Удешевить дешёвый РД-107?

[avmich]

Навеяло темой о трансформерах...

НК-33 - хороший двигатель, планировавшийся для пилотируемых полётов.

РД-107 - более скромный по параметрам двигатель, реально использующийся для пилотируемых полётов.

Использовать НК-33 на проектируемых ракетах - очень хорошо, и если такие ракеты будут запускаться массово, себестоимость со стороны двигателя будет приближаться к стоимости его изготовления. Будем считать, что НК-33 при большем давлении достаточно надёжен.

Может, имеет смысл на базе РД-107 сделать безопасный (в данном случае с тем же давлением в камере) ЖРД, более дешёвый, чем РД-107? И более дешёвый, чем НК-33? Заменив 4 маршевых камеры на одну, что некоторые параметры улучшит. ТНА оставить тем же - или, например, оставить те же насосы для компонентов (можно думать о замене турбины, азотной и перекисной частей). Планировать такой двигатель на замену РД-107 (рассматривать вопрос с габаритами).

Для начала это означает главным образом сделать камеру на 100 тс на 70 атм. Плюс (небольшие?) модификации в ступенях Р-7. В выигрыше ожидается удешевление и небольшой рост удельных параметров, но, может, такие затраты можно отбить?

[fagot]

Разработка новой КС и перекомпоновка хвостовых отсеков достаточно дорогостоящи, а нового качества не дают. Вряд ли такую модификацию можно окупить.

[Salo]

http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/content/numbers/240/25.shtml



А не проще дефорсировать НК-33 до 100-120 тс снизив давление в КС до 100-120 атм.?
КС и сопло те же. Подшаманить ТНА и всё. Заодно и от перекиси можно избавиться.

[fagot]

Массовое совершенство будет хуже и УИ упадет.
И чего все взялись усовершенствовать "семерку"? Не мешайте машине работать. :wink:

[mihalchuk]

Одна камера вместо четырёх не удешевит дело, так как фактически потребует разработки новой концепции двигателя, нового оборудования бОльшей размерности, а также приведёт к дополнительным проблемам с высокочастоткой. Однако, думаю, небесперспективен обратный подход удешевление пусковых услуг через усложнение РД-107. Для этого можно сделать следующее:
1. Реализовать на РД-107 охлаждение третьим компонентом. Эта технология, предложенная для кислор.-керосиновых ЖРД закрытой схемы хорошо бы подошла для РД-107. В преимуществах - увеличение УИ и упрощение конструкции КС за счёт ликвидации охлаждения пристеночной завесой, кроме того, есть возможность вернуться к прежней, более простой ("прямолинейной") форме охлаждающих каналов. При такой технологии в КС будет поступать кислород, нагретый до 300-450 К, что должно благоприятно сказаться на проблемах высокочастотки.
2. Увеличиваем давление в КС и, соответственно, тягу. Получаем РН существенно бОльшей грузоподъёмности. Для этого предстоит перейти на "сладкую" схему турбины, подавая на неё продукты реакции перекиси с керосином. Молекулярная масса последних будет раза в три меньше, чем у продуктов разложения перекиси, температуру можно немного поднять, в результате чего двигатель пройдёт 2/3 пути от нынешнего состояния к ЖРД закрытой схемы.

[fagot]

Чего только люди не придумают, чтобы не делать нормальных ракет.

[Salo]

Массовое совершенство будет хуже и УИ упадет.
И чего все взялись усовершенствовать "семерку"? Не мешайте машине работать. :wink:

Конечно упадёт. Но УИ будет выше чем у РД-107, а массовое совершенство у НК-33 самое высокое. Можно немного уронить.

[fagot]

Если НК-33 снабдить рулевыми агрегатами или сделать качающимся, массовое совершенство будет уже не столь выдающимся. А дешевле РД-107 он не будет.

