Гигантские ЖРД ракеты. Возможны или нет?

[alex_semenov]

А если на пути пара поставить скоростную крыльчатку, с редуктором передающим усилие на колеса?

А зачем? Дурака повалять на уроке? Речь о чём? Вы следите? Или просто выделываетесь перед "классом", когда учитель физики отвернувшись, рассказывает НУДНЫЙ предмет?

* * *

Нет, Юрий. Это не дурдом (в хорошем смысле слова, как вы сказали).
Это современный неуправляемый старший класс...



Они пришли сюда на "перемену", а их тут учить уроки заставляют. Вот они  и выёживаются друг перед другом. Им скучно глубоко тут во что-то вникать. Нет привычки.
Много букф они не осиливают.
А еще и формулы...
 

[MenFrame]

А зачем? Дурака повалять на уроке? Речь о чём? Вы следите?

Ну так любая турбина это реактивный двигатель, который преобразует импульс с малым моментом силы в большой момент силы. И его иногда даже ставят на автомобили.

[viesis]

Ротирующий двигатель это двигатели вращаются относительно бака?

Да

Тогда как подачу компонентов топлива организовать?

Через специальную муфту в оси

С одной стороны - если бы всё было так просто, кто-то бы уже реализовал такую схему, хотя бы на уровне демонстратора, пусть не с 300 бар в камере сгорания, а с хотя бы 30 бар, с другой стороны - прорывом такую систему вряд ли можно назвать, в лучшем случае улучшение эффективности в районе первых десятков процентов.

[Алексей Николаевич.]

Если крутить всю ракету,достаточно для правильного баланса окислителя и топлива,делать баки соответствующего диаметра.
Кольцевой один из них,если надо.
Подача кроме того калиброванными форсунками регулируется.
Проблем с этим не будет.
В полёте может крутиться от угла наклона парочки сопел(если они отдельные),либо специально применяемых пары двигателей,либо вообще от наклона оперения.
На старте можно либо предварительный наддув баков использовать, либо вообще,раскручивать ракету.(что даст достаточно инерции для полёта на низкую орбиту).

(Посчитать для прикола бы),а если без приводов эти "маховики-турбины" сделать?
Их нормально раскрутить - они все эти пять минут выхода до 50-80 км высоты и так прокрутятся...))))

[alex_semenov]

С одной стороны - если бы всё было так просто, кто-то бы уже реализовал такую схему, хотя бы на уровне демонстратора, пусть не с 300 бар в камере сгорания, а с хотя бы 30 бар,

Да, логика есть.
Но есть и контробъяснение (почему до сих пор не сделали такую классную вещь).
Во-первых идея появляется в 30х.
Но потом она остается просто ненужна. Для военных ракет недостатки ее совершено очевидны. Такую раскоряку - куда?
Вся гражданская космонавтика - продолжение военной. Да и на тот же КРЫЛАТЫЙ многоразовый корабль его не поставить. Поэтому - инерция (пока магистральная линия ЖРД не упёрлась в предел совершенства).
Тем более что главное достоинство ротирующего ЖРД (если оно действительно есть) - было до сих пор не особо на переднем плане. Они не вставали остро.
Для ткого ЖРД нужен корабль с желательно широким основанием (типа "пепелац"). Таки стали рассматривать относительно недавно (да в 60х рассматривали большие варианты, но это были эскизные проекты).
Далее. Как мы (человечество в лице США) ВЛЯПАЛИСЬ и РАЗБИЛИ СЕБЕ НОС в "многоразовость"?
У нас изначально была неверная концепция. Поменять корабль (форму, способ полёта) но оставить начинку всю ту же "одноразовую". И мы здесь угробились. Начисто.
Никто не говорит что хороший, надёжный родирующий ЖРД построить просто.
Ту начать и кончить. И можно три шеи еще сломать.
Но у нас не так уж и много вариантов для выбора и развития.
Я по-сути их все перечислил.
Либо совершенствовать что есть в области материалов и контроля-управления-диагностики (это надо но как далеко там до упора?)
Попробовать оседлать детонацию (детонационный ЖРД).
Гиблая идея (как по мне) сделать ГПРВД хотя бы на 15 махов (одноразовый снаряд - это одно, многоразовый лайнер - совсем другое).
Ну и эта. Рортирующий ЖРД.

