Гигантские ЖРД ракеты. Возможны или нет?

[-Asket-]

Может быть кому-то будет интересно почитать, сборник журнальных статей с воспоминаниями Виктора Федотовича Гладкого:
1. Ангельский, Р. А если бы не Королев? (Авиация и космонавтика, №4/1998);
2. Гладкий, В.Ф. У истоков, или как создавали первую отечественную ракету Р-2 (Авиация и космонавтика, №9/2003);
3. Гладкий, В.Ф. Загадки проекта ракеты Р-3 (Авиация и космонавтика, №11/2002);
4. Гладкий, В.Ф. Как компоновали «Семерку»? (Авиация и космонавтика, №8/1998);
5. Гладкий, В.Ф. Тайны первого спутника (Авиация и космонавтика, №2/2004);
6. Гладкий, В.Ф. Битва за Луну (Авиация и космонавтика, №2/1999);
7. Гладкий, В.Ф. Тайны ракеты Н-1 (Авиация и космонавтика, №3-4/2001);
8. Гладкий, В.Ф. Последний старт ракеты Н-1 (Авиация и космонавтика, №4/1997);
9. Гладкий, В.Ф. Как родился проект «Энергия-Буран» (Авиация и космонавтика, №1/2002).

[alex_semenov]

вентилятор

Да, спасибо. Всё наглядно.
Но. Поучите недоучку. Насколько я понимаю сверхзвуковой воздухозаборник и выполняет функцию предварительного ТОРМОЖЕНИЯ воздушного потока перед лопатками вентилятора. Так? Сверзвуковой поток СЖИМАЕТСЯ (повышается давление) в таком хитром заборнике и сильно тормозится. То есть замедляется до дозвуковой скорости. Верно? И только тогда это уже сжатый в заборнике дозвуковой поток попадает на лопасти вентилятора что бы быть сжатым еще сильней. Хотя если сверхзвук хороший (3-4-5 махов) то нафик тот вентилятор кому сдался? Сверхзвуковой заборник и так прекрасно тормозит и при это так сжимает набегающий поток что вентилятор не нужен.
На скорости более 5 махов сжатие происходит настолько сильное и нагрев настолько высокий, что уже никакие материалы не способны это выдержать. Поэтому пытаются делать  сверхзвуовой воздухозаборник так, что бы поток не тормозил до дозвука и так на сверхзвуке и пытаются сжигать топливо в таком сжатом, но незаторможенном потоке. Это и есть уже ГПРВД.
Так?
Ну вот, собственно вся картина маслом (максимальный удельный импульс - максимальная эффективность)


Видно что наш вентилятор будет хорошо работать (в паре с соответствующим воздухозаборником) ну до 2, 2.5 маха. А потом его эффективность падает. Он слишком сильно тормозит.

Заметьте. 3000 секунд удельный импульс, это означает что на 1 кг топлива (без окислителя!) вы получаете тягу в 1 кгс в течении 3 000 с или за 1 секунду получаете тягу в 3 тонн-силы. В моём случае, так как окислитель из баков, придётся снизить этот показатель  и пересчитать на топливо с окислителем.
Удельная теплота сгорания метана 50,2 МДж/кг. Но с кислородом мы получили 10,2, то есть в 5 раз меньше.
То есть 3000 секунд / 5 получаем 600 с  на пике.

Может быть кому-то будет интересно почитать, сборник журнальных статей с воспоминаниями Виктора Федотовича Гладкого:

Ага. Спасибо.  Обязательно когда в Бакардии настанет промозглая осень и ...  хорошо погрузиться в сосредоточенное чтение у старого камина... 

