Новая идея многоразовой РН.

[Гусев_А]

До этого я предлагал несколько различных идей АКСа, потом еще несколько не дошли даже до завершенного рисунка, их я не выкладывал т.к. не мог разрешить многие их нюансы. Это не значит, что я полностью отказался от идеи АКСа, но думаю пока на современном уровне технических возможностей надежный рентабельный АКС это грань фантастики, его будут создавать потомки.
       Но я не очень люблю обсуждать «мелкие» модернизации, и тем более повторяться и снова пережевывать уже давно обмусоленное, поэтому только принципиально новые решения. Хотя сам часто читаю с удовольствием.
       Хочу предложить новый, полностью многоразовый 2-х ступенчатый, 2-х блочный РН – «трансформер», стартующий вертикально, а обе ступени после выработки ракетного топлива совершают посадку по самолетному. Отдаленным прототипом можно считать ГК-175, но отличия очень принципиальны.
       Получился РН со стартовой массой примерно 1100 тонн и массой полезного груза на LEO не менее 15 тонн. 1-я ступень керосиновая на ней 4 ЖРД РД-180, и два ТРДФ возможно от Ту-160. После расстыковки ступень трансформируется в самолет с хорошей аэродинамикой, центровкой, управляемостью и тяговооруженностью. Он входит обратно в атмосферу и планирует к ВПП, имея возможность запустить ТРДФ на оставшемся от ракетных двигателей керосине. На место старта после заправки возвращается самостоятельно.
       Вторая ступень водородная, с одним ЖРД РД-0120. Оперение по типу Бурановского, но без кабины и всяких грузовых отсеков и грузовых обтекателей, ПГ к ней крепится с наружи, открыто. Дело в том, что закрытый грузовой отсек остается на первой ступени, а она выводит РН за пределы действия скоростного напора, а 2-я ступень не отягощенная ни чем лишним, сразу имея челнокообразную форму без раскладных элементов, заполненную только топливными баками и средствами посадки, с полным запасом топлива выводит ПГ на одновитковую орбиту.

Подробнее на моем сайте.

[poruchik]

какой сайт то?

[Гусев_А]

www.alexgysev.narod.ru/

[Гусев_А]

Если попытаться провести сравнительный анализ по сложности, и техническим параметрам различных элементов конструкции между «Энергией-2» и моим РН «Трансформер».

Грузоподъемность различается примерно в два раза и суммарная тяга ЖРД 1-ой ступени РН-Т в 2 раза меньше, но в Энергии-2 около 15% тяги создают ЖРД блока Ц, а в РН-Т ВРД добавляют только около 5%. Попытаюсь сравнительно объяснить за счет чего можно  получить выигрыш в массе ПГ, при том не за счет увеличения напряженности, а за счет использования другой схемы.

1)   Мой РН-Т не пакет, а тандем, и вторая ступень отстыковывается полностью заправленной.

2)   2-я ступень не тащит с собой огромный обтекатель с множеством приводов, замков... Еще этот обтекатель самый теплонапряженный элемент корпуса, он испытывает максимальный скоростной напор. На нем же наверно расположено переднее шасси. На моем РН-Т 2-я ступень максимально упрощена, не имеет очень большой длины и теплоизоляция защищает непосредственно корпус.

3)   У РН-Т на 1-й ступени крылья не раскладные, а цельные с более распределенной нагрузкой на корпус, чем в блоке А на Энергии-2, хотя и меньшего удлинения, но большей площади (в пропорции). Нет соответственно шарнира с очень серьезными силовыми элементами конструкции.

4)   По тяге ЖРД 1-я ступень РН-Т (это один блок) соответствует 2-м блокам А. Выбранный мной диаметр блоков 5.2 - 5.5 метров. В 1-й ступени 3 бака: один большой общий кислородный и два керосиновых. 4 ЖРД РД-180: два на основной части и два на боковом двигательном отсеке. А у Энергии-2 1-я ступень состоит аж из 4-х блоков, и каждый имеет весь набор как ракетных так и авиационных систем.

