Межпланетный Транспорт: двигатели и стратегии

[elind]

На том сайте, откуда взята формула, указано: радиус берется в метрах, толщина получается в миллиметрах.

Тогда по силам не сходиться.
Корпус стягивает половинки сферы с силой 2*Pi*r*h*Sigma=2*3.14*20*0.00225*10Е8=28 МегаНьютоновВнутреннее давление разрывает половинки сферы с силой Pi*r^2*P=3.14*20*20*22*10Е6=28 ГигаНьютоновТыщща раз разницы, однако

[Mercury127]

Хм.
Надо будет перечитать статью.
Ибо если оно так, то идея паролета сразу буль-буль.

[Александр Овчар]

Ракета Корона
https://www.elibrary.ru/download/elibrary_32364962_11716287.pdf

р.с это из сборника докладов
https://www.elibrary.ru/item.asp?id=32364949&selid=32364971

мой (первый) доклад на ст 191-195

[tydymbydym]

- на глубине около 1 км

Решили, для начала, поглубже залезть в гравитационную яму?
Какой смысл утапливать РН ниже условной ватерлинии (третьей ступени)?

[Mercury127]

Ну можно не на км, а поменьше. Хотелось снизить нагрузку на стенки. Но по сути нужно лишь получить устоявшуюся скорость при вылете из воды.
Плотность воды при нагревании уменьшается, и вблизи критической точки втрое меньше, чем у воды наружной.
Значит, помимо набора рабочего тела при утоплении, можно за счёт архимедовой силы неплохо выиграть в начальной скорости - вся стартовая масса вылетает из океана как пробка.
Ещё до включения реактивной тяги!
Разве плохо?

[alex_semenov]

Хм.
Надо будет перечитать статью.
Ибо если оно так, то идея паролета сразу буль-буль.

Нельзя так сразу сдаваться!
Я не вникал в ваши расчеты. Но вообще говоря эта идея однозначно более-менее годная.
Просто вы видимо взяли слишком большое давление.
Оно надо при таком мизерном удельном импульсе?
Вообще говоря я планировал (качественно без количественного расчета это не идея, это так...) совместить два подхода в закачивание энергии в паровой бустер.
Первый - внутренний источник (были эксперименты со спецхимией) и
Второй - нагреть пар нагревательным  механизмом на старте снаружи. Рекатор - слишком круто и сложно. Но скажем газовый сверхмощный нагреватель прицепленный снизу бустера -вполне... Эх нарисую...



Смотрите. Базовая идея в чем?
Не надо на пару выходить на орбиту. Это - глупость.
Идея сделать "паровые крылья" для сверхтяжа.
Снизить ему гравитационные потери.
Ну и эффект многоразовости.
Нужно нормальную водородную тяжелую ракету (при этом одну ступень!) как следует подбросить ввехр.
Что бы на высоте 50 км эта штука уже имела скорость 2000 м/с, нужно вертикальное ускорение.. 40 м/с².
То есть тяга бустера должна быть 5g!
Это по-сути выстрел. Паровой пушки. Тут важна тяга. Даже не скорость истечения!
Поэтому и давление не столь важно.
Зачем вам 220 МПа?!!! Это же ... чудовищное давление! 2200 атм?!!!
 
Ну 50 атм... Ну 100 - максимум! Вряд ли больше!
Так как ускорение чудовищно, то при работе бустера желательно все время держать одно и то же ускорение. То есть тяга должна быть в начале чудовищной, но потом падать пропорционально исчерпанию в бустере запаса паро-водяной смеси рабочего тела.
В сущности концепция котла это и предполагает. Но я все же подстраховался и в центр все-таки вставил нагревател-регулятор. Который через специалную химическую реакцию (управляемую подачу реагента) будет поддерживать нужный профиль тяги бустера (температуру и давление пара в котле).
Сам бустер-котел, обратите внимание, будет с клиновоздушным соплом. Сам бог ему таким быть велел. И вообще он работает в переменном давлении (50 км- по сути весь значимый профиль бараметрической кривой). В общем это самая для него форма!
Тут явный синергизм!
Откуда он берет основную энергию? Якорь-нагреватель. Она вкачивается перед стартом снаружи. Скорей всего тупо мощный теплообменник-топка на сжигаемом метане. Это будет проще всего. И динамичней. Этот же якорь держит аппарат в сильно погруженном в воду состоянии.
Старт - открываются сопла бустера и якорь отваливается (идет ко дну, но потом надуваются поплавки и он всплывает, когда ракета уже ушла вверх)
Ракета сначала выталкивается из воды архимедовой силой.
Это - первый толчок вверх.
Ну а потом она уже идет на мощном бустере веерх. Очень резко так идет.
Это -базовая предварительная идея. Но гладко было на бумаге...

[elind]

На том сайте, откуда взята формула, указано: радиус берется в метрах, толщина получается в миллиметрах. См пример расчета в конце.

