N-Prize

[Misha]

Зачем на высоте 20 или даже 30 км стартовать вертикально, если все равно вектор скорости в конце активного участка должен быть направлен горизонтально?

Я хочу, чтобы она так и летела вертикально.

Горизонтально разворачивать - это датчики, электроника, упр. поверхности нужны. Хотя бы и простейшие, но нужны. Как пить дать по деньгам не уложиться никак. Корпус и топливо чего-то стоят, и после этих расходов останутся сущие гроши.

Если вертикально вверх и стабилизироваться вращением - все это не нужно.

[RadioactiveRainbow]

Ну, при вертикальном полете гравитационные потери могут составить до километра в секунду. Нам в этом случае нужна вторая космическая. Это суммарно потребует ХС милометров 14 в секунду.
Масса слишком сильно подскочит. Я и так осознаю, что завысил массовое совершенство верхних ступеней...

[SAV]

Я хочу, чтобы она так и летела вертикально.
Горизонтально разворачивать - это датчики, электроника, упр. поверхности нужны. Хотя бы и простейшие, но нужны. Как пить дать по деньгам не уложиться никак. Корпус и топливо чего-то стоят, и после этих расходов останутся сущие гроши.
Если вертикально вверх и стабилизироваться вращением - все это не нужно.

Хотеть не вредно, но не все получается, как хочется.
Запушенная вертикально верх ракета упадет обратно (нет не на голову , Земля успеет повернуться ), но все равно упадет на землю.

Хоть ракета хоть камень (не учитывая сопротивление воздуха) летят по эллиптической траектории,  в фокусе которого находится центр Земли. Поэтому все брошенное с недостаточной скоростью или слишком круто вверх падает обратно на Землю. Чтобы ракета вывела спутник на орбиту мало достичь необходимой скорости надо еще чтобы в конце активного участка вектор скорости был направлен по касательной к той орбите на которую вы хотите выйти. Если это круговая орбита на высоте 200 км, значит в момент отключения двигателей на высоте 200 км скорость должна быть параллельна поверхности Земли. Если орбита эллиптическая, то скорость может составлять небольшой угол.  

Поэтому без разворота ракеты не обойтись никак. Если только поднять её на большую высоту и сразу запустить под малым углом к горизонту. Но поднимать надо очень высоко, поскольку атмосфера и прочие потери мешают.
Так можно с высокой горы запускать спутник на Луне.
Поэтому если пустить ракету с большого аэростата (метеозонд естественно не годится) под углом, чтобы она поднялась выше атмосферы по суборбитальной траектории и в тот момент, когда она верхней точке развернется горизонтально дать еще разгонный импульс и добрать скорость до орбитальной, то наверно можно минимизировать управление. Но не факт, что это просто сделать.

[Peter]

Если все совсем грубо, то можно делать радиокомандную систему управления... Плюс, допустим, акселерометры. По их данным интегрируем скорости по осям (элекетроника на земле), выдаем команду на рули. Но как-то оно все это не хорошо - больше будет гробиться, чем летать.

[Андрей Суворов]

Отчего же, японская Мю-5 так и летала... Не имея никакой инерциалки, вдобавок, используя "гравитационный разворот", как более мелкая Лямбда-4. На Лямбде-4, правда, был один гироскоп.

Запуская ракету с наклонной направляющей, можно с помощью только таймеров, стабилизации вращением, и солнечного датчика, выйти на устойчивую орбиту.

Можно сделать пяти-шестиступенчатую ракету с УИ ступеней около 200 у земли и, скажем, 230-240 в вакууме, с достижимым для любителей весовым совершенством, баллистическими паузами, чтоб поднять перигей на высоту хотя бы 175 км, и всё такое, но совершенно нет никакой возможности уложиться в 2000 долларов!..

Просто килограмм перхлората аммония стоит 10 долларов, а на селитре далеко не улетишь.

[Игорь Суслов]

Запуская ракету с наклонной направляющей, можно с помощью только таймеров, стабилизации вращением, и солнечного датчика, выйти на устойчивую орбиту.

Можно и без солнечного датчика.

[Андрей Суворов]

Запуская ракету с наклонной направляющей, можно с помощью только таймеров, стабилизации вращением, и солнечного датчика, выйти на устойчивую орбиту.

Можно и без солнечного датчика.

Нельзя Прецессия - злая штука а у любителей балансировка всегда будет чуть-чуть неидеальной.

Хотя, нет, можно, наверное, ценой лишнего км/с характеристической скорости...

[Игорь Суслов]

Нельзя Прецессия - злая штука а у любителей балансировка всегда будет чуть-чуть неидеальной.
Хотя, нет, можно, наверное, ценой лишнего км/с характеристической скорости...

Ну, мы ж рассматриваем "идеальный" случай... Для которого достаточно наклонного старта, таймеров для задания баллистических пауз, закрутки верхних ступеней и, конечно, предварительного расчета для выставления угла старта и времени срабатывания таймеров запуска верхних ступеней и закруток.

[Игорь Суслов]

берусь, если будет необходимо, сделать такие расчеты

[RadioactiveRainbow]

Боюсь, с расчетами сложно будет. Они же, по идее, существенно зависят от характеристик ступеней... а их в свою очередь можно получить только опытным путем.

Так что, похоже, придется тут подгонять расчеты и характеристики друг под друга...

[Игорь Суслов]

Процесс проектирования всегда итерационный...