5)   Хвостовое оперение 1-й ступени РН-Т и блока А Энергии-2 наверно лучше сделать идентичное (а не так как я его нарисовал). Масса и сложность его в пропорции будет не хуже.

6)   У РН-Т приличная масса 1-й ступени в режиме самолета (все ЖРД и ВРД)  
7)   
находятся в передней части корпуса, поэтому некоторое смещение крыльев вперед это нормально, зато между ними и хвостовым оперением получается огромный рычаг приложения силы, что только улучшает управляемость. На блока А основная масса расположена сзади, а длинный пустой нос приходится утяжелять чуть ли не искусственно, перенося туда даже те агрегаты, которые в общем удобнее расположить ближе к ЖРД. Из за ВРД корпус пришлось еще удлинять, что еще усложнило аэродинамику, да и его сопло расположено далеко от оси движения.

7)   Грузовой отсек и обтекатель у РН-Т значительно проще и легче чем на Энергии-2, кроме того они расположены на 1-й а не на 2-й ступени, где массовое совершенство на порядок менее ценное.

   На РН-Т ВРД: ТРДФ используются еще и при старте, что приносит очень хороший результат. Их мощность оправданна и при перелете с аэродрома на аэродром. Блок А Энергии-2 самостоятельно к месту старта вернуться не может. Нужен транспорт, а это дополнительные расходы.

9)   И самое большое достоинство РН-Т перед Энергией-2, это максимальная вероятность сохранения как самого носителя, так и ПГ (который может стоить дороже самого носителя). Я Уже указывал, что при отказе любого двигателя (без взрыва) как обе ступени, так и ПГ возвращаются без повреждений. В Энергии-2 груз не спасается ни когда, вероятность спасения блока Ц очень низкая, т.к. вытряхнуть ПГ при скоростном напоре не реально.

10)   Поворотный двигательный отсек на РН-Т не преподносит особых проблем. Боковое крепление блока давно отработано, сам шарнир простой, несколько удлиненная юбка после смыкания будут испытывать некоторую нагрузку, но и это не вопрос. А некоторую часть нагрузки при работе ЖРД можно передавать напрямую 2-й ступени. Массовое совершенство от такого технического решения серьезно не пострадает.

11)   На РН-Т вполне возможно предусмотреть и возможность пилотируемых полетов. САС может торчать в отверстие на стыке створок обтекателя. При посадке ступеней не нужно даже мудрить с закрытием этого отверстия. На Энергии-2 САС может сработать только или разрушая обтекатель или спасать корабль вместе с ним. А при штатном полете вообще тяжело представить, как может происходить расстыковка, и нужно мудрить с закрытием отверстия от САС.


12)   Гораздо больше вероятность загрузить регулярной работой 15-ти тонный носитель, чем 30-ти тонный (в обозримом будущем).

[Evgeniy]

Небольшой вопрос: А как вы оценивали массу планера (силовой конструкции) вашей РН? Подходы, методы расчета?

[Дмитрий В.]

Небольшой вопрос: А как вы оценивали массу планера (силовой конструкции) вашей РН? Подходы, методы расчета?

Думаю, "на глазок" :roll:

[Evgeniy]

Небольшой вопрос: А как вы оценивали массу планера (силовой конструкции) вашей РН? Подходы, методы расчета?

Думаю, "на глазок" :roll:

Как бы это ни было печально, но похоже на то. Уж больно маловато на конструкцию ушло.
Хотя я видел куда более страшные картины. В книге Феоктисова К.П, "Космическая техника - перспективы развития" издательства МГТУ им. Баумана вписан откровенно бредовый проект крылатой одноступенчатой ракеты, у которой масса крыла 5 тонн, а сама ракета 2000 тонн. Понятно, что крыло такое удержать в воздухе даже пустую конструкцию ракеты не сможет.
Самолетные конструкции тяжеловаты по сравнению с ракетными. Оно и понятно, ведь в требованиях по полету в условиях турбулентной атмосферы уже заложено, то расчетная перегрузка должна быть не менее 3,75  

[поверхностный]

Алексей, боюсь первая ступень с грузом не вернется - груз на хвосте сильно изменит центровку

[Nikopol]

и кроме того, разделение ступеней происходит, когда скоростной напор всё ещё велик...