Самый умный подход? Двигать все. А бог своих сам отличит.

с другой стороны - прорывом такую систему вряд ли можно назвать, в лучшем случае улучшение эффективности в районе первых десятков процентов.

Я уже сказал и у самых умных/образованных тут консенсус. Прорыва в эффективности ждать ГЛУПО. Если у вас тепловой КПД двигателя 70-80%, то глупо бороться за оставшиеся децелы. Как говориться, оставте богу - богово!
Речь идёт о том, что ротирующий двигатель будучи (чего надо еще добиться!) таким же как и классический ЖРД закрытого цикла по характеристикам (параметрам) будет НАДЁЖНЕЙ и ДОЛГОВЕЧНЫЙ (в силу меньших нагрузок на ключевые элементы конструкции). А значит это настоящий ключ к настоящей космической многоразовости.

Мы до сих пор не с того конца долбились в тему многоразовости. Поэтому и проиграли.
На чём сейчас что-то удалось добиться Маску?
Первое. Не выёживайся. Ближе к классике (двухступенчатая карандаш-ракета) - ближе к успеху.
Второе. У него всё просто. Нет лишней сложности. "Мерлины" - прстые двигатели открытого цикла. То есть мотоциклетный так сказать, двухтактный (шукта).
Третье. У него многоразовая пока ПЕРВАЯ ступень. Она летает недалеко, невысоко, не быстро. Отоносительно конечно второй ступени. Это почти самолёт. И это - правильно. Значит и приблизить надо сначала к  самолётному циклу обслуживания первую ступень  ибо это проще (возможно только ее и можно сделать многоразовой как нам хочется). Сделайте многоразовой именно первую ступень. Он взялся с нужного конца. NASA взялось с противоположного (многоразовая "вторая" ступень переживающая весь цикл полёта).
Но далеко ли он продвинется?
Будем посмотреть. Но надо и самим искать решения.
"Если не мы, то кто?!" (с)
 

[viesis]

Если крутить всю ракету,достаточно для правильного баланса окислителя и топлива,делать баки соответствующего диаметра....))))

Так раскручивание всей ракеты - это равносильно наддуву баков, по крайней мере в плане толщины стенок этих баков.

[Алексей Николаевич.]

Если крутить всю ракету,достаточно для правильного баланса окислителя и топлива,делать баки соответствующего диаметра....))))

Так раскручивание всей ракеты - это равносильно наддуву баков, по крайней мере в плане толщины стенок этих баков.

Да, в принципе так.
Некоторый выигрыш при вращении вместо наддува - необходимость только внешние стенки баков усиливать.
А при наддуве придётся полностью баки утолщать или материалы использовать дорогие.

[petrovich1964]

в первых 15-20 км. Дальше же .... мы уже не  висим (по-сути) в гравитационном поле.  Мы почти из него вырвались

Не понятно.

[Karagy]

В Таиланде Ротационные ТРД уже освоили https://www.youtube.com/watch?v=i7uBAeHrfE0

[Алексей Николаевич.]

Ну вот,можно было там провести эксперимент хоть такой.
Вместо спиц лопасти и оборотов побольше.
Как оно полетит, интересно же...

[Фантазер]

Речь идёт о том, что ротирующий двигатель будучи (чего надо еще добиться!) таким же как и классический ЖРД закрытого цикла по характеристикам (параметрам) будет НАДЁЖНЕЙ и ДОЛГОВЕЧНЫЙ (в силу меньших нагрузок на ключевые элементы конструкции). А значит это настоящий ключ к настоящей космической многоразовости.

