Гигантские ЖРД ракеты. Возможны или нет?

[Vavanzer]

Зачем им это? Если "В Багдаде всё спокойно, спокойно, спокойно!" (с)?

  В Багдаде всегда спокойно! Не спокойно в головах у людей! Кто то и до сих пор живет в режиме "холодной войны", и никак не угомонится!))) Все им что то чудится повсюду, даже в собственой тени видят врагов)))

Это скорее, некий пережиток былого противостояния. Выигравшая сторона так и осталась в том состоянии. Перепрошивки системы и взглядов так и не случилось.
Эффект актера, который так и не вышел из образа, после спектакля, и в итоге сошел с ума... (стал опасен и его придется  изолировать.).. Глупо и нелепо со стороны смотрится.

[alex_semenov]

Давайте я вот что объясню.
Зачем вообще кому-то (неким двум инжерерам из NASA) и мне в частности (вслед) понадобилсят такой СТРАННЫЙ ЖРД-двигатель?
Я это объяснял на Авиабазе пару лет назад. Я давал ссылку, но кто же по ним ходит?

Ну чем плох этот красавец?



Что тут можно совершенствовать? Да ничего! Это и есть ПРЕДЕЛ совершенства. Замкнутый по обеим контурам (и топлива и окислителя) ЖРД! Тепловой КПД почти 80%! Компатный, мощный, приёмистый!
Не двигатель а мечта!
Можно сказать вершина всего пути развития мирового ЖРД-строения.
И всё-таки у этих двитателей есть ахилесова пята.
Надёжность и ресурс.
По-сути капризность.
Потому что у этого двигателя ИЗБЫТОЧНАЯ энергонапряженность. Прежде всего это можно увидить на этой вот схеме:



Смотрите. В камере сгорания давление 300 бар, а давление в магистрали кислорода 633 бара, в магистрали метана 643 бара. Почему давление в магистралях более чем в 2 раза выше чем в камере сгорания?
Зачем высокое давление в камере сгорания - ясно.
Чем оно выше - тем выше КПД двигателя (плюс еще расширение сопла, но главное - давление).
Но что бы компоненты поступали в камеру сгорания достаточно чтобы они качались под чуть большим давлением, чем в камере сгорания. Почему не 340 бар, почему 630-640 бар?
Ответ в том, что это замкнутые контуры ЖРД. Компонетны в камеру сгорания поступают в виде парогаза как ВЫХЛОП, выход соответствующей турбины соответствующего турбонасоса. А что бы турбина работала (и совершала нужную работу поднятия давления) вам нужно что бы на выходе турбины давление было ну хотя бы в 2 раза ниже чем на входе. Но выход турбины - камер сгорания. Где уже должно быть 300 бар. Значит перед турбиной должно быть бар 600! А раз так, то и подача жидкости в этот предтурбинный аппарат (вход в  газогенератора) должен быть под тем же удвоенным давлением.
Давление-на объем - энерги. Давления это 1/3 от плотности энергии и получается что в таком двигателе самым напряжённым агрегатом является не камера сгорания (казалось бы!) с ее 300 барами а газоенераторы с турбонасосами и вся их обвязка этими трубопроводами.
Это всё работает.
Но как? Чудом. На пределе возможностей материалов. Поэтому есть сильное подозрение что такой двигатель НИКТОГА НЕ ПРИБЛИЗИТСЯ по простоте обслуживания к ТРД самолёта или вертолёта. И тем более не приблизится к ресурсу (часов безотказной работы) самолётных двигателей.
Да, там тоже море трубочек и всяких двигающихся деталек...