[-Asket-]

Кстати говоря, Гладкий пишет помимо прочего:
...Поистине одна беда следует за другой. Обнаружилось, что на собранных полгода-год назад частях начали возникать трещины в деталях, изготовленных из новых высокопрочных материалов. Пришлось конструкторам периодически тщательно осматривать с лупами все элементы всех ступеней ракеты. В общей сложности они нашли и устранили более пятисот такого рода трещин. Потребовалась замена огромного числа крепежных деталей, которые также стали самопроизвольно разрушаться. Такое глобальное бедствие, о размахе которого знали лишь несколько человек, урвало много лет жизни и у Охапкина, и у Малюгина. Сознание того, что по условиям прочности частей носителя лунная экспедиция изначально с момента введения дополнительных двигателей была обречена на провал, их сильно угнетало. Хотя дело было не в ошибках отдельных инженеров, а в том, что наша отраслевая наука в лице головного института НИИ-88, ответственного за отработку прочности H-1 по постановлению правительства, а также технология производства оказались не на высоте − не были подготовлены к созданию высоконапряженной тонкостенной конструкции предельно малой массы...

О той же проблеме мельком упоминает в своих мемуарах и академик Фридляндер:
...Ко мне приехал главный металлург КБ Н.Г. Сидоров. Он сообщил, что принято решение строить лунный корабль из разработанного ВИАМ алюминиево-бериллиевого сплава АБМ-3, это позволит в 2 раза снизить вес корабля. Я полностью поддержал этот проект. В то же время лихорадочными темпами строили гигантскую ракету H1, которая должна была осуществить высадку на Луну. Ракета состояла из набора шаров, нечто вроде детской пирамиды. Первый ближе к Земле шар имел диаметр 16 метров, у последующих - радиус постепенно уменьшался. Шары изготавливались из сплава АМгб, типа магналий, давно применяемого в советских ракетах, а скреплялись они между собой с помощью мощных фитингов из нашего нового высокопрочного сплава В93. Поскольку предполагалось, что запуск произойдет очень скоро и нагрузка, естественно, будет одноразовой, требовалась максимальная прочность; и для снижения веса мы использовали самый жесткий режим старения.
Получили очень высокую прочность, но пониженную коррозионную стойкость, однако постройка ракеты сильно затянулась, и в узлах из сплава В93 появились коррозионные трещины. Наконец ракета была изготовлена, и подошло время пуска. Фридляндеру и заместителю Мишина - Ахапкину - поручено решить вопрос: можно ли производить запуск при наличии трещин. Я вместе с Верой Ивановной Хольновой - моей сотрудницей, соавтором сплава В93 - и Ахапкиным внимательно рассматриваю все трещины. Фитинги в определенной степени дублируют друг друга, ни в одном случае нет полного повреждения фитинга, нагрузка одноразовая. Сняли несколько фитингов с трещинами, испытали их, нагрузки держат прилично. В общем, я и Ахапкин подписываем документ, что при имеющихся трещинах запуск возможен.
Запуск начался удачно, но очень скоро появились неприятности, и H1 пришлось взорвать. При этом разнесло весь Байконур. Мы с Ахапкиным ждали, что за нами придут, но оказалось, что один из двигателей отказал. К В93 никаких претензий не было. Вместе с Н1 взорвались наши надежды на скорую высадку на Луну...

Тут возникает вопрос, а те две уничтоженных ракеты к реалистичным датам запуска вообще сгодились бы для этого в состоянии «как есть», или уже «протухли» и их пришлось бы основательно и затратно «перебирать»?

[alex_semenov]

Тут возникает вопрос, а те две уничтоженных ракеты к реалистичным датам запуска вообще сгодились бы для этого в состоянии «как есть», или уже «протухли» и их пришлось бы основательно и затратно «перебирать»?

Годились. Они были новые. Еще 8 ракет были на заводе на разной стадии сборки. Чего бы они протухали? Их продолжали делать с пылу с жару!