Где, кстати, это указано?
В примерах это вычисляется - потому что и давление не столь высокое, и размеры далеко не десятки метров, поэтому и получаем ответ в миллиметах.
Первый же пример - цилиндрический бойлер диаметром два с половиной метра, и давлением две с половиной атмосферы - имеет толщину стенок уже 3 миллиметра. Пусть сфера и вдвое эффективнее по соотношению диаметр/толщина стенок, но для "котла" всё равно давление выше в девяносто раз а размер - в шестнадцать, в то время, как материал - всё та же сталь, тогда толщина стенок для него нужна в 90*16/2=720 раз выше - 2 с лишним метра.
Второй пример уже ближе к сфере, но всё равно имеем 7.5 мм стенку, в то время как радиус меньше в 16 раз, и давление в 15 (при пределе прочности 125 против наших 100), тогда толщина должна быть в 16*15*1.25=300 раз выше, или 2.25 метра.

[alex_semenov]

Ракета Корона
https://www.elibrary.ru/download/elibrary_32364962_11716287.pdf
р.с это из сборника докладов
https://www.elibrary.ru/item.asp?id=32364949&selid=32364971
мой (первый) доклад на ст 191-195

Меня по второй ссылке выкидывает куда-то для плебса... Мол, мест нет...

А первая - спасибо. Давно что-то такое хотел по "Короне" полистать. С графиками, типа...
Но вообще говоря чем больше я на нее смотрю, тем больше удивляюсь и... СОМНЕВАЮСЬ!!!!
А заложенные параметры - реальны?
Ну просто посмотрите.
45 тонн (это сужая масса прлюс нагрузка).
Удельный импульс двигателя 4500 м/с. Что бы разогнать эту штуку в вакууме вне гравитации вам какое массовое число надо?
Z=exp(8000/4500)=5,9
А если грубо взять оценку выхода на орбиту в 9400 м/с,  то вообще 8,1!
Но возьмите стартовую массу к 45 тоннам пустым у нее!
290/45=6,4!!!
То есть каким ЧУДОМ она уходит от гравитационных потерь и прочих неэффективностей?!!!
Гравицапа помогает?
Пепелац да и только!

Возьмите для примера проект Rombus.

http://www.youtube.com/watch?v=vBuRVOc1d3U#&t=185s



Это тоже как и "Корона" чисто водородная концепция. По-сути очень похожая.
Но гораздо более мощная.
Стартовая масса 6 363 000 кг
Полезная нагрузка: 450 000  кг
Удельный импульс двигателей: 455 с
Масса пустая, выводимая на орбиту... гм... Ну оценим еще в 100 000 кг.
Какое массовое число получается?
9,75. Ну почти 10!
Вот в эту цифру я могу поверить. 10 вместо 6-8 - это как раз похоже на расплаты за всякие потери при выводе. И очень божеская расплата! Всем бы такую!
А "Корона"? Она вообще "не за что не платит?"
 
Ничего не понимаю!

[Mercury127]

Елинд, вы правы!
Я перечитал статью - формулы действительно дают толщину в метрах...
Те для 22 МПа и 20 м радиуса нужна оболочка толщиной 2.26 метра! И весом 90 кт. При массе воды внутри 10 кт.
Закапываем обратно...

[elind]

Ну а потом она уже идет на мощном бустере веерх. Очень резко так идет.
Это -базовая предварительная идея. Но гладко было на бумаге...

Очень гладко - чтобы разогнать ракету "тупым" бустером до 2 км/с, скорость истечения требуется сравнимая. А скорость истечения пара будет 500-700 м/с, что, согласно формуле Циолковского требует массового совершенства 20-40, ну, или строить пирамиду нескольких ступеней.

[tydymbydym]

Хотелось снизить нагрузку на стенки

Не бывает гибрида подводной лодки и дирижабля. Верхняя ступень - она должна быть ажурной, как и все нормальные (водородные) верхние ступени. Ей любое давление сверх того, каким окислитель на стенки давит строго противопоказано. Это нижние ступени могут быть из чугуния, особенно самая нижняя - верхняя себе такой роскоши позволить не может, особенно если она, и набирает основную ХС (пропорционально УИ). Ну или какой-то защитный кокон нужен, который после окончания всплытия и начала взлета сбрасывается, по аналогии со створками обтекателя отсека ПН

[tydymbydym]

А скорость истечения пара будет 500-700 м/с

А может натрий в том "баке" топить, да кислород поддувать? Топливное трио "так себе", зато можно предельно дубовым всё сделать и плотность как раз какая нужна для нижней ступени.

UPD: Более того, кислород как раз можно вообще брать из воздуха. Как раз пока его много. Получится что-то ближе к идеальному сочетанию - дура с высокоплотным горючим и дармовым окислителем. Только не надо натрий непосредственно в водяном баке топить, надо это делать в высокопрочной камере сгорания, стенки которой можно потолще сделать, а водяной бак пусть будет на 0.1МПа рассчитан - идеальное давление на уровне море, я считаю 

[alex_semenov]

Очень гладко - чтобы разогнать ракету "тупым" бустером до 2 км/с, скорость истечения требуется сравнимая. А скорость истечения пара будет 500-700 м/с, что, согласно формуле Циолковского требует массового совершенства 20-40, ну, или строить пирамиду нескольких ступеней.