[Андрей Суворов]

Предлагаю заложить в проект верхнюю ступень со сферическим титановым корпусом, топливом на ПХА, УИ в вакууме 230, массовым совершенством самого двигателя 0,2, временем работы 0,7-1,5 секунды. Сопло из углепластика, с эпоксифенольной пропиткой, и, следовательно, абляционным охлаждением. Корпус заказной, сопло из готового углеволокна, намотка, пропитка и полимеризация - самостоятельно, в сушильном шкафу при 140-180 градусов

ПН 20 г, неотделяемая от последней ступени. В случае выхода передатчика из строя, титановый корпус будет достаточен для обнаружения спутника средствами СККП как США, так и России (если почешутся).

Подозреваю, что разумный объём такого РДТТ порядка полулитра. Но это чистое IMHO, т.к. расчётов я не вёл. Последняя ступень никаких электронных компонентов не несёт, кроме ПН. На предпоследней находятся батареи воспламенения для последней ступени и таймер. На предпредпоследней то же самое. Раскрутка верхних трёх ступеней производится электромотором от батарей, стоящих на четвёртой сверху ступени.

Видимо, и предпоследнюю ступень придётся делать на перхлорате аммония. А вот все более тяжёлые придётся делать на чём подешевле - иначе просто по цене топлива не вписаться.

Общее число ступеней предлагаю ограничить семью, и прикинуть, какое массовое совершенство требуется и стартовая масса при этом получается.

Но, вообще-то, я считаю, что никаким "нормальным" способом в тысячу фунтов уложиться невозможно. Даже если делать нижние ступени на сахарной "карамели", одном из самых дешёвых топлив, тонна его обойдётся примерно в 500 долларов, и это - только химикаты!..

[Андрей Суворов]

А, да, корпуса нижней (нижних двух) ступеней - бумажно-картонные, следующих, кроме верхней - из самодельного стеклопластика, цилиндрические. Заглушки - из алюминиевого сплава, с теплоизоляцией той же эпоксифенольной смолой с наполнителем из талька или гипса.

[RadioactiveRainbow]

Хм.
Мне кажется, целесообразнее делать верхнюю ступень цилиндрической с диаметром, существенно меньшим диаметра предпоследней. Для цилиндрического корпуса проще обеспечить постоянную площадь горения заряда, а малое изменение площади горения в свою очередь приведет к тому, что корпус не будет перетяжелен.
Кроме того, меньшая по размерам ступень может стартовать из предпоследней как по направляющим. Мне это видится более правильным решением, чем классическое поперечное деление.
Хотя, конечно, массовое совершенство цилиндрического корпуса по определению ниже.

На предпоследней ступени кроме того надо разместить навигацию и ДУ ориентации... или мы уже решили без них обойтись?

В любом случае, очевидно, ракету придется проектировать сверху.


Я могу посчитать/нарисовать верхнюю ступень (как раз у меня суйчас курсач по РДТТ - что и как делать знаю )), но мне для этого надо следующее:
- хим формула топлива и энтальпия при температуре хранения (либо соответствующие данные для компонентов + процентное содержание компонентов)
- ... хм... Ну, всяко придется проводить оптимизацию по максимуму ХС, так что задавать, например, давление вряд ли разумно.
- О! Точно! Хорошо бы, чтобы топливо по рецептуре было максимально приближено к реально использующемуся (использовавшемуся ранее) с известным законом горения! Вот этот пункт очень важен. Если нет готового закона горения - надо будет его установить. Нехватка точности в определении закона горения приведет на выбор - к перетяжелению корпуса, либо к большому количеству испытаний двигателя (причем большая часть - с очень красочными кадрами).
В принципе, наверное, хватит 3-4 значений скорости горения при различных давлениях.

[Peter]

Перхлорат аммония (unscreened)
500lb drums @ $3.50/lb (500 lbs requires ATFE and motor freight shipping)
http://www.firefox-fx.com/Internet%20Specials.htm

[RadioactiveRainbow]

У меня в методе есть несколько топлив с ПХА с известным законом горения. Взгляните - можно что-нибудь повторить достаточно точно?

перхлорат аммония           66%;
полибутадиенакриловая кислота     12,4%;
порошкообразный алюминий                     19%;
катализатор полимеризации                     2,6%.

перхлорат аммония - 58,9%;
поливинилхлорид   - 8,62;
Ди-(2-этилгексил) адипинат   - 10,79
добавки   - 0,69;
порошкообразный алюминий   - 21%.

перхлорат аммония      72%;
полиуретан  12%;
порошкообразный алюминий   16%.


Хотя, пожалуй, правильнее будет привлечь знания кого-нибудь из любителей/профессионалов, работавших с ПХА своими руками. Результаты скорее всего будут ближе к истине.
Надо на авиабазе спросить..

[Игорь Суслов]

Такое впечатление, что мы по одному учебнику курсачи делали правда я лет 15 назад ...э, ЕМНИП, автор - Копытов? ну, и само-собой местные наработки в виде методичек...

[RadioactiveRainbow]

Неа
Новая кафедральная метода (еще не дописана, но уже используется).
Материалы, я так понял, понадерганы откуда можно и нельзя, так что не удивительно что что-то кажется знакомым )))

[Игорь Суслов]

Ну, да...
Фахрутдинов И.Х., Котельников А.В. "Конструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива"
и по Копытову, тоже
Если не секрет, где учитесь?

[RadioactiveRainbow]

МГТУ

Тц. Вдруг подумалось - у подкалиберной последней ступени ограничена степень расширения сопла. Точнее - внешний диаметр. Нехорошо... Ну, это надо будет смотреть что там с корпусом получится.