Борьба с аккустическими нагрузками

[Shestoper]

Как известно, при пуске сверхтяжелых носителей аккустические нагрузки представляют серьёзную проблему.
Борются с ними в том числе подачей воды в истекающие газы - для охлаждения и замедления струи (от скорости истеченния аккустические нагрузки зависят пропорционально четвертой степени).

Тем не менее при росте массы ракеты и её линейных размеров (возрастают рычаги сил, колеблющих корпус) сухая масса ракеты возрастает, а доля ПН падает - и ракета тяжелее 10-20 кт вообще не сможет выйти на орбиту даже при нулевой ПН.
Предлагаю на старте усиливать ракету (в первую очередь её хвостовую часть) мощной внешней каркасной рамой, сбрасываемой сразу после ухода со старта. Долю ПН она уменьшит ненамного, а допустимую стартовую массу позволит заметно увеличить - на десятки процентов. Для увеличения тяговооруженности на старте можно на эту раму дополнительно цеплять ТТУ.

[oby1]

Поставить где-нибудь под ракетой мощные колонки,
 а на ракете микрофон.Снимаемый сигнал с микрофона
 инвертируем в противофазе и подаём на динамики.
 (У амеров есть мощные динамики для испытаний зданий
 на прочность)
 Или подать колебания на саму ракету направленым лучом.

[Дмитрий В.]

Проводить запуск РН в контейнере, из которого откачан воздух (звук не передается). Контейнер сбрасывается вскоре после старта. Контейнер ставить на СК на упруго-демпфированные опоры (колебания не передаются). Ракету с контейнером соединять с помощью таких же опор.
(некоторый кретинизм предложения отчасти компенсируется изяществом замысла  :wink: ).  :lol:  :lol:  :lol:

[Shestoper]

Поставить где-нибудь под ракетой мощные колонки,
 а на ракете микрофон.Снимаемый сигнал с микрофона
 инвертируем в противофазе и подаём на динамики.
 (У амеров есть мощные динамики для испытаний зданий
 на прочность)
 Или подать колебания на саму ракету направленым лучом.

Да, это было бы кардинальным решением проблемы. Вопрос в том, насколько это реализуемо. В реальности картина колебаний, создаваемых при взаимодействии выхлопа двигателей со стартовым столом, черезвычайно сложная и не поддается рассчету (приходится на моделях все прорабатывать).
В каждой точке вокруг ракеты в каждый момент времени колебания имеют определенную амплитуду, частоту и фазу. В принципе можно создать систему активного гашения колебаний конструкции ракеты, но для этого нужно несколько динамиков на ней самой (а скорее несколько десятков - для гашения колебаний в каждой точке). Вряд ли внешние динамики смогут скомпенсировать колебания ракеты.

Системы активного шумоподавления изначально создавались для подлодок. Сейчас они используются даже в бытовых наушниках. Но там уровень шума совсем другой.
Интересно, а какие размеры, массу, электрическую мощность имеют упомянутые динамики для проверки прочности зданий? Можно ссылку?
Хочу прикинуть, есть ли шанс разместить их на самой ракете и ослаблять колебания в течении всего полета.

[oby1]

Ссылки нет,так как читал статью в бумажном журнале,
кажется "Инжинер".На фотке был динамик метров трёх
в диаметре,установленный на прицепе,примерно как МТЗ-80 таскает.
Испытания проводили в пустыне(по понятным причинам).
   А если динамики сделать частью конструкции РН и как-нибудь
передавать управляемые колебания от движка(КПД электро-магнитных
динамиков меньше процента)?

[Shestoper]

Можно попробовать на самом носителе применить генераторы колебаний духового типа, вроде труб органа. Например если двигатели открытой схемы, прогонять через эти трубы газ, использованный для привода ТНА.
Конечно это очень сырая идея, возможно неосуществимая - нужно прикинуть, сколько такой "орган" будет весить, насколько реально с его помощью создавать управляемые колебания корпуса.
Но вообще газа на ракете для работы духового генератора достаточно, можно обойтись без электропривода. А настоящие органы обладают силой звучания, сравнимой с большими концертными динамиками - от их звуков начинают стены вибрировать (при том что их привод по мощности не сравним с ракетой).
Может идея не такая уж и бредовая.
Нужно отловить и допросить специалиста по органам, но сложно такого найти на космическом форуме.  

[oby1]

А вот если ещё использовать управление наддувом баков и глушить
наиболее разрушительные колебания.
Вообще,можно такими объёмами с нужной скоростью управлять?
Как я понимаю,там инфразвук самый вредный?

[Андрей Суворов]

как раз с инфразвуком бороться можно. Там очень широкий спектр, заходящий в высокие (килогерцовые) звуковые частоты. Между прочим, акустическая нагрузка пропорциональна всего лишь первой степени тяги, но четвёртой степени числа Маха (а не УИ и не скорости истечения, как ошибочно утверждается во многих местах).

Но демпферы для таких конструкций тоже, в принципе, придуманы. Тоненькие дырки, частично заполненные ртутью - один из вариантов.