Сложность, даже больше чем в ЖРД. Но.... Проблема в ЭНЕРГОНАПРЯЖЕННОСТИ.
Вот двигатель Шаттла RS-25:



Они всегда были второй ахилесовой пятой космплана. А возможно и первой.
Одна - это знаменитые хилые плитки, которые вечно можно было повредить (на самом деле во всём были виноваты слишком большие крылья, которые так ему и не понадобились). Но больше всего ужаса вызвала мысль об взрыве двигателя (один убил бы оба остальных). Поэтому ни один двигатель RS-25 многоразового корабля никогда не летал больше чем летали сами корабли. Самый двигатель-долгожитель совершил (после тщательной переборки всякий раз) 19 полётов (при том на разных Шаттлах).
Многоразовый корабль с по-сути одноразовыми, капризными, тербующими тщательного межполётного осмотра двигателями? Это всё что мы можем?
Посмотрите, что такое двигатель в цене ракеты:



Можно назвать ракету многоразовой (10, 25, 100 полётов) если у неё как-бы многоразовые движки?
И при этом их... много...
Улавливаете ЗАСАДУ?...

А ведь это - тупик.
Для ракет одноразовых это не было проблемой. Но для истиной многоразовости может стать.
И если мы действительно собираемся достичь некой истинной многоразовости, полётов в космос как на самолёте (хотя бы первой ступени) мы на самом деле должны менять не форму ракеты (лепить к ней крылья, лопасти, менять число ступеней- это вторично), а действительно поменять что-то РАДИКАЛЬНО "в консерватории". То есть в конструкции самих двигателей.
Не найти некий новый чудо-материал (хотя не без этого) или утыкать всё там датчиками... Это - само собой. Никто не собирается отказываться от уже достигнутого. Но может стоит всё-таки поискать решение по УПРОЩЕНИЮ ЖРД-двигателя где-то в радикально-новом направлении?

Одно такое направление - детонационные ЖРД...



С ними работают... Но... С ними очень давно работают.
Почему так давно? Ну возможно потому что они нафик до сих пор никому не были нужны.
А возможно что там действительно простота - хуже воровства. Ложная. Детонация - существенно неравновесный процесс и научиться им надёжно управлять....

Хорошо. Если не детонация, то что еще может потягаться по КАЧЕСТВУ с "Раптором" но будет куда проще?
И вот тут и всплывает забытая БЕЗУМНАЯ и действительно (насколько я знаю) никогда не проверенная никем идея ротационного ЖРД.
 
Переваривайте что я сказал.
Может будут возражения? Вопросы?

[Vavanzer]

Это всё работает.
Но как? Чудом. На пределе возможностей материалов. Поэтому есть сильное подозрение что такой двигатель НИКТОГА НЕ ПРИБЛИЗИТСЯ по простоте обслуживания к ТРД самолёта или вертолёта. И тем более не приблизится к ресурсу (часов безотказной работы) самолётных двигателей.
Да, там тоже море трубочек и всяких двигающихся деталек...

   Это наоборот очень обнадеживает. Нсли куча такого сложного "металлолома" имеет большой ресурс, надежность, и меньшую стоимость, знач многоразовый потенциал ракетных движков не исчерпан!
Просто надо их менее энергонапряженными делать. Не пытаться достичь показателей одноразовых сборок, 1:1. Ну пусть ПН будет в 2 раза ниже. Зато 100 запусков протерпит система.
В спейсХ этим путем и пошли. Дефорсировали. Но, потом снова втянулись в гонку параметров...

Скорее всего, это все тоже пережиток той гонки. Выжать максимум из всего. Ради одного запуска, а там гори все огнем в атмосфере...
С сверхзвуковыми самолетами-бомбардировщиками и истребителями так не поступили, хотя они в режиме первой ступени по большому счету работают))) Их наоборот, одарили многоразовостью и ресурсом. Хоть и тож нужен техосмотр каждыйй раз...

[Vavanzer]

Хорошо. Если не детонация, то что еще может потягаться по КАЧЕСТВУ с "Раптором" но будет куда проще?

   Проще только прямое питание из баллона высокого давления)))) Просто открыл 2 коана, зажег фитиль, пламя загорелось и полетели))) Балоны только надо подогревать! Тк газ на испарение энергию требует.
Можно какую нибудь повышайку давления на пути поставить.

   Кстати, в области межпланетного  разгона , уже после выхода на орбиту все намного проще. Там никто ни куда не гонит, гравитация на сжирает все старания, атмосфера не тормозит. Можно менее производительные системы использовать. А знач и простые. С меньшей тягой. Всякие сумасшедшие насосы не нужны.
Можно и электротягу для тнвд использовать, от Солнца.