Я вот что добавлю. Все мемуаристы (то есть заинтересованные участники) задним число оправдывают случившееся. Сознательно, бессознательно - не важно. И значит будут преувеличивать недостатки сглаживая неприятную ситуацию. Разумеется. И это - один из примеров.
Самый яркий для меня пример в воспоминаниях Чертока (который всеми силами оправдывал отказ от Луны). Кто-то после неудачного очередного пуска H-1 сказал, мол, Боря, мы стреляем городами! И в самой этой фразе уже - ПОРАЖЕНЧЕСТВО. Запредельное.
Это был уже дисиденский бред по-сути (расцвёвший буйно в перестройку)! Чистой воды солженициновщина! Где? Когда?
Американцы - те стреляли городами. 200-600 миллионов долларов ракета и ее пуск. Одна как 10 Н-1. Но американцы руки не заламывали. Хотя.. Они сделали круче. Они сломали всю лунную программу себе. Флаг воткнули и ... закруглились.
Это я к чему?
В отрасль ОТКУДА-ТО после высадки американцев на Луну начал прокрадываться этот шепоток: а оно нам надо, та Луна? А возможно и раньше. Но высадка таки сильно подкосила .. самых слабых.  Американцы всё одно круче! Зачем нам "стрелять городами"? Бла-бла-бла... Мирно себе будем сосуществовать... Держать щит родины и всё...
Зачем соревноваться? Зачем дразнить?
То есть.
Всё начинается с духа. Душка. И с приходом в 1964-м году Брежнева начинается этот миротворческий душок... Это жлобское здравомыслие.
Мол, куда нам за американцами? Они такую войну ка мы не пережили! Они - богатые!
Ну а далее - всё закономерно.
Мы сдались внутри. Надломились. Возможно наших академиков надломила именно феноменальная безаворийность американцев. Магическая. Пугающая. Ставящая на колени слабых духом. Это так подавляло, что возникла мысль дать заднюю. Ну постепенно и... дали. К 1974-му созрели.
В общем. Ситуация НЕКРАСИВАЯ даже если не призывать сюда мою теорию заговора, что H-1 тупо продали за КаМАЗ (хотя американцы хотели на КаМАЗ выменять что-то другое, возможно Р-36, но им всучили H-1). Если этого заговора не было, история советской космонавтики выглядит еще более убого, чем с заговором.
Сдали именно капитаны-руководители.
Люди на производстве были готовы сражаться. А вот капитаны... Они первыми воскликнули: "Тону!"

Капитан

И все эти дифирмабы... Да они и поются только началу. А вот 70е... как-то уже "трудовые будни" ну и доски почёта за режимной проходной. Для своих и только. Ибо действительно гордиться было особо нечем. Много труда вбуханного в ... пустоту  по-сути. В дурную суету. Ладно бы нихрена не делали. Но как раз и делали! И старались! И добивались... В отдельно взятом случае. А всё вместе - Большая Пустота...
Разбита, бежавшая с поля боя армия... Ну что она еще может?
Да ничего...
Охранниками работать. Извозчиками... Что потом и случилось.

[petrovich1964]

Сверхзвуковой заборник и так прекрасно тормозит и при это так сжимает набегающий поток что вентилятор не нужен.

Простите недоучку, мне подумалось что Вы

"вертолёт" с винтом

предлагаете использовать винт как дополнительный движетель, эдакий гибрид ракеты и вертолёта. Должен признаться что я ничего не понял.

[alex_semenov]

Простите недоучку, мне подумалось что Вы

я и имел ввиду себя а не вас.

предлагаете использовать винт как дополнительный движетель, эдакий гибрид ракеты и вертолёта. Должен признаться что я ничего не понял.

Так и предлагаю. И боюсь мало кто понимает что же получится.


Я тут подумал. Если совсем честно то наш случай больше напоминает синюю кривую



Но в чём сложность? У нас гибридный двигатель. У нас отдельна работает ЖРД-тяга, которой всё - пофиг. И отдельно работает вентилятор, эффективность которого падает со скоростью набегания. Но если мы пробили звуковой барьер на ракете с вот так вот и оставленными боковыми "окнами"



Что случится с вентилятором? Он будет тормозить полет системы (мешать ЖРД)? НО КАК КАРЛ? Если окна в тени (нет сверхзвукогого заборника) то тут будет аэродинамическая тень. Значит, он тупо будет задыхаться без воздуха?
Что еще интересно? Дело в том, что пока есть воздух, никто не отменял третью силу.  С которой всё и началось. Эжекторный эффект. И он точно будет подсасывать воздух на вентилятор в любом случае из любого  пространства за фронтом ударной волны. Но какой плотностью? Какой скоростью?
Картина не ясна.