[Shestoper]

Между прочим, акустическая нагрузка пропорциональна всего лишь первой степени тяги, но четвёртой степени числа Маха (а не УИ и не скорости истечения, как ошибочно утверждается во многих местах).

Числа Маха чего, истекающей газовой струи?

[Shestoper]

Но демпферы для таких конструкций тоже, в принципе, придуманы. Тоненькие дырки, частично заполненные ртутью - один из вариантов.

Такие гасители колебаний реально применялись на каком-нибудь носителе? Или это пока смелые замыслы?

[Андрей Суворов]

да, истекающей газовой струи.
нет, реально не применялись.

[Shestoper]

В прикладах винтовок иногда применяютсяртутные гасители отдачи, за счет инерции ртути действуют достаточно эффективно.
На ракете они будут особенно эффективны при высоких перегрузках - вес ртути увеличится.
Вполне возможно, что на сверхтяжелых носителях начиная с некоторой стартовой массы полуактивные гасители колебаний будут выгоднее по массе, чем простое укрепление конструкции.

[Shestoper]

да, истекающей газовой струи.

Значит для супертяжей водород на первой ступени заказан. При УИ на 30% выше керосина он будет давать такие нагрузки, которые никак не сможет скомпенсировать уменьшение массы (и тяги двигателей) чисто водородной ракеты по сравнению с керосин-водородной.

Вообще для снижения нагрузок на первой ступени выгодно использовать двигатели с небольшим УИ, по типу F-1 или ТТУ.
Снижение УИ с 310 до 260 с уменьшает при равной тяге нагрузки вдвое.
Если ХС первой ступени 3600 м/c, то применение двигателей с низким УИ увеличивает стартовую массу ракеты на 25%.
В результате аккуситические нагрузки такой ракеты составляют всего 63% от нагрузок ракеты с высоконапряженными двигателями. Это при том, что у более тяжелой ракеты больше масса конструкции - следовательно вибрации она переносит легче.

Для супертяжей (настоящих супертяжей, массой более 5000 тонн) оптимальный двигатель первой ступени - четырехкамерный, открытой схемы, с тягой порядка 2000-2500 тонн (учетверенный F-1).
При низком давлении в камере мощность его ТНА будет вполне приемлимая, на уровне РД-170, и аккустические нагрузки он будет создавать умеренные.

Также можно попробовать менять УИ по ходу полета за счет соотношения компонент: на старте двигатель работает с большим избытком одного из компонент, УИ невысок, тяга большая.
По мере облегчения ракеты в полете соотношение компонент становится оптимальным, тяга падает, УИ растет - таким образом, чтобы аккустические нагрузки поддерживались примерно на одном уровне.

[Shestoper]

Так что если УКСС был расчитан на старт Вулкана с массой порядка 5 кт, значит такой же уровень аккустических нагрузок вызовет старт ракеты массой 10 кт, но с приземным УИ двигателей первой ступени ~ 260 сек.
Правда мю ПН такой ракеты будет небольшим, ПН порядка 300 тонн.

Если учесть, что при росте сухой массы ракеты выгоднее становится трехступенчатая схема, вполне возможно создание трехступенчатого носителя массой 20 кт с ПН ~ 800 тонн (первая ступень - керосин, вторая и третья - водород).
Приземный УИ первой ступени - 260 с. Пустотный УИ водородных ступеней - 440 с.
Массовое совершенство керосиновой и водородных ступеней - соответственно 0,1 и 0,14 (очень умеренные значения).

[A. Petrov]

А можно поправить орфографическую ошибку в заголовке темы?
(акустика с одной "к"). А то тема серьезная, а заголовок все портит...

[Александр Геннадьевич Шлядинский]

Ну, коль добрались до дурной идеи ставить динамик на ракету (для него понадобится энергия, сравнимая с энергией двигателей), то предлагаю совсем идиотскую идею: надо ставить двигатели парами и заставить их работать в противофазе, что бы они гасили звук друг друга      

[Shestoper]

Заставить трудно  
Газодинамические процессы в двигателях и соплах настолько сложны, что точно не просчитываются. Невозможно предсказать, каким именно по амплитуде и фазе будет колебание в следующий момент времени. К тому же неясно, как точно регулировать и дозировать вибрацию от каждого конкретного двигателя.
Я предложил для этих целей вспомогательные двигатели, в которых дожигается газ из ТНА, у которых сопла сделаны по типу органных труб.

[RadioactiveRainbow]

А не поможет установка большого числа мЕньших двигателей - чтобы акустика от них накладывались и как-то... размазывалась, что ли?

[Александр Геннадьевич Шлядинский]

А не поможет установка большого числа мЕньших двигателей - чтобы акустика от них накладывались и как-то... размазывалась, что ли?

При близкой частоте начнутся биения. А вот при равной, если фазу не угадать, то может и резонанс получиться ... и тады точно кирдык.  

[RadioactiveRainbow]

Дык близкая или равная частота у 2-3 двигателей будет. А у остальных-то нет.
Можно даже специально снизить качество рабочих процессов в двигателях, слегка разбить их параметры от номинала, чтобы снизить вероятность совпадения.