Техника для вакуумно-атмосферных межпланетных пилотируемых полётов (к Венере)

[Андрей 2]

Предлагаю сформулировать требования к технике для межпланетных перелётов,какой она должна быть? Что должна уметь? Какой компоновки (вертикальная или горизонтальная или обоих типов)? Наличие / отсутствие отделяемых ступеней или модулей? Наличие / отсутствие спасательных средств какого либо типа? Должна ли эта техника иметь возможность  самостоятельной посадки на поверхности других планет или доставлять туда посадочные модули? Тип силовой установки?

[crazy_terraformer]

но тот же корабль да высаживания репликатора можно собрать из модулей, выводимыми на орбиту скайлонами

Космический поезд из посадочных модулей+межорбитальный буксир для доставки на окололунную орбиту?

[николай теллалов]

но тот же корабль да высаживания репликатора можно собрать из модулей, выводимыми на орбиту скайлонами

Космический поезд из посадочных модулей+межорбитальный буксир для доставки на окололунную орбиту?

да, эдакое развитие идеи "луноциклера"

[Андрей 2]

Но это все досужие придирки. Если говорить по-делу - атомный ракетоплан имеет очень спорное узкое место в области экологии.

Согласен, есть такая проблема.

А это - отсутствие резервирования, "робастности" к случайному выходу из строя и  износу. Зачем?  Ионолет с малыми РИТЭГами сделает все тоже самое, но несравнимо технически проще и дешевле.

Ну разве что после создания компактных и в тоже время мощных  источников питания. А пока что только опыты...
https://www.youtube.com/watch?v=GOMYpkAgE7M

[crazy_terraformer]

А это - отсутствие резервирования, "робастности" к случайному выходу из строя и  износу. Зачем?  Ионолет с малыми РИТЭГами сделает все тоже самое, но несравнимо технически проще и дешевле.

Таки я с Вас кидаю бroви на лоб, шо Ви всё лезете и лезете к честным людям с этим бесполезным кунштюком? Энеrгии моrе жrëт, а пшик подымает.

[Андрей 2]

В принципе ионолёт мог бы оказаться полезным в условиях Титана-спутника Сатурна, слабая гравитация и плотная атмосфера, так сказать "два в одном" возможно создание какого-либо беспилотника .

[ziggyStardust]

Энеrгии моrе жrëт, а пшик подымает.

У него КПД выше вертолетного.

А пока что только опыты...

[Андрей 2]

Вот моя версия требований для космического корабля способного стать основой грузового межпланетного транспорта:

1) Двигательная установка таких кораблей должна потреблять только наиболее распространённые, нетоксичные  виды топлива, за исключением двигателей маневрирования.
2) Способность  доставлять грузы к пункту назначения неповреждёнными.
3) Наличие на борту этих кораблей спасательных средств .
4) Нижний предел массы полезной нагрузки - 8 тонн.
5) Возможность вертикального взлёта и посадки с\на неподготовленные участки поверхности вне Земли.
6) Объём грузового отсека таких кораблей должен быть не менее 150 М3.
 

[Андрей 2]

Здесь схематически показана работа гибридного ТРД в 2-х режимах  где обтекатель воздухозаборника в сложенном состоянии- атмосферный режим, набегающий поток проходит в него и далее следует к двигателю.
И также показан второй режим, -вакуумный, где канал подачи забортного воздуха перекрыт обтекателем, переведённым во 2-е положение.

[Андрей 2]

"Ваши" челноки больше "Мрии" размером, там хватит места на футбольное поле.

Нужно было мне с самого начала внести ясность в размеры предлагаемого ракетоплана, но лучше поздно чем никогда:

[Андрей 2]

самолёт же, или лучше аналог конвертоплана позволит это сделать, он сможет работать и в ветренную погоду,

Вот например нормальный вариант, только вместо ТРД применить детонационные ЖРД:

[Андрей 2]

на какой посадочной скорости вы собираетесь притереть этот

Вход в атмосферу Земли однозначно должен проходить на скорости не более 5М, я не сторонник "трюкачества" с входом на перелётной скорости, и с двойным входом , входная скорость может быть погашена самыми различными мерами которыми располагает данный корабль  (особенно  последних версий, Р-8, Р-8М, Р-8М1 которые здесь не "засвечивались" ), но об этом будет рассказано позднее, всему своё время.
 Р-8 это  прототип, для которого делался расчёт, приведённый ранее. Р-8М,развитие предыдущего варианта но оснащённый термозащитой, и средствами подавления плазменных образований, а также располагающий гибридными ТРД и многоразовыми ускорителями. Р-8М1 дальнейшее развитие предыдущего варианта, но имеющий на борту установку для забора и сжижения атмосферного кислорода, способной работать как в неподвижном режиме (когда корабль стоит на аэродроме нарабатывая кислород), так и " на ходу" - в полёте. Маршевые двигатели по концепции должны быть " потомками" РД-701- трёхкомпонентные однокамерные.