[Vavanzer]

Смотрите. В камере сгорания давление 300 бар, а давление в магистрали кислорода 633 бара, в магистрали метана 643 бара. Почему давление в магистралях более чем в 2 раза выше чем в камере сгорания?
Зачем высокое давление в камере сгорания - ясно.

  После попытки продумать движок сверхвысокого давления (реакторный, правда, который кстати посерьезнее тягу бы выдавал, чем ЖРД.), начал уходить в другую крайность... И в самом деле, зачем там такое давление!?))) Если молекулы газа при высоком КПД все равно летят с той же скоростью, зависящей только от температуры! Просто сила тяги будет ниже, на единицу площади сечения сопла...
Если получится такая штука, мож благодаря каким нибудь хитрым нововведениям,  способная отрываться от земли и долететь до стратосферы, она будет простая как "Жигули")))

   Двиг высокого давления, при всех его преимуществах, уперся в три момента. Необходимость еще более озверинного насоса, необходимость ядерного реактора, и высокую растворяющую способность флюидов (они скорее сожрут все теплообменники и выдуют их в бездну!))
И это не считая ограниченной прочности материалов при высоких температурах.
  Конечно там есть доступный предел, для превосходства над ЖРД. Но не такой как хотелось бы)))
Там, правда масштабировать проще. И габаритные размеры компактнее, на единицу тяги. Прямой конкурент взрыволета, кстати! До звезд быстро не довезет. А на орбиту большую массу вполне способен закидывать.

[alex_semenov]

Да, конечто.
Как я забыл?!
Есть еще один кандидат. Очень в стороне, что я про него забыл совсем. Крылатый.
Древняя как какашки мамонта проблема...
ГПВРД



Да, тут иная совсем специфика... Но суть в том, что тут проблема не в плотности энергии а... температуре.
Нет у нас материалов для таких температур.
Хотя, вон у Вовы Путина что-то же летает на гиперзвуке? Остаётся выяснить КАК?
Самая передовая страна в мире - тормозит....
В эту проблему тоже упираются давно и... хотя, может у кого гениальная прорывная идея завалялась?

[Алексей Николаевич.]

Одно такое направление - детонационные ЖРД...

А давайте пошалим?
Если в таком движке как на схеме,нет препятствий в теории к увеличению размеров...
То получается шикарная штука.
Всю требуху упрятать в тот внутренний объём.
А диаметр бандуры сделать метров пять.
Вот и двигатель для сверхтяжа.
Их всего то четыре штуки надо.
Ещё дальше - саму ракету сунуть внутрь двигателя.
Один движок - вся ракета.

[viesis]

Да, конечто.
Как я забыл?!
Есть еще один кандидат. Очень в стороне, что я про него забыл совсем. Крылатый.
Древняя как какашки мамонта проблема...
ГПВРД

Да, тут иная совсем специфика... Но суть в том, что тут проблема не в плотности энергии а... температуре.
Нет у нас материалов для таких температур.
Хотя, вон у Вовы Путина что-то же летает на гиперзвуке? Остаётся выяснить КАК?
Самая передовая страна в мире - тормозит....
В эту проблему тоже упираются давно и... хотя, может у кого гениальная прорывная идея завалялась?

Так уже вроде определились, что крылья, всякие трд пврд ничем существенно помочь не могут.

[Алексей Николаевич.]

Ну чем плох этот красавец?

Для задуманного он плох как и все.
Большим его не сделать.
Надо сдать все параметры нафиг,всё что добились ,форсируя и совершенствуя.
Как в ДВС.
Сдаём суперфорсировку нафиг!
И делаем огромное и малофорсированное.
Вместо японца 1000 см и 300 л/с,
делаем как в начале того века, 7000 см и всего 120 л/с.
Получаем двигатель почти вечный...
В применении к ракете - огромный размер,один двигатель.
Подача либо просто под давлением газа,либо...
...раскрутив сам движок!
Мыслим форму камеры сгорания и головки в виде диска. Движок крутим.
Топливо само туда летит,распыляется и горит.
В круговой камере сгорания.
Сопло тоже кольцевое.
Диаметр метров 10-20.
И пофиг на потери,на малую удельную мощность.
Ломаться нечему.
Для первой ступени сойдёт.
Да,расточительно.
Но надёжно...