Да. 1500 м/с это "пар под давление 220 атм".
Этого у нас нет...
Гм... Что получается? Тупой бустер - нет. Но вот умный... Не верю что идея совсем дохлая!...
Идея в  том, что находясь в воде просто грех не использовать эту же воду как МОЩНУЮ ракетную массу для катапультированиия вверх.
До орбиты мы на ней не доберемся (8000 м/с) не та субстанция. Но вот побороться с ОБЫЧНЫМИ для ракеты гравпотерями - очень даже можем.
Я готов не 2000 м/с. Это так. Опорная цифра. Можно и 1500... Хотя это снизит время полета ракеты без гравитационных потерь...
Но в сущности цифра позволяет все же поискать некое промежуточное решение. Нужен очень мощный, хотя и тупой бустер.
Как РДТТ. Но те - слишком морочные. А тут как раз идея что рабоего тела - сколько хочешь воруг!

Об использовании забортного воздуха. Сама по себе это интересная идея. Но тут она не катит. Это совсем другой подход-концепция (экономия на массе) и это, возможно, для сухопутной ракеты куда лучше.

[tydymbydym]

Об использовании забортного воздуха. Сама по себе это интересная идея. Но тут она не катит

Так мы не знаем. Вот летит ракета вертикально вверх. Что мешает отводить часть воздуха в ПВРД для "дожигания" водорода, полученного от реакции натрия с водой? Про натрий (калий - не особо важно пока) я в принципе от балды написал, потому что не вижу приемлемого способа нагрева - ядерный реактор должен быть уж очень кучерявой мощности, скорее не реактор а небольшой взрывогенератор, а если мы метаном греем через теплообмен, то нафига такие изыски? Давайте для уменьшения скорости истечения просто в закритику воду впрыскивать, которая в третьем баке будет - самое оно

[elind]

А может натрий в том "баке" топить, да кислород поддувать? Топливное трио "так себе", зато можно предельно дубовым всё сделать и плотность как раз какая нужна для нижней ступени.

Да можно вообще, паровой бустер использовать только для "начального пинка", разгоняя комплекс до 400м/с на первых двух км, а остальную атмосферу пробивать на прямоточных ВРД. Для разгона шестикилотонного супертяжа на 4 "же" потребуются четыре "трубы" диаметром по 25-30 метров, или кольцо, опоясывающее разгонный блок.

Гм... Что получается? Тупой бустер - нет. Но вот умный... Не верю что идея совсем дохлая!...

Если отказаться от пассивного двигателя, воду можно греть либо ядерным реактором (требуемая тепловая мощность 240-120 ГВт) со всеми вытекающими сложностями, или греть сжигаемым топливом, разменивая ХС на тягу (потребуется 2500 тонн водород-кислорода или 3700 керосин-кислорода для 12 килотонного бустера), заодно снижая напряжённость режима работы двигателя.

[tydymbydym]

только для "начального пинка", разгоняя комплекс до 400м/с

Именно. Только чтобы ПВРД можно было раскочегарить. Но тогда лучше бы бустер совсем отдельно, а прямоточник - второй ступенью, как раз чтоб обеспечить "подскок" на величину гравипотерь, к примеру, а не усложнять всё задачей тошниться на гиперзвуке в плотных слоях десятки минут, а то и час

[alex_semenov]

А, кстати. да.
Возможно я не прав. Действительно... Паровой бустер может быстро разогнать до сверхзвука. И достаточно. Это - достаточно что бы запустить сверхзвуковой ВРД... Гм... Хотя комбинированая двигустановка -сложность, цена... Но тут и масса и простота и многоразовость. Можно получить чудо-бустер! Идея мне нравится!
Над думать...
Кстати, а как с конусом Маха? куда воздухозаборники лепить? Впереди же - полезная нагрузка. И чудовино длинная, массивная!

[tydymbydym]

Кстати, а как с конусом Маха? куда воздухозаборники лепить? Впереди же - полезная нагрузка. И чудовино длинная, массивная!

Ну так кольцом же, по периметру

[elind]

И чудовино длинная, массивная!

С чего вдруг она "чудовищно" длинная, если тяжёлые ракеты стараются делать короткими и тупорылыми? Тот же Нексус вспомнить. Вот пусть и работает в качестве центрального тела в двигателе

обозначенное 2, сам двигатель, понятно, не такой длинный.
Скорее, что-то вроде этого

[tydymbydym]

Если отказаться от пассивного двигателя, воду можно греть либо ядерным реактором

Так, последняя итерация, асимптотично приближающаяся к маразму.
На бустере в одной камере теплообменника растворяем в воде натрий, используя результаты реакции двояко: нагреваем через теплообменник выбрасываемую массу воды и помогаем в этом, подпирая давлением накапливаемого водорода. Этакий гибрид вытеснительной подачи и парового двигателя. После разгона до СЗ включаются ПВРД, использующие накопленный водород для работы и оставшуюся воду для уменьшения УИ