[fagot]

Однако, думаю, небесперспективен обратный подход удешевление пусковых услуг через усложнение РД-107. Для этого можно сделать следующее:
1. Реализовать на РД-107 охлаждение третьим компонентом. Эта технология, предложенная для кислор.-керосиновых ЖРД закрытой схемы хорошо бы подошла для РД-107. В преимуществах - увеличение УИ и упрощение конструкции КС за счёт ликвидации охлаждения пристеночной завесой, кроме того, есть возможность вернуться к прежней, более простой ("прямолинейной") форме охлаждающих каналов. При такой технологии в КС будет поступать кислород, нагретый до 300-450 К, что должно благоприятно сказаться на проблемах высокочастотки.

Придется поставить дополнительный насос и сделать никем не отрабатывавшийся теплообменник.
 

2. Увеличиваем давление в КС и, соответственно, тягу. Получаем РН существенно бОльшей грузоподъёмности. Для этого предстоит перейти на "сладкую" схему турбины, подавая на неё продукты реакции перекиси с керосином. Молекулярная масса последних будет раза в три меньше, чем у продуктов разложения перекиси, температуру можно немного поднять, в результате чего двигатель пройдёт 2/3 пути от нынешнего состояния к ЖРД закрытой схемы.

Зачем оставлять еще и перекись? Меньшая в 3 раза молекурярка как-то сомнительна, но сажа никуда не денется и при переходе к замкнутой схеме придется вернуться к кислому газу. К тому же без существенной переделки боковушек их заправку не увеличить и большая тяга мало поможет.

[mihalchuk]

Чего только люди не придумают, чтобы не делать нормальных ракет.

О! И всё это будет оправдано, если удастся улажиться в рамки модернизации.

[Salo]

Если НК-33 снабдить рулевыми агрегатами или сделать качающимся, массовое совершенство будет уже не столь выдающимся. А дешевле РД-107 он не будет.

Рулевые агрегаты можно взять штатные и запитать от ТНА. А тягу у Земли можно приподнять, что позволит скомпенсировать больший вес двигателя и сохранить массовое совершенство на приемлемом уровне.
Кстати ХО Союза-1 и Союза 2-3 имеет диаметр 2,66м. А диаметр ХО боковушки 2,68м.  :roll:
То что сопло длиннее не проблема. Проблема другое соотношение компонентов. Но как показывает график и это не фатально.

[mihalchuk]

Однако, думаю, небесперспективен обратный подход удешевление пусковых услуг через усложнение РД-107. Для этого можно сделать следующее:
1. Реализовать на РД-107 охлаждение третьим компонентом. Эта технология, предложенная для кислор.-керосиновых ЖРД закрытой схемы хорошо бы подошла для РД-107. В преимуществах - увеличение УИ и упрощение конструкции КС за счёт ликвидации охлаждения пристеночной завесой, кроме того, есть возможность вернуться к прежней, более простой ("прямолинейной") форме охлаждающих каналов. При такой технологии в КС будет поступать кислород, нагретый до 300-450 К, что должно благоприятно сказаться на проблемах высокочастотки.

Придется поставить дополнительный насос и сделать никем не отрабатывавшийся теплообменник.
 

Куда ж деваться? Впрочем, эта идея знакомых мне людей из института Келдыша, пусть они за неё и отвечают. Идея пока не перешагнула стадии теоретических оценок, но метит в Федеральную программу. Идея содержит важный побочный эффект - возможность избавиться от высокочастотки.

2. Увеличиваем давление в КС и, соответственно, тягу. Получаем РН существенно бОльшей грузоподъёмности. Для этого предстоит перейти на "сладкую" схему турбины, подавая на неё продукты реакции перекиси с керосином. Молекулярная масса последних будет раза в три меньше, чем у продуктов разложения перекиси, температуру можно немного поднять, в результате чего двигатель пройдёт 2/3 пути от нынешнего состояния к ЖРД закрытой схемы.

Зачем оставлять еще и перекись? Меньшая в 3 раза молекурярка как-то сомнительна, но сажа никуда не денется и при переходе к замкнутой схеме придется вернуться к кислому газу. К тому же без существенной переделки боковушек их заправку не увеличить и большая тяга мало поможет.

