Гигантские ЖРД ракеты. Возможны или нет?

[Vavanzer]

Это тем более актуально после того как космос попытались захватить многоразовостью и она не так уж и пошла.
Хотя...
Еще не вечер.

   Ее только только начали осваивать. И притом в дуратском варианте вертикального взлета.
  Настоящая многоразовость - в самолетах. Там такие часы налета у разных экземпляров, какие ни одним ракетам не снились! Сотни и тысячи часов. Правда, все стратосферные штуковины, как оказалось, уже чем то ближе к космопланам, в плане проблем и межполетного обслуживания. Та же возня с защитной облицовкой и пр превратности от перегрузок, вибраций и деталей, работающих на пределе возможностей материалов.
Все эти Валкирии, Блек-берды, Белые лебеди... Хорошие штуки, красивые, каждая по своему...
Но стоят дороже запуска одной ракеты типа Флакона9... Возможно изза множества военных начинок. Бомж-вариант тупо ради прыжков с грузом  в стратосферу , с аскетичным набором авионики стоил бы на порядок дешевле, скорее всего!))

[alex_semenov]

Про аэродинамику.
Не учите ХУДОЖНИКА угадывать правильную аэродинамику!




Что вы хотите сказать, что у моего аппарата хуже аэродинамика чем у этих крылатых доробл?
Учтите. Моя "пуля" в ТРИ раза - тяжелее (6000 тонн вместо 2000 тонн).

То что у него внизу офигенная воздухочерпалка - так это же И ПРЕДУСМОТРЕНО самой концепцией! Воздух черпать пока есть.
Ракета в отличии от самоёлёта в воздухе не летает. Она его ПРОБИВАЕТ насквозь.
Поэтому может быть такой аэродинамической, относительно, "дороблой", какой обычно и бывает.

[Vavanzer]

Что вы хотите сказать, что у моего аппарата хуже аэродинамика чем у этих крылатых доробл?

  Конечно! Это просто кусок бревна, которое пытаются забить в землю тупым и толстым концом))))
  У вас мидель зашкаливающий. Т.е самая толстая (по площади сечения) часть корабля... На нее и формула динамического давления на площадь распространяется, с большим коэфициентом лобового сопротивления. И обьемная, точнее даже не она, а формула трения воздуха о наклонную поверхноть!

Если у стратосферных самолетов и космопланов сила динамического давления на плоскость под углом используется во благо, вертикальная проекция которой создает очень полезную подьемную силу, а горизонтальная (являющаяся сопоотивлением) гораздо меньше, чем вертикальная, те рождается аэродинамическое качество. Крайне желательное, тк позволяет сэкономить и топливо, и мощность движков, повышая эффективность.
А у вас тупо на торможение и разогрев всей площади обшивки, которая весьма немалая))) Плюс вы тащите с собой кислород, составляющий более половины массы этого "чуда". Причем на участке до 20-25км, где нормально работают атмосферные турбо-двигатели, гораздо более многоразовые и предсказуемые!

[alex_semenov]

Еще раз для тех чокнутых на аэродинамике, кто еще и на бронепоезде.
Ракета не летает в атмосфере. Она ее пробивает и обходят.
В моём же случае я собираюсь использовать набегающий поток воздуха для получения дополнительног импульса. И так как мы атмосферу только пробиваем, мне нужны большие воздухозаборники. Интуитивно - как я нарисовал. Хотя если расчёт покажет что это много - уменьшим. Но пока я специально сделал большие уши "на глаз" (хуже когда воздуха не хватит).
Что вы мне всё показываете летающие в атмосфере самолётики?
Ну детский сад! Ей богу. Человек не ухом ни рылом о том как летают ракеты и чем это отличается от полёта самолёта!
Посмотрите на другие проекты больших ракет. Они все - пузатые.



Картина Соколова. Старт сверхтяжёлой ракеты.

Да и семёрка по-началу изящесвом форм не страдала. Аэродинамика - не первая проблема для ракеты. И даже не вторая.



У меня (по секрету) тут, кстати, заложен слишком большой кислородный бак...  Не нужен мне такой шар... Верхнего для кислорода хватит (13-14 м в диаметре). Я вот думаю.... а не побоятся и вверх поставить кислород, а  на низ поставить метановый бак, а внутрь - водородный? Три компонента. При этом водород будет добавляться только когда выйдем из атмосферы и по мере разгона... Это надо решать задачу оптимизации...

Если бы связка вытаскивала не 200 а 250 тонн, а сам экспидиционный корабль весил 80 тонн, то в принципе он бы выходил на орбиту с запасом топлива тонн 170... Ну и три заправщика (40 тонн сухой массы) в купе с уже имеющимся остатком топлива давали бы 800 тонн толпива на НОО. То есть четырьям пусками можно было бы отправить экспедицию-космолёт в дальний космос (Луна, Марс далее..)
При этом есть шальная идея делать двупуск. То есть сразу стартует пара ракет и рядом выходят на орбиту. Парой. Встречаются там, заправляются. А тем временем  через сутки стартует вторая пара.  Было бы совсем круто, если бы такое можно было сделать. По-сути дуплетным двупуском мы отправляем корабль куда хотим.

[Vavanzer]

Ракета не летает в атмосфере. Она ее пробивает и обходят.

  А что она делает в атмосфере? Плавает чтоли!?)))
Она летит сквозь поток. На сверх и гиперзвуковых скоростях. Преодолевает лобовое сопротивление при полете этом... Затрачивает энергию движков!

 Полет по энергетике можно разделить на 3 составляющих:
Набор высоты (E=mgh)
Преодоление сопротивления (A=Fs)
Набор скорости (E=mv2/2).
+4я, преодоление постоянно действующей гравитации на стадии подьема и разгона (чем дольше, тем больше энергии вбестолку...)

И , прикол в том, что , на поднятие на высоту уходит меньше всего энергии. На преодоление сопоотивления гдет серединка, а основное - набор космической скорости, импульса уже выше стратосферы, как правило, где нет сопротивления
И весь график полета в тропосфере и нижней тратосфере строится как раз из соображений набора высоты, при приемлемой скорости подьема.

Можно вообще сразу начать линейный разгон до 1й космической... Но в реалии разгон только достигнув сильно разреженной атмосфере устраивают, там где она не помешает. Иначе ни один обтекатель не выдержит, расплавится, и ни один движок не вытянет...

Что вы мне всё показываете летающие в атмосфере самолётики?
Ну детский сад! Ей богу

  Чтобы вы видели как реальная аэродинамика реальных сверхзвуковых устройств выглядит! И перестали рисовать всякие торты и пряники с воздухозаборниками!))) В атмосфере они не прокатят.
Ну, кроме случая медленного подьема на большие высоты. Это единственное окно, в которое влазитта ваша такая толстая аэродинамически бестолковая ракета)))
Мож конечно, в этом есть потенциал, но для себя я пока что не обсчитывал такие сценарии, насколь они энергетически выгодны.

Медленный подьем, на дозвуке, на высоты свыше 20-30км. Сколь будет энергии и импульса затрачено за время такого подьема только на "левитацию",  преодоление постоянно действующей силы тяжести?
  