[alex_semenov]

Так уже вроде определились, что крылья, всякие трд пврд ничем существенно помочь не могут.

Потому и не могут что температура за 5 махов на  свехзвуковых кромках становится безумной. И чем выше махи (а надо дотянуть до 25) тем безумней температура. В ней весь затык.
Насколько я понимаю, все эти проблемы со сверхзвуковым сжиганием и т.д. - это мелочи в сравнении с проблемой температуры поверхностей, куда ударяется сверхзвуковой набегающий поток.
Тем ракета и прекрасна.
Она не заигрывает с этими махами. Она из обходит. Он тупо идёт вверх (да, расплачиваясь гравитационными потерями). На высоте где-то 15 км у нее максимальный скоростной напор атмосферы (это какие-то 1.2-1.4 маха) а дальше сопротивление падает (хотя скорость растёт) и мы ВНЕ атмосферы.
И нет этих проблем держаться в потоке, оседлать 5,10, 15 махов... 

[Инопланетянин]

На высоте где-то 15 км у нее максимальный скоростной напор атмосферы (это какие-то 1.2-1.4 маха) а дальше сопротивление падает

Вот тут бы первую ступень и отделять. И пусть назад планирует. И почти без гравитационных потерь. А вверх пойдёт собственно ракета гораздо меньших размеров.
И не надо 25 махов на этом этапе, потом наберёт в разряжённом воздухе.

[alex_semenov]

Ещё дальше - саму ракету сунуть внутрь двигателя.

Да нет во всех этих метаниях особого изюма. Шали не шали... Опыт того же Маска показал, что чем больше ваша гениальная конструкция похожа на "обычную" ракету, тем больше шансов на успех.

[alex_semenov]

Вот тут бы первую ступень и отделять. И пусть назад планирует. И почти без гравитационных потерь. А вверх пойдёт собственно ракета гораздо меньших размеров.

Рано. Вторая ступень отделяется уже на скорости где-то 3 км/с и дальше идёт сама. А так- рано. Если это полноценная первая ступень. 
Хотя я же тут носился с "буксиром" который вытолкнет ракету за звуковой барьер а там та вклчает свои ужасно-шумные движки. Это в случае ГИПЕР-тяжа. Но мы тут пока застряли на сверхтяже. У него звук пока терпит.

Кстати. Если с гипертяжеёлым танкером, который бы одним толчком выводил 1000 кг топлива для 200 тонного универсального космолёта (за что и идёт сражение) проблема, возникает мысль вернуться к затее Маска, которая мне не нравится. Но что поделать, если гипертяж не выходит?
Но если роторный двигатель да еще со срезанием гравитационных потерь первой ступени позволит нам действительно первой ступени летать как самолёту туда-сюда.. то в принципе можно попробовать.
Если бы число заправщиков сократить с 6 до 3х... это вообще было бы приемлимо.

[Алексей Николаевич.]

Ещё дальше - саму ракету сунуть внутрь двигателя.

Да нет во всех этих метаниях особого изюма. Шали не шали... Опыт того же Маска показал, что чем больше ваша гениальная конструкция похожа на "обычную" ракету, тем больше шансов на успех.

Опыт?
Он взял с картинок из старых немецких фильмов ракету и как попало в неё запихал кучу движков.
Что он толком то перебрал?
Его ракета - самая устаревшая из всех вообще,это почти ФАУ.

[Vavanzer]

Так уже вроде определились, что крылья, всякие трд пврд ничем существенно помочь не могут.

Почему то крылья помогают, подниматься самолетам на высоты)))
 Системы с переменной стреловидностью крыла еще в "допотопные" времена делали...
   Ту22 и подобные.
Ту 160 СК конкретно планировался для систем воздушного старта.