[Гусев_А]

Небольшой вопрос: А как вы оценивали массу планера (силовой конструкции) вашей РН? Подходы, методы расчета?

Сухую массу 1-й ступени еще раз пересчитаю, разложу по полочкам и потом выложу, но вроде цифра разумная.

Сухую массу 2-й ступени примитивно подсчитал в пропорции к Энергии-2, получилось:
количество ЖРД в три раза меньше;
топлива более чем в три раза меньше;
ни какого гимороя с обтекателем;
остольные решения и системы примерно подобны;
сухая масса 2-й ступени Энергии-2   100 тонн, скромно берем треть=30 тонн.

[Гусев_А]

Алексей, боюсь первая ступень с грузом не вернется - груз на хвосте сильно изменит центровку

Масса самой ступени после расстыковки 140 тонн, значительная часть массы находится в передней части, ступень имеет полноценное хвостовое оперение, так я думаю, что даже 15 тонн в хвосте это не так страшно.
На гиперзвуке при спуске, когда центр давления смещается вперед, то при малейшем отклонении оси корпуса от оси направления движения тут же приводит к смещению центра давления назад, к геометрическому центру, а центр масс остается далеко впереди. Кроме того концы крыльев немного торчат за конус ударной волны и ими можно управлять.
При полете на сверхзвуке хвостовое оперение уже вполне справится со своей функцией.
При полете на дозвуке, тем более, ведь рычаг приложения сил очень большой, управляемость прекрасная, да и центр масс будет по любому перед центром давления.
При посадке прийдется просто немного повысить скорость, а это можно предусмотреть зарание.
Вообще если вспомнить Шатл с его тяжеленной попой, и ведь летает и даже садится, и даже говорят, что может вернуться с грузом, а это то же смещение центра масс.

[Гусев_А]

и кроме того, разделение ступеней происходит, когда скоростной напор всё ещё велик...

При выборе размерности ступеней я специально отступил от золотой пропорции. Первая ступень значительно тяжелее, и ее должно хватить, чтоб вытащить РН к моменту разделения на высоту около 100 км. при этом вертикальная скорость около 1200 м/с, горизонтальная около 1450 м/с.

[Evgeniy]

Небольшой вопрос: А как вы оценивали массу планера (силовой конструкции) вашей РН? Подходы, методы расчета?

Сухую массу 1-й ступени еще раз пересчитаю, разложу по полочкам и потом выложу, но вроде цифра разумная.

Сухую массу 2-й ступени примитивно подсчитал в пропорции к Энергии-2, получилось:
количество ЖРД в три раза меньше;
топлива более чем в три раза меньше;
ни какого гимороя с обтекателем;
остольные решения и системы примерно подобны;
сухая масса 2-й ступени Энергии-2   100 тонн, скромно берем треть=30 тонн.

Жду. Буду рад взглянуть на расчеты

[поверхностный]

Алексей, боюсь первая ступень с грузом не вернется - груз на хвосте сильно изменит центровку

Масса самой ступени после расстыковки 140 тонн, значительная часть массы находится в передней части, ступень имеет полноценное хвостовое оперение, так я думаю, что даже 15 тонн в хвосте это не так страшно.

То есть центр масс сместится на 10% от длины хвоста (расстояние от ЦМ до груза).
По отношению к хорде крыла это будет ~40%.
Хотя, конечно, если стабилизатор достаточно большой, проблем не будет.

[Гусев_А]

Жду. Буду рад взглянуть на расчеты

По детально пока с разбегу не готов, много цифр под мои потребности сразу не находятся. А методом пропорций и соотношений, то опять же сравнивая с Энергией-2.