А не проще-ли "мух отделить от котлет"?  Избавить ТНА от супернагрузок. После  газогенератора и турбины направить газ не в основоной двигатель,а в дополнительный с умеренными характеристиками и тогда не нужно поднимать давление турбиной НА до 600 атм в газогенераторе, чтобы получить в КС 300 атм. Или не так,можно поднять давление до 600 атм в камере сгорания основного ЖРД.Что КМК  полностью компенсирует потери  в  дополнительном ЖРД. При значительном снижении в первом случае запредельных характеристик ТНА а следовательно увеличении его ресурса.Без особого усложнения ЖРД.

[Фантазер]

Алекс вы ,по моему забыли закон куба квадрата в своих восторгах по поводу вентилятора. Для небольших  РН оно может и прочапает,но для гигантов ?

[alex_semenov]

Если крутить всю ракету,достаточно для правильного баланса окислителя и топлива,делать баки соответствующего диаметра....))))

Так раскручивание всей ракеты - это равносильно наддуву баков, по крайней мере в плане толщины стенок этих баков.

Да.
Тут всё на всё завязано.
И, кстати, как только кто-то упоминает наддув в баках, толщине стенок, я сразу вспоминаю еще одного НЕДОНОШЕННОГО (никак не мертворождённого) монстра.



Ну вот нравится мне это "водоплавающее"! Вот, кажется, еще один упушенный шанс.
Двиатели тут были монструозные. И хотя там было в камере сгорания всего 20 атм, намучались бы они с визгом, думаю, начни экспериментировать...
Но изюинка ракеты не в двигателях. В другом. В его ДИРИЖАБЛЕПОДОБНОСТИ.



Так как из законов куба и квадрата с ростом размера R  совершенство ракеты геометрически растёт в ~R раз,  так что эти мерзавцы (американские инженеры) удумали? Бестии (были же люди! была эпоха!) Можно собирать-варить стенки бака не просто из железа-нержавейки вместо технологически худшего  алюминия (чем и ставится Сатурн-5! Гипер-пупер технологией алюминевыех несущих баков), они собрались это еще и сильно поднадуть внутренним давлением более 20 атм (что бы топливо шло в двигатель под давлением без ТАН).
То есть "большая тупая ракета" - это игра слов. Да, тупая на первый взгляд. Но на самом деле это ирония. Ракета задумывалась очень умно.
Надув не просто подавал топливо. Он держал конструкцию. То есть чудовищна ПН в "миллион паундов" на вершине держалась именно давлением в баках!
Если кто таки послушал популярние лекции Салонина, то вы знаете, что главное преимущество ЖРД с насосом перед ТТРД и ЖРД вытеснительного типа - не нужны толстые стенки бака (вытеснительный ЖРД) или камеры сгорания (ТТРД). Но, что удивительно. Во-певых. Как нам тут деликатно показал Аскет очень большие ТТРД оказываются и очень эффективны даже в смысле совершенства конструкции.  Ну и этот контрпример к аргументу Солонина (правда только на бумаге) - вытеснительный "Морской Дракон" из надутой двумя десятками атмосфер нержавейки. Стенка достаточно толстая и тяжелая (7900 кг/м³). Но именно в силу размеров параметры такого "угробища" оказались вполне себе ничего. И закон Салонина (назовём его так) создателям Дракона не мешал!
Правда там планировался водород (невесомый флюид) для которого большой размер тоже выгодно. И выезжали они в основном на нём. За счёт водорода. И тем не менее (как использовать большой размер в пользу а не во вред), идея требует отдельного анализа. Тут есть что взять.
Одна только нетривиальная идея водоплавания (старта из воды) - уже ценная на мой взгляд.
В общем, человечество далеко не исчерпало все ценные идеи даже для химических ракет! Не говоря...
("мы не думаем о рыжей обезьяне!" взрыволёты мы совсем не вспоминаем!)

Алекс вы ,по моему забыли закон куба квадрата в своих восторгах по поводу вентилятора. Для небольших  РН оно может и прочапает,но для гигантов ?