Сажи не будет! Будет СО + Н2 + примеси. С перекисью проще и легче, за исключением момента запуска. И меньше её понадобится. А увеличивать что-то придётся. Например, ЦБ.

[fagot]

О! И всё это будет оправдано, если удастся улажиться в рамки модернизации.

Главное не пропустить момент, когда целесообразнее создание новой РН. Это как раз такой случай.

[fagot]

Идея содержит важный побочный эффект - возможность избавиться от высокочастотки.

Замкнутая схема с этим неплохо справляется.

Сажи не будет! Будет СО + Н2 + примеси. С перекисью проще и легче, за исключением момента запуска. И меньше её понадобится.

Во всех двигателях, использовавших перекись, использовался однокомпонентный ГГ на перекиси, это явно неспроста, хотя может конечно объсняется только желанием упростить двигатель. В случае перехода на замкнутую схему она вообще ни к чему, т.к. существенно упадет УИ.

А увеличивать что-то придётся. Например, ЦБ.

При использовании НК-33 он увеличится и при неизменной тяге боковушек, а бесконечно его увеличивать невыгодно, к тому же есть ограничения по стартовой массе при использовании существующих стартов.

[Salo]

Масса залитого РД-107А-1156 кг.
Масса залитого НК-33-1 -1715 кг с карданным подвесом и рулевыми машинами.
Масса залитого НК-33 -1393 кг без карданного подвеса.
Значит вес рулевых машин можно оценить в 322 кг.
На боковушке достаточно качания в одной плоскости.
Значит вместо двух рулевых машин, достаточно одной.
Массу залитого двигателя можно оценить в 1554 кг.
Увеличение массы одного двигателя 400 кг.
Четырёх 1600 кг.
УИ можно оценить в 290с у Земли и 325с  в вакууме.
Тягу принимаем равной у Земли 94,6 тс , а в вакууме 106 тс.
По прикидке 500-600 кг ПН на НЗО для Союза 2-3 выиграть можно (10,6 т).

[fagot]

УИ можно оценить в 290с у Земли и 325с в вакууме.
Тягу принимаем равной у Земли 94,6 тс , а в вакууме 106 тс.
По прикидке 500-600 кг ПН на НЗО для Союза 2-3 выиграть можно (10,6 т).

Тут либо в вакууме потеря УИ будет меньше, либо на земле больше. Но в любом случае не оправдывает такая прибавка замену двигателя. На тех же двигателях можно получить нормальную РН с ПН под 20 тонн.

[Salo]

А одно-другого не отменяет. :wink:

[mihalchuk]

Идея содержит важный побочный эффект - возможность избавиться от высокочастотки.

Замкнутая схема с этим неплохо справляется.

Если с замкнутой схемой всё так хорошо, то почему мы не видим её повсеместно?

Сажи не будет! Будет СО + Н2 + примеси. С перекисью проще и легче, за исключением момента запуска. И меньше её понадобится.

Во всех двигателях, использовавших перекись, использовался однокомпонентный ГГ на перекиси, это явно неспроста, хотя может конечно объсняется только желанием упростить двигатель. В случае перехода на замкнутую схему она вообще ни к чему, т.к. существенно упадет УИ.

А никто ещё не предлагал отдельный контур охлаждения. А без него перекиси хватает для создания максимально безопасного давления, и схема проще.

[Salo]

http://engine.aviaport.ru/issues/03/page40.html


Согласно этому графику УИ в вакууме 322-326с при давлении в КС 100 атм.
Учитывя что у РД-108А  УИ 320,2с при давлении в КС 5 атм, я думаю 326 с ближе к истине. Сколько тогда у Земли? Где-то 287с?

[fagot]

А одно-другого не отменяет. :wink:

Если забыть про экономику, то конечно, можно даже РД-170 дефорсировать до 100 тонн.