 Если 1-я ступень РН-Т по общему объему раза в полтора меньше блока Ц, (а его масса 100 тонн), но по массе топлива он несет немного больше (кеносин-кислород явно требуют меньшего объма, чем водород-кислород). Двиготеля все (ЖРД и ВРД) на 1-й ст. РН-Т будут заметно тяжелее, чем ЖРД на блоке Ц. Однако тепловая защита и грузовой обтекатель на 1-й ступени РН-Т заметно меньше и легче чем на блоке Ц. Оперение может не значительно, но на РН-Т потежелее (запас на изменение центра тяжести). Правда на 1-й ступени РН-Т есть оттельный двигательный отсек, и запас керосина разделен в два бака, это + дополнительные тонны.

Как видно плюсы и минусы как бы практически уравниваются, то есть если все делать на грани возможного, то можно заявить и массу 1-й ступени РН-Т и 100 тонн, но я хочу все таки действительно многоразовый носитель и поэтому ориентируюсь на 140-150 тонн.

Если сравнивать 1-ю ступень РН-Т с блоком А Энергии-2, то:

Масса 2-х блоков А как раз примерно равна моей заявленной массе 1-й ступени, но там не нужно забывать, что у каждого блока полный набор всего. А как известно, что две 10 литровые канистры тяжелее одной 20 литровой.

Так, что я почему то думаю, что меня напрасно обвиняют в том, что я занизил заявленную сухую массу, извеняюсь, я имел ввиду массу блока после отделения.

     :lol:   Теперь мене нужно указать, что я заявил очень тяжелые ступени, тем самым отнял массу у ПГ.      :lol:

[Lev]

По детально пока с разбегу не готов, много цифр под мои потребности сразу не находятся.

И никогда не найдутся и не сойдутся...

А методом пропорций и соотношений, то опять же сравнивая с Энергией-2.

А Энергии-2 вообще не было. Энергия-2 виртуальна. Как с ней что-то можно сравнивать? Тем более методом "пропорций и соотношений"??? Ржунимагу...    

[Гусев_А]

Ну на уровне предворительных, но все таки предметных расчетов чертежей и даже моделей проект Энергия-2 прорабатывался. А мой носитель, даже не прорисован по уму, не говоря про чертежи и серьезные расчеты. Все равно надо начать просто с прибросков, чтоб понять стоит ли игра свечь, или нет.

Я тут еще для разминки просчтал самый оптимистический (но думаю все таки разумный) вариант с приминением форсированных движков, которыми грезили, считая ГК-175, сухой массы по минимуму, то может даже моим носителем можно вытащить и 30 тонн. Вечером попытаюсь выложить методику как считал (вручную), мажет кто что подскажет.

[Nikopol]

Я вот всё пытаюсь придумать компоновку "две крылатые ступени + ПН" так чтобы ПН была расположена симметрично.
Самое лучшее, что пока придумал - ПН держать на штырях перед носовым обтекателем второй ступени, а после отделения ПН штыри втягивать внутрь корпуса. Но тут проблема с уязвимостью теплозащиты в местах крепления этих штырей.

[Гусев_А]

Я вот всё пытаюсь придумать компоновку "две крылатые ступени + ПН" так чтобы ПН была расположена симметрично.
Самое лучшее, что пока придумал - ПН держать на штырях перед носовым обтекателем второй ступени, а после отделения ПН штыри втягивать внутрь корпуса. Но тут проблема с уязвимостью теплозащиты в местах крепления этих штырей.

ПН жержать на штырях перед носовым обтекателем? (дословно)  :roll:  А зачем тогда обтекатель? :?:

Чертеж в студию. :!:

[Гусев_А]

Я как то попытался прямо в форум вставить текст с таблицами, но просто примитивно не получилось, опять просил сына засунуть их в свой сайт. (в конец)

Там прописал возможную динамику старта, но только носитель по массам взял значительно более облегченным, хотя опять тем же методом пропорций не на столько как Энергия-2. Получлось и такой гораздо более легкий носитель сможет вытащить ту же полезную массу груза.

Мне кажется для многоразового носителя именно эта схема самая разумная, при некотрых перспективах развития космонавтики она может конкурировать и с одноразовыми РН. Многие плюсы уже есть.