[Андрей 2]

Как обычно, погубили  хороший проект:

http://www.youtube.com/watch?v=Pq6R1jV_2nM#

[Андрей 2]

Видео о самых скоростных носителях различного назначения:

https://www.youtube.com/watch?v=GdKKKfkk4-I

[andrei-HXS]

День добрый.

После рассмотрения выявленного недостатка были сделаны выводы, и в конструкцию предлагаемого двигателя были внесены радикальные изменения.

Теперь вращающиеся элементы двигателя установлены  подвижном блоке ротора (на рисунке в правой части показана конструкция доработанного двигателя) который имеет  положения:
1) Атмосферный, где блок ротора приведён в рабочее положение, и перемещён в крайнее  положение (влево) где турбина попадает под воздействие продуктов горения компонентов топлива в кольцевой камере сгорания, приводя её во вращение, входная пара разнонаправленных вентиляторов проводит воздушный поток в корпус двигателя, далее поток попадает в нагнетатель, состоящий также из 2-х разнонаправленных вентиляторов, производительность которых  не должна быть ниже входной пары , далее поток проходит через отверстие в кольцевой камере сгорания, охлаждая её, и при этом частично нагреваясь ( частично из-за высокой скорости потока поступающего из выхода нагнетателя) и проходя через лопатки турбины, охлаждая её, нагреваясь, расширяясь  и смешиваясь с продуктами горения должен создавать дополнительную тягу.

2) Положение блока ротора выведенного в крайнее (на рисунке правое) положение, где турбина выведена из рабочей зоны и не подвержена воздействию высоких температур, ротор не вращается, все подвижные элементы двигателя (кроме ТНА) не действуют, но камера сгорания продолжает работать перейдя в режим ЖРД, используя различные вариации тяги.

Данный двигатель, переведённый в вакуумный режим должен быть прикрыт с входной стороны обтекателем, для предотвращения попадания в него метеорных тел.

Работу внешнего контура данного двигателя рассматривать не считаю нужным, поскольку она хорошо известна, и информацию об этом можно без проблем найти в сети.

Данный двигатель может быть оснащён форсажной камерой.

Идея в целом неплохая.
Но удастся ли на деле выдвигать/задвигать крыльчатки газовой турбины, учитывая, что ГТ, насколько я помню, имеют неподвижные направляющие лопатки, которые не дадут вытащить ротор?
К тому же остаётся открытым вопрос надёжности самого выдвижного узла на роторе...

Не проще ли оставить ТРД с незадвигающимся ротором, а в вакуумном режиме подавать в компрессор кислород, предварительно выпаривая его от тепла камеры сгорания или прочих греющихся частей?
Или как вариант - в вакуумном режиме использовать не саму камеру сгорания ТРД, а форсажную камеру за ней, подавая туда напрямую топливо и жидкий кислород.

[cybertron]

Для атмосферных полетов на других планетах напрашивается ядерный турбореактивный. Никаких проблем с запасом рабочего тела.

Вот например 

https://www.nextbigfuture.com/2015/07/nuclear-thermal-turbo-rocket-with.html#:~:text=Nuclear%20Thermal%20Turbo%20Rocket%20with%20supercharged%20air%20augmentation,-Brian%20Wang%20%7C%20July&text=A%20new%20propulsion%20concept%20called,propellant%20into%20a%20rocket%20plenum.

https://www.youtube.com/watch?v=vt_PcU_Jqts

[Андрей 2]

Но удастся ли на деле выдвигать/задвигать крыльчатки газовой турбины, учитывая, что ГТ, насколько я помню, имеют неподвижные направляющие лопатки, которые не дадут вытащить ротор?

Там всё должно быть нормально, уж насчёт этого я меньше всего беспокоюсь.

Не проще ли оставить ТРД с незадвигающимся ротором, а в вакуумном режиме подавать в компрессор кислород,

Как раз из- за невозможности эксплуатации стандартного ТРД в вакууме, даже подавая в него кислород и пошёл весь этот сыр-бор, пришлось изобретать велосипед заново, дело в том что подавая кислород в ТРД, при работе в вакууме, мы не получим горения, вакуум "растянет" и топливо и окислитель, никакие многоступенчатые компрессоры от этого не спасут.