[Mercury127]

Значит, он тупо будет задыхаться без воздуха

кажись, до жирафа начинает доходить...

С которой всё и началось. Эжекторный эффект

только на дозвуке.

[alex_semenov]

кажись, до жирафа начинает доходить...

Вот только не надо тут делать умное лицо!
Можно подумать вам ясна картина как день? Ну тогда растолкуйте и желательно с расчётами.

только на дозвуке.

А на сверхзвуке что?
В окнах возникнет ВАКУУМ?
Космический?

[Mercury127]

В окнах возникнет ВАКУУМ?
Космический?

с достаточной для данной задачи точностью...

[alex_semenov]

с достаточной для данной задачи точностью...

Понятно. Выёживаетесь. Сами нихрена не понимаете, но зато нашли повод повыделываться?
Все умники знают что такое конус Маха.
А за ним что? Кто знает что в его тени?

Ну и за одно, кто объяснит на пальцах что мы тут видим?



Самые-самые умные!
Есть повод проявить ум и сообразительность!
 

Между прочим фото выше - это только начало. Вот еще лучше:



Шоб мы делали без копателей лунного заговора? Я даже и не знаю!

[alex_semenov]

И шо?
Все разбежались?
Господа?!
Никто не хочет помочь маленькой но гордой Бакардии встать на крыло?
И за одно блеснуть умом и сообразительностью в приличном обществе?
Ну господа! Это же шанс!



Ну и век! Ну и нравы!

[alex_semenov]

Все фото (кроме перового) взяты здесь.
https://ru-polit.livejournal.com/15400432.html
Что само по себе увлекательная интрига.
Не находите, господа?

Насколько я понимаю, фото уникальное. И копатели лунного заговора в него вцепились.
Что само по-себе занятно...
Они считают что огненный султан как раз между второй и первой ступенью - это как раз начало разделение ступеней.
Ступень разделяется, согласно NASA при 2400 м/с
Но тут хорошо виден конус маха и легко посчитать скорость с какой летела ракета (зная высоту высчитать точно)
Ракета "в момент разделения" по подсчётам разоблочителей шла на 1200 км/с  (если это высота 68 км, где и разделялись ступени).
Я считаю, что ошибка именно в неправильной интерпретации огненного султана.
До момента разделения еще далеко.
И огненный султан - это по-сути втянутый в конус выхлоп основных двигателей.
То есть, мы тут видим то, что хотим понять для вящей славы космонавтики Бакардии.
Так что мы видим?

[petrovich1964]

И отдельно работает вентилятор, эффективность которого падает со скоростью набегания.

Дано: Высота 10 км, скорость ракеты 300 м/с. R вентилятора 20 м (?), угол наклона лопасти 5* (ctg=11).
Значит на середине вентилятора линейная скорость лопасти должна быть не менее 3 429 м/с, чтобы не тормозить. На краях, то есть линейная скорость обода на который опирается ракета будет 6 858 м/с. Спрашивается как это осуществить?

сверхзвуковой воздухозаборник и выполняет функцию предварительного ТОРМОЖЕНИЯ воздушного потока перед лопатками

То есть мы захватываем некую массу наружного воздуха, разгоняем его до 300 м/с (передавая  импульс ракеты), и этот сжатый воздух потом винтом толкаем вниз с такой скоростью чтобы компенсировать потерянный импульс при захвате, и даже получить прибавку скорости ? (Если я что то напутал, простите великодушно.)

[alex_semenov]

Дано: Высота 10 км, скорость ракеты 300 м/с. R вентилятора 20 м (?), угол наклона лопасти 5* (ctg=11).
Значит на середине вентилятора линейная скорость лопасти должна быть не менее 3 429 м/с, чтобы не тормозить. На краях, то есть линейная скорость обода на который опирается ракета будет 6 858 м/с. Спрашивается как это осуществить?

Никто не собирается винтом встречать сверхзвуковой поток

То есть мы захватываем некую массу наружного воздуха, разгоняем его до 300 м/с (передавая  импульс ракеты), и этот сжатый воздух потом винтом толкаем вниз с такой скоростью чтобы компенсировать потерянный импульс при захвате, и даже получить прибавку скорости ? (Если я что то напутал, простите великодушно.)