Нет я не забываю. Но на самом деле я пока не знаю в какую сторону он сработает к этой идее с вентилятором и ротоным ЖРД. В плюс или в минус? Я надеялся что именно в плюс просто из тех соображений, что чем больше ракета, тем более она может быть "пузатая".
Это малые ракеты - рарандаши. Их диаметр - 1-3 метра.
А чем больше ракета тем лучше ее сделать ниже но толще. И диаметр будет как раз тут тот что нам надо. Потребляемая вентилятором мощность - обратно пропорциональна диаметру вентилятора.
Хотя я действительно тут могу ошибаться с масштабирванием.
На самом деле я уже знаю (думаю что заю) как свести первый расчёт "на салфетке" и  тогда будет всё видно.

[alex_semenov]

Я и дирижабли с детства люблю...

Мы все росли на одних красочных журнальчиках (кстати, американские дети - тоже, но у них были свои журнальчики, а нашы очень творчески оттуа тянули лучше и добавляли наше, так что наши журнальчики оказывались куда лучше хотя бы потому что там не было дебильной рекламы). Так что - не удивительно.

Для меня, ребёнком, было своего рода катарсисом идея цельнометаллического дирижабля! КАК?!!! Металлическая обшивка? И будет летать?
Круче сомнения были только по поводу железных кораблей у моего друга.
Мой друг детства Олег как-то смеясь уже старше поделился одним из самых жёстких парадоксов детского ума. Как железный корабль и плавает? Его эта загадка жестоко мучила! Железо же тонет! А этот как плавает? И он долго искренне верил (так как железные корабли появились после паровых двигателей) что они не тонут потому что ПОСТОЯННО поддерживаются на плаву вращающимися винтами...
 
Детский ум - мифологичен! Да и взрослый в общем-то тоже! Те же дети!
 

[Vavanzer]

Ну так любая турбина это реактивный двигатель, который преобразует импульс с малым моментом силы в большой момент силы. И его иногда даже ставят на автомобили.

  Там чуть по другому, но, хотя... По сути это все упругие столкновения молекул. Что в ЖРД, что в ТРД, что в лопаточной турбине паровой... Везде оно самое, даже в поршневом двигателе. Вездесущее упругое столкновение молекул!
  Конда я впервые вник в особенности упругих столкновений, сразу столько всего стало понятно. Многие явления прям в 3D теперь в легкую представляются))) Недопазвитый "суперкомпьютер" "умалишенного чудика" прибрел тогда новый набор инструкций, процессор проапгрейдился)))

Мы все росли на одних красочных журнальчиках

  Афигенное время было. Я успел еще урвать его кусок... До земли поклон всем тем популяризаторам Советской Науки, которые могли просто о сложном, обьяснить, рассказать, вдохновить на разные поиски , размышления, осмысления...  Было время, хорошие "комиксы" у нас были. И "сказки" перед сном шикарные, например "Штурм термоядерной крепости", из местной сельской библиотеки!)))

[Streamflow]

Мой друг детства Олег как-то смеясь уже старше поделился одним из самых жёстких парадоксов детского ума. Как железный корабль и плавает? Его эта загадка жестоко мучила! Железо же тонет! А этот как плавает? И он долго искренне верил (так как железные корабли появились после паровых двигателей) что они не тонут потому что ПОСТОЯННО поддерживаются на плаву вращающимися винтами...

Да ну, как самолёты, что-ли? Он, что, никогда консервных банок не видел?

[alex_semenov]

А не проще-ли "мух отделить от котлет"?  Избавить ТНА от супернагрузок. После  газогенератора и турбины направить газ не в основоной двигатель,а в дополнительный с умеренными характеристиками и тогда не нужно поднимать давление турбиной НА до 600 атм в газогенераторе, чтобы получить в КС 300 атм. Или не так,можно поднять давление до 600 атм в камере сгорания основного ЖРД.Что КМК  полностью компенсирует потери  в  дополнительном ЖРД. При значительном снижении в первом случае запредельных характеристик ТНА а следовательно увеличении его ресурса.Без особого усложнения ЖРД.