Или как вариант - в вакуумном режиме использовать не саму камеру сгорания ТРД, а форсажную камеру за ней, подавая туда напрямую топливо и жидкий кислород.

В том двигателе, с закрытой камерой, предусмотрена возможность использования форсажной камеры вместе с кольцевой.

 
На иллюстрации показано перемещение деталей турбины в нишу для перехода ТРДГ в ракетный режим.
1)   Корпус закрытой кольцевой камеры сгорания.
2)   Защитная ниша для деталей турбины.
3)   Каналы (коллекторы)  для выхода продуктов горения из камеры сгорания.
4)   Детали турбины.
Данный двигатель может найти применение в технике для полётов в условиях как плотной атмосферы так и разреженной, так и в её отсутствии, он может быть применён как в тяжёлых летальных аппаратах так и в лёгких, одно - двухмоторных.

Разница между стандартными ТРД и предлагаемым ТРДГ в следующем:
ТРД способен работать только в кислородосодержащей атмосфере, если ТРД установить на крылатый космический корабль – ракетоплан, объединив их с несколькими маршевыми ЖРД, образуя комбинированную силовую установку,  то мы получим следующую картину: ТРД  ведут корабль с аэродрома до некоторой высоты ( например 10 км ) где корабль дозаправляется,  после этого набирает скорость на ТРД, подключая к их работе связку ЖРД  для выхода на орбиту, на больших высотах воздух практически отсутствует, эффективность ТРД резко снижается, и их нужно отключить, с этого момента они становятся нагрузкой для корабля,  что приходится учесть и соответственно снизить массу полезной нагрузки.
ТРДГ в отличии от предшественника имеет меньшую массу, поскольку  в нём нет столь большого количества ступеней компрессора, и именно поэтому он может иметь меньшую длину  по сравнению с ТРД, в примере с ракетопланом этот двигатель до дозаправки корабля работает в целом как стандартный ТРД,  после дозаправки ТРДГ переходит в ракетный режим, таким образом не становясь нагрузкой для корабля, но напротив, оставаясь самостоятельной энергетической единицей, сообщая ему (ракетоплану) дополнительное ускорение.
Принцип действия ТРДГ в упрощённом виде выглядит следующим образом: в целом его действие аналогично действию ЖРД с открытым циклом (с открытым, из-за его большего ресурса) и состоит из 2- х основных  элементов – ТНА и камеры сгорания, имеющей тороидальную  форму, эта форма заимствована  у ТРД, поскольку открывает определённые возможности трансформации  данного двигателя из режима 1 в режим 2 и обратно. Двигатель состоит из: корпуса (7)  и жёстко закреплённой в нём камеры сгорания (2), большинство подвижных деталей двигателя установлены в подвижном блоке ротора (6) в  состав которого входят: продольная двухвальная ось вращения на которой установлены детали турбины (1) , пара разнонаправленных вентиляторов нагнетателя (3), пара входных разнонаправленных вентиляторов (5).
В общем принцип работы ТРДГ очень прост: компоненты топлива подаются под давлением в закрытую кольцевую (тороидальную) камеру сгорания, в 1-м (атмосферном) режиме работы где они сгорают (окисляются) образуя при этом продукты горения которые расширяясь создают давление и выходят через каналы  (коллекторы)  попадая на лопатки турбины , приводя её во вращение, и далее приводя в действие нагнетатель, который выполняет ответственную задачу – прогон атмосферного воздуха с высокой скоростью через отверстие в камере сгорания, цели этого действия – повышение тяги двигателя, охлаждение камеры сгорания и турбины, а также предотвращение прорыва продуктов горения через отверстие в камере сгорания в сторону нагнетателя и входной пары вентиляторов, этот прорыв возможен при переходе двигателя на форсаж, при наличии  форсажной камеры.  Входная пара вентиляторов отвечает за создание первичной тяги на 2-х контурах двигателя, внешнего и внутреннего, и  создание давления воздуха в участке блока ротора между входной парой и нагнетателем.
Переход двигателя во второй режим  - режим ЖРД производится посредством перемещения блока ротора  вперёд (по направлению движения летательного аппарата) , это позволяет перевести детали турбины из рабочей зоны в специальную нишу в камере сгорания, между коллекторами, таким образом обезопасив её, предотвращая её разрушение от потока  продуктов горения , скорость и плотность которого в режиме ЖРД должна возрасти примерно в 3 раза. После перехода двигателя во 2-й режим подвижные детали блока ротора останавливаются, работают только камера сгорания и ТНА, воздухозаборник  двигателя закрывается обтекателем, воизбежании попадания в двигатель посторонних предметов, например метеоритных тел.