Именно. А как вы себе это представляете иначе? Конус маха у вас будет ПО-ЛЮБОМУ. Есть у вас вентилятор? Нет его?
То есть ракета всё равно ТЯНЕТ ЗА СОБОЙ воздух. И нехило так. То есть трмозя. Называется сверхзвуковое сопротивление. И весь вопрос мы его тупо сливаем или всё-таки хоть как-то пытаемся этому сопротивляться.
Ну ракеты - ясный пент.
Но я утверждаю (на свой страх и риск, рискуя показать свою неучёность) что под конусом будет ДОЗВУКОВОЙ поток воздуха (тянущийся за ракетой) и его вентилятор вполне может сосать как на дозвуковой скорости и выбрасывать сзади. При этом не важно, что выбрасываемый вентилятором поток будет меньше скорости ракеты. Это - не важно (даже не важно что тяга вентилятора будет МЕНЬШЕ чем сопротивление воздуха, хоть какая-то тяга, это лучше чем ничего). Я думаю тут куда важней всё же плотность того дозвукового воздуха, который будет тут набегать. У нас там уже недетская высота. И хорошее разряжение за бортом.
Обратите внимание. Что не дает султану выхлопа поднятся и заполнить весь конус пламенем?
Я думаю это давление. Там явно повышенное давление и конус Маха его держит под самым "носиком".
Никто никогда (в типичных учебниках) не рассматривает особо процессы далеко за конусом Маха.
Потому что это диссипативные процессы и они не интересны в смысле их использования.
Когда изучают сверхзвуковой диффузор то стараются поймать сам конус (конуса) и заставить его работать на сжатие воздуха (в диффузоре) с максимальной эффективностю.
Если вы не поймали конус, вы потеряли львиную часть энергии сжатия.
И просто свободно распространяющийся конус обычно всех заботит только хлопком. Это потерянная энергия.
Но судя по фото эта энергия достаточно сильно тянет за ракетой воздух. Особенно тот что ближе прилегает к ракете.
Конечно всё заканчивается вихрями.
Что хорошо видно на среднем фото.

[Mercury127]

И огненный султан - это по-сути втянутый в конус выхлоп основных двигателей.
То есть, мы тут видим то, что хотим понять для вящей славы космонавтики Бакардии.
Так что мы видим?

спасибо, что нашли эти фотки.
На них очень хорошо видно, что поведение газов будет в точности обратное желаемому вами для сверхзвукового эжектора.

[Mercury127]

Никто не собирается винтом встречать сверхзвуковой поток

А как тогда ваша конструкция будет работать?

[alex_semenov]

спасибо, что нашли эти фотки.
На них очень хорошо видно, что поведение газов будет в точности обратное желаемому вами для сверхзвукового эжектора.

Вы еще здесь? Я думал вы обкакались от моих вопросов и побежали стирать штанишки.

А как тогда ваша конструкция будет работать?

Я еще раз спрашиваю. За конусом Маха - вауум?
Нет конечно. Там воздух, который движется вслед с дозвуковой скоростью. И всё еще плотный. Хотя чуть дальше - начинается резкое падение давления, именно связанное с ударной волной.
Кстати, мы же знаем где взять профиль...



Если наша ракета будет не 110 метров а всего 50,  то наши боковые заборники окажутся в области еще повышного давления под конусом маха (куда не всасывает огненный султан выхлопа).

[Mercury127]

У меня имеются и другие занятия, кроме как писать вам ответы...

[alex_semenov]

У меня имеются и другие занятия, кроме как писать вам ответы...

Так зачем вы пишете тут? Я думал вам интересен мыслительный процесс.
Часто ли вы сталкиваетесь с задачей, которую не знаете как решить? Это же интересно (думал я)! Это должно собирать тут толпу желающих поучаствовать в поиске ответа!
 

[Karagy]

Присутствующие подозревают о существенном изменении скорости звука с увеличением высоты? Ведь подозревают?