Я не понял эту вашу мысль.
Тут наверное надо рисовать. Я крутил закрытый контур. Там по любому нужно бо'льшее давление перед турбиной чем в камере сгорания. Как ни верти, я не верю что кто-то пропустил тут хоть одну возможность сделать ЛУЧШЕ. Это же мейнстрим боевых ракет. 70 лет развития. Все ВПК с обеих сторон лужи упирались наперегонки. Потом гражданска космонавтика (тот же Шаттл и его RS-25). У американцев был очень интересный испарительный движок на жидком водороде. Топливо в рубашке охлаждения камеры сгорания испарялось и крутило турбоину ТАН. Но такой двигатель не масштабируется вверх (кстати у моего вентиляторного гибрида может получится такая же проблема с масштабированием, если там что-то и получится где-то). То есть у бо'льшего по мощности двигателя отношение объема к поверхности меньше чем у меньшего по мощности. И мощность на турбину тут - поверхность. А мощность двигатля - объем. И с  ростом велечины двигателя, у вас просто тупо не хватает поверхности двигателя для создания достаточного давления на турбине что бы подать топливо. Отношения мощности двигателя и потребной мощности турбины - не хватает.
Что только люди не придумывали!
Но всё это пошло в сад. Остались только две схемы открытого цикла (допотопные но простые, надёжные) и закрытого.
То есть.
Природа не злономерена (подарки дарит) но коварна/умна к нам, не балует ИЗЛИШНИМИ подарками. Наверное чтобы не развратить наш ум (шутка).

[Vavanzer]

Для меня, ребёнком, было своего рода катарсисом идея цельнометаллического дирижабля! КАК?!!! Металлическая обшивка? И будет летать?

  Дирижабль... !!!))) А мы с тем полусумасшедшим однокласником даде построить пытались,из пленки. И хотели греть гелий печкой, чтоб подьемную силу увеличить)))
  Прям у него в квартире заклеили с торцов рукав из
 пленки для теплиц, и сначала фенгм пытались надуть. Типа проверить, взлетит или нет. Фен сожгли, тк видимо сопротивление воздуха повлияло на поток охлаждения ..
 А до этого... Решили убедиться в работоспособности, в малом масштабе, воздушные шары из мусорного пакета, со стропами из ниток, и свечка в спичечном коробке... И ведь летало. Пока один из пакетов не воспламенился, и нас не выгнали родители товарища на улицу.. после чего мы оч счастливые, под впечатлением, побежали в близлежащий овраг, на свалку, где можно было найти запчасти и чуть ли не целые велосипеды)))
Дичь какая то, веселая!
   Было дело ракету пытались сделать. Раза 3. Одна из версий ЖРД на спирту))) Там отдельная история... В качестве форсунки 2 иголки от шприца (одна из которых под углом на пути потока от другой, не помню что я там гнал по ней, воздух или спирт), и сдвоенный шприц, для проверки системы))) Пламя рычало оч прилично, особенно в каком то алюминиевом патроне. Длилось все пару секунд, пока воздух в шприце не  заканчивался... Избыток спирта (какие там знания соотношениц в 13 лет, когда химию только начали изучать)), полетел на стену, и в какой то момент пламя до нее дотянулось и она воспламенилась! Огреб от бабушки весьма нормально, она как раз проходила мимо комнаты!)))  После этого даже паять не разрешали, а я и не спрашивал разрешения, продолжал чудить, но с минимумом "палева" всякого!
Да, весело было! Засем вы мне все это напомнили?)

[Streamflow]

Разрешился вопрос со статьёй о проблемах Старшипа при наземных тестах двигателей. Модераторы ArXiv.org её отразили с формулировкой: "Наши модераторы определили, что ваша работа посвящена теме, не рассматриваемой arXiv, или что целевая аудитория вашей работы не является сообществом, которому мы в настоящее время служим".