[andrei-HXS]

дело в том что подавая кислород в ТРД, при работе в вакууме, мы не получим горения, вакуум "растянет" и топливо и окислитель, никакие многоступенчатые компрессоры от этого не спасут.

Т.е. проще говоря, топливо и окислитель выбросятся наружу, толком не сгорев? Но ведь в ЖРД всё прекрасно работает, при том, что топливо и окислитель подаются в камеру сгорания при помощи турбокомпрессоров...

Там всё должно быть нормально, уж насчёт этого я меньше всего беспокоюсь.

Конечно возможен вариант без направляющих лопаток, но такая турбина неэффективна  (часть газового потока проскакивает между роторными лопатками и стенкой, не совершая никакой работы). Чтобы задвинуть роторную часть при наличии направляющих лопаток, последние необходимо как-то убирать/задвигать, а это неизбежно усложняет конструкцию турбины.

В том двигателе, с закрытой камерой, предусмотрена возможность использования форсажной камеры вместе с кольцевой.

Предложение как раз в том, чтобы переделать форсажную камеру для работы на полную тягу в вакуумном режиме (подавая в неё топливо и жидкий кислород), турбина и компрессор в этом режиме не  работают. При этом отпадёт необходимость в выдвижном роторном устройстве со всеми вытекающими...

[Андрей 2]

Т.е. проще говоря, топливо и окислитель выбросятся наружу, толком не сгорев? Но ведь в ЖРД всё прекрасно работает, при том, что топливо и окислитель подаются в камеру сгорания при помощи турбокомпрессоров...

Ну так у ЖРД ведь камера закрытая, потому и горит, а ТРД полностью заточен на забор атмосферного окислителя, поэтому в вакууме он он не работает.

Конечно возможен вариант без направляющих лопаток, но такая турбина неэффективна  (часть газового потока проскакивает между роторными лопатками и стенкой, не совершая никакой работы). Чтобы задвинуть роторную часть при наличии направляющих лопаток, последние необходимо как-то убирать/задвигать, а это неизбежно усложняет конструкцию турбины.

Вы хотите сказать что продукты горения проходят по верхней кромке лопаток и часть струи их не затрагивает? Видимо я не писал об одном нюансе, который указан на рисунке , продукты горения выходят из камеры сгорания под острым углом, здесь угол составляет 10 гр. в сторону продольной оси, и там имеется зона (рабочая зона) где они сходятся как раз по диаметру равному рабочей поверхности лопаток, таким образом эти элементы турбины помещаются в эту зону посредством перемещения блока ротора, и двигатель переводится в 1-й режим. Так что там нет зазора.

Предложение как раз в том, чтобы переделать форсажную камеру для работы на полную тягу в вакуумном режиме (подавая в неё топливо и жидкий кислород), турбина и компрессор в этом режиме не  работают. При этом отпадёт необходимость в выдвижном роторном устройстве со всеми вытекающими...

Переход на режим форсажа рекомендуется только при полёте в атмосфере, работа во втором режиме с форсажем нецелесообразна.

[andrei-HXS]

Ну та у ЖРД ведь камера закрытая, потому и горит, а ТРД полностью заточен на забор атмосферного окислителя, поэтому в вакууме он он не работает

Если перекрыть воздухозаборник и отдельно подавать в компрессор кислород, то горение всё равно будет (другое дело, что из-за ГТ достичь столь высокой скорости исходящих газов, как в ЖРД, не удастся).

Вы хотите сказать что продукты горения проходят по верхней кромке лопаток и часть струи их не затрагивает?

Да. Уже увидел на рисунке, что на лопатки ГТ направлена узкая струя, далеко от стенок турбины. Но так ли эффективен такой подвод продуктов горения на лопатки и возможно ли при этом сделать многоступенчатую турбину? Я к тому, что без неподвижных направляющих лопаток возможно образование паразитных завихрений около роторных лопаток, особенно при нескольких ступенях ГТ.

Переход на режим форсажа рекомендуется только при полёте в атмосфере, работа во втором режиме с форсажем нецелесообразна.

Чем именно нецелесообразна? Из-за плохого смесеобразования?