[Vavanzer]

Вместо японца 1000 см и 300 л/с,
делаем как в начале того века, 7000 см и всего 120 л/с.
Получаем двигатель почти вечный...

Я о чем то подобном)))

Опыт?
Он взял с картинок из старых немецких фильмов ракету и как попало в неё запихал кучу движков.
Что он толком то перебрал?
Его ракета - самая устаревшая из всех вообще,это почти ФАУ.

Ему слили все списанные устаревшие технологии, не актуальные уже для военных. В тч и советские разворованные! И мучается с ними теперь))) Что вообще получается при этом))

[alex_semenov]

Даже я начинаю уставать от этого разговора...
Роторный ЖРД, я так понял, никого за душу не взял?
А всё остальное-  в сотый раз бег по дурному кругу.

Был у меня план еще пару дней назад перевести тему на другое.
Не знаю получится ли?
Я предлагаю вот что.
Отвлеклись от систем тяги.
Давайте спроектируем тот самый универсальный космолёт для Луны и Марса.
Действительно ли размер выбраный Маском правильный?
А может стоит корабль сделать меньше?
Вообще что такое полноценная исследовательская экспедиция на Марс, Цереру...
Сколько человек должно быть в такой экспедиции?
3? Явно мало. Зубрин предлагал 4. Но чётное число - несчастливое (китайская шутка). Может 5?
5 - достаточно?
Рассчитывать универсальный исследовательский корабль на 5 человек?
Далее
Хорошо. А если это уже не исследование а транспортировка на Луну команды строителей.
Сколько тогда можно за раз перевезди в чём-то похожем (по габаритам и массе) но теперь полёт не годы (как к Марсу) а три дня. Значит можно заменить каюты просто пассажирскими местами.
Скажем человек на... 15 или 25?
А как должен выглядеть корабль для трехдневного полёта 15 или даже 25 человек к Луне и обратно?
В общем.
Давайте определимся для начала с полезной нагрузкой.
Уточим ее контуры.

[Алексей Николаевич.]

Смотря как паковать.

[Инопланетянин]

Кстати. Если с гипертяжеёлым танкером, который бы одним толчком выводил 1000 кг топлива для 200 тонного универсального космолёта (за что и идёт сражение) проблема, возникает мысль вернуться к затее Маска, которая мне не нравится. Но что поделать, если гипертяж не выходит?

А если две большие твёрдотопливные ракеты по бокам, плоская вторая ступень толщиной около трёх метров (диаметр обычных ракет, насколько я понимаю?) соединяющая их, длиной 30-40 метров (по сути дела десяток ракет слитых воедино), а сбоку на ней третья ступень с полезной нагрузкой. Если что-то пойдёт не так можно отстрелить отсек с людьми вбок даже при работающих твердотопливных движках.

Роторный ЖРД, я так понял, никого за душу не взял?

Слишком сложно. Надо бы денёк-другой подумать, как следует переварить.

[Vavanzer]

Даже я начинаю уставать от этого разговора...
Роторный ЖРД, я так понял, никого за душу не взял?
А всё остальное-  в сотый раз бег по дурному кругу.

Взял. Еще как взял))
 Особенно перегрузкой в 3000g на внешних областях!
Интересно, что будет с движками и их соплами, при таких параметрах?)))
  Я про это забыл рассказать))). Эт мега-центрифуга хорошая, для экспериементов!

  Под это дело вспомнил одну замечательную книжку. "Занимательная физика", Перельман автор.
Там в одной из статей рассказывалось о еще одной замечательной книжке, "Из пушки на Луну", Жюль Верна. Только с точки зрения физики , разоблачали идею этого рассказа , с учетом указанных параметров пушки...
  Ну и запомнилось то, что цилиндр одного из героев, при щапуске весил бы какие то страшные тонны и просто раздавил бы человека, и без того сплющенного неимоверным ускорением в момент взрыва))

  Вот тут то же самое. Движки загнет и оторвет ко всем чертям!))) То что весило тонну, будет весить словно 3000тонн! Ни одно крепление не выдержит)))

 Испытайте свою конструкцию на разрыв для начала! Прежде чем предлагать.))))