Красиво излагают, собаки

[alex_semenov]

Да ну, как самолёты, что-ли? Он, что, никогда консервных банок не видел?

Ну ребёнок!  Увидеть плавающую консервную банку (проше пнять по плавающей в ванне кастрюле или кружке которая перевенувшись-тонет) и СОВМЕСТИТЬ это с кораблём - над еще настроить ум!
Человечество сколько лет было абсолютно уверено в абсолютно кретинской механие Аристотеля?
Понадобился Ньютон что бы сказать: братцы, мы все - кретины!
Я помню когда я вдруг начал понимать физику именно понимая парадоксальные законы Ньютона.
Самый парадоксальный - первый. Закон Галилея.
Людей, можно сказать, жгли (судили - точно) ... отстаивая идиотские физические предубеждения! (и есть идиоты, уверенные что в просвещённом мире что-то изменилось?)

А у вас в детстве не было таких дурацких "инженерных парадоксов"?
Я, кстати (когда услышал рассказ друга) тоже вроде вспомнил, что меня это как-то озадачило. Но я оказался туповатым ребёнком и решил эту проблему просто. Раз плавает - значит есть причина (магия какая-то). В чем и была поучительность истории, что я туебень прошёл мимо парадокса  (как большинство людей), а Олег на нем задержался, удивился и им мучился (у него проснулась научная совесть! совесть ведь придумали плохие люди что бы она мучала добрых, верно?).

Помните "Очевидное-невероятное"?

"И опыт - сын ошибок трудных
   И гений - прадоксов друг
                А. С. Пушкин"

Удивиться очевидному еще надо уметь. Озадачиться парадоксом. Увидеть парадокс. А потом его развязать.
И так- много раз.
В итоге у вас появляется ПРИВЫЧКА (наркотическая)... ДУМАТЬ...
А остальные люди - не думают.
Они - знают!
Они - ДЕБИЛЫ.
Знающий - дебил. Думающий только тот - кто тупит как лыжи на асфальте.
Парадокс?
А как вы хотели? Ум это и есть парадоксальная машина.


У меня тоже была масса такого.
Например.
Для меня уже в юности (постарше) был непостижимым парадоксом телевизор. Как плоское двумерное изображение передается по-сути по одномерному каналу связи (это я уже так теперь правильными словами это называю)? То что радиоволны это аналог пары проводов телефона я понимал. И ток в цепи я понимал. Но для меня это был СТРАШНАЯ загадка как по проводу можно помимо звука (волн) и морзянки передать двумерное изображение! И когда мне показали идею первого механического, растрового телевизор-развёртку (диск... не помню кого.. а Нипкова!) я вдруг всё понял про электронно-лучевой кинескоп. И это было избавление от парадокса!

Собственно одно из самых поздних уже глубоких моих  ярких прозрений, избавления от парадокса - понимание что Машина Тьюринга действительно универсальный вычислитель. Тезиса Чорча... Как машина умеющая только стирать, писать, переставлять символы (достаточно 1 и 0!) способна делать всё что она делает? Ну хотя бы (был целый затык одно время!) считать синусы-косинусы-тангенсы-котангенсы?
Я спросил еще учившуюся старщую сестру как-то как калькулятор это делает (калькулятор к кноцу 70х был чудом)? Она задумалась... и ответила глупость (в которую я не поверил): наверное он всё помнит. Огромные таблицы (типа Брадиса) внутрь зашиты.

Многие люди  знают и понимают как компьютер, который может только скдадывать двоичные числа, считает сложные функции?
Я помню ВОСТОРГ (сладкое чувство понимание) когда мы изучали ряды Фурье и тут до меня дошло что это же ОНО САМОЕ!!!
Всякая сложная функция раскладывается в бесконечный ряд который состоит из умножения, деления, вычитания, возведения в степень и ... всё!
Ну а все эти операции сводятся к тому самому единственному сложению. Ряд - цикл... Вау!!! Я сам могу сделать любую функцию (с нужной точностью)! Я уже начинал тогда программировать...