порядка 320 с. Учитывая, что такие ЖРД еще и легче навороченных монстров, а на 2-й ступени установлен водородник, никаких проблем в достижении 5%-й массовой отдачи нет.

Никаких - кроме обеспечения требуемого Мю конечного  ступеней  
Думаете, удастся - в современных условиях ?

Да, в вакууме. В формуле Циолковского используется вакуумный УИ. Отношение УИ вак/УИ зем определяет, кончно, потери на статическое противодавлдение, но они не велики.

Не велики. Гораздо больше потеря тяги при старте, а соответственно, и рост гравпотерь   .  У того же РД-108А разница в пустотной и земной тяге 24,4%, у РД-107А - 21,6%.

[Salo]

Несомненно! УИ ЖРД первой ступени не сильно влияет на массу ПН. Кроме того на ЖРД открытой схемы (РД-108А) достигнут УИ порядка 320 с.

В вакууме. И сопло у РД-108А наименее "земное" из всех двигателей, работающих "от Земли". Разве что атласовский старый sustainer имел меньшее давление на срезе.

Учитывая, что такие ЖРД еще и легче навороченных монстров, а на 2-й ступени установлен водородник, никаких проблем в достижении 5%-й массовой отдачи нет.

Дмитрий, а - теоретически - если перевести его с перекиси на восстановительный газ, как Ф-1 или Мерлин, УИ вырастет или упадёт? Хотя, емнип, речь идёт о 3% расхода (т.е. 9 ед. УИ), прирост-падение не превысит разницы от этих 9 ед туда - 9 ед сюда...

3% это количество перекиси в топливе. Но при замене перекиси на основные компоненты на привод ТНА будет израсходовано определённое количество топлива. Пусть оно будет меньше 3% за счёт более высокой температуры газа на выходе из газогенератора на основных компонентах. Но и не равно нулю. Вклад мятого газа в УИ, даже при выводе в закритическую часть сопла, можно считать равной нулю.
Кстати газ должен быть сладким, или может быть кислым или неётральным? Я в плане отложений сажи.

[fagot]

3% это количество перекиси в топливе. Но при замене перекиси на основные компоненты на привод ТНА будет израсходовано определённое количество топлива. Пусть оно будет меньше 3% за счёт более высокой температуры газа на выходе из газогенератора на основных компонентах. Но и не равно нулю. Вклад мятого газа в УИ, даже при выводе в закритическую часть сопла, можно считать равной нулю.

Топлива израсходуется меньше за счет большего RT. И 50 секунд на перекиси это не ноль  :wink: Еще будет преимущество в массовом совершенстве за счет отсутствия бака перекиси и насоса для нее.
А вообще при относительно низких давлениях открытая схема не много уступает замкнутой и выигрыш, например, НК-9 у незамкнутого аналога будет секуд 5-8. Но с ростом давления потери на привод ТНА превышают выигрыш от увеличения степени расширения земного сопла и замкнутая схема получает существенное преимущество, поэтому делать земной двигатель замкнутой схемы с давлением ниже 150 атмосфер особого смысла нет.

Кстати газ должен быть сладким, или может быть кислым или неётральным? Я в плане отложений сажи.

Сладким конечно, это дает наименьшие потери в УИ. А нейтральный это уже стехиометрия и для ТНА не подходит :wink:

[Андрей Суворов]

Топлива израсходуется меньше за счет большего RT.

Чего? За счёт меньшей средней молекулярной массы - я б ещё понял, а так температура определяется целиком выносливостью турбины - концентрацию перекиси с 82% до 98% поднять вполне можно.

И 50 секунд на перекиси это не ноль  :wink:

Чего? какие 50 секунд на перекиси? речь вот о чём шла - есть двигатель с приводом ТНА от парогаза, и есть аналогичный с таким же (примерно) ТНА, но с приводом на основных компонентах. Ясно, что УИ второй установки не может быть лучше больше, чем на 3%, что есть массовая доля перекиси в топливе, но будет ли он вообще лучше, и на сколько?

Еще будет преимущество в массовом совершенстве за счет отсутствия бака перекиси и насоса для нее.

Насос для перекиси много не весит, к тому же, он позволяет ввести в схему насос жидкого азота для наддува баков опять же, газификация жидкого азота идёт от отработанного парогаза, а газогенератор на основных компонентах будет сложнее и тяжелее перекисного Избавление от бака перекиси - это, честно сказать, больше влияет даже не на конструктивное совершенство, а на коэффициент использования объёма конструкции.

[Salo]

В смысле 50 секунд? Андрей оценил прирост УИ в 9 секунд. Мне кажется это много. Ведь давление в КС и на срезе сопла не изменится.
Массовое совершенство и удобство эксплуатации это конечно.
Кроме РД-111 у нас с ТНА на основных компонентах были двигатели КБХА (РД-0105, РД-0106, РД-0107, РД-0109, РД-0110).
Насколько сложно будет сделать такой ТНА?
И насколько сложно заменить теплообменник для подогрева азота на гелиевый?

[fagot]

В смысле 50 секунд?

Это УИ выхлопного патрубка.

Андрей оценил прирост УИ в 9 секунд. Мне кажется это много. Ведь давление в КС и на срезе сопла не изменится.

У меня получается около 7-ми секунд, но это при переходе на замкнутую схему конечно.

Насколько сложно будет сделать такой ТНА?
И насколько сложно заменить теплообменник для подогрева азота на гелиевый?

На столько, на скольно сложно сделать новый ТНА :wink: Для семерки затея не имеет смысла, делать нужно сразу новый двигатель и для новой ракеты. С гелием на первых ступенях тоже много не выиграть.

[Salo]

И на ЦБ тоже? В общем овчинка выделки не стоит.

[Дмитрий В.]

УИ ЖРД первой ступени не сильно влияет на массу ПН. Кроме того на ЖРД открытой схемы (РД-108А) достигнут УИ порядка 320 с. Учитывая, что такие ЖРД еще и легче навороченных монстров, а на 2-й ступени установлен водородник, никаких проблем в достижении 5%-й массовой отдачи нет.

Никаких - кроме обеспечения требуемого Мю конечного  ступеней  
Думаете, удастся - в современных условиях ?

Да, в вакууме. В формуле Циолковского используется вакуумный УИ. Отношение УИ вак/УИ зем определяет, кончно, потери на статическое противодавлдение, но они не велики.

Не велики. Гораздо больше потеря тяги при старте, а соответственно, и рост гравпотерь   .  У того же РД-108А разница в пустотной и земной тяге 24,4%, у РД-107А - 21,6%.

Все ОК! Если принять для ЖРД 1-й ступени 318/276 с, а для второй - 448 с (продвинутый водородник открытой схемы), то на стандартную орбиту (200х200х51,6 град) 40 тонн выводятся при Мст порядка 780 т и конструктивном совершенстве блоков 1/12 для первой и 1/10 - для второй ступеней.

[Новичок]

Все ОК! Если принять для ЖРД 1-й ступени 318/276 с, а для второй - 448 с (продвинутый водородник открытой схемы), то на стандартную орбиту (200х200х51,6 град) 40 тонн выводятся при Мст порядка 780 т и конструктивном совершенстве блоков 1/12 для первой и 1/10 - для второй ступеней.

Вашими бы устами....! Почему в жизни все не так?

[Дмитрий В.]

Все ОК! Если принять для ЖРД 1-й ступени 318/276 с, а для второй - 448 с (продвинутый водородник открытой схемы), то на стандартную орбиту (200х200х51,6 град) 40 тонн выводятся при Мст порядка 780 т и конструктивном совершенстве блоков 1/12 для первой и 1/10 - для второй ступеней.

Вашими бы устами....! Почему в жизни все не так?

А где Вы видели у нас водородник на 2-й ступени? :cry: А керосиновик (собственной разработки) с приличными удельными параметрами у американцев :roll:

[Новичок]

Да были в ваше время(не упрек) и керосинки неплохие и водородник то же, но на выходе то Энергия -М, а позднее Ангара. Вас почитаешь начинают в голову мысли лезть о Лаврентии Палыче.

[Дмитрий В.]

Вообще-то, "красивые" параметры массовой отдачи - не самоцель. Оптимизировать проект надо, конечно, по стоимостным показателям. Но, "что-то мне подсказывает", что из двух РН с одинаковым уровнем массового совершенства (не в смысле равенства абсолютных или относительных показателей, а в смысле равного технологического уровня исполнения) дешевле будет та, которая легче.

[fagot]

Топлива израсходуется меньше за счет большего RT.

Чего? За счёт меньшей средней молекулярной массы - я б ещё понял, а так температура определяется целиком выносливостью турбины - концентрацию перекиси с 82% до 98% поднять вполне можно.

Чего? какие 50 секунд на перекиси?

Ответ на это:

Вклад мятого газа в УИ, даже при выводе в закритическую часть сопла, можно считать равной нулю

Вообще, что за мода вопить, не поняв, о чем речь? :wink:

Насос для перекиси много не весит, к тому же, он позволяет ввести в схему насос жидкого азота для наддува баков  опять же, газификация жидкого азота идёт от отработанного парогаза, а газогенератор на основных компонентах будет сложнее и тяжелее перекисного  Избавление от бака перекиси - это, честно сказать, больше влияет даже не на конструктивное совершенство, а на коэффициент использования объёма конструкции.

Есть такое подозрение, что не несущий бак перекиси плюс часть ХО, в котором он расположен, весят больше, чем обечайка баков, необходимая для размещения "лишних" основных компонентов, нужных для ТНА. Насос азота можно использовать и без перекиси или вообще перейти на основные компоненты или гелий.

[RadioactiveRainbow]

Дешевле будет та, которая будети дешевле )

Ваше предположение может быть верным, но только если в крайности не кидаться. Можно ведь рядом с умеренной двухступкой поставить меганавороченного монстра, который, конечно, будет существенно легче, но при этом, очевидно, и существенно дороже.


А в целом, все пришло к тому, о чем я уже полгода-год себе под нос бурчу: нужна примитивная, ДЕШЕВАЯ (свою долю стоимости она массой возьмет в любом случае) нижняя ступень, и крутая верхняя (кислород-водородная, разумеется). Эта комбинация позволит хоть как-то приблизить распределение стоимости ступеней к распределению ХС.

[Новичок]

...... Эта комбинация позволит хоть как-то приблизить распределение стоимости ступеней к распределению ХС.

А в чем изюминка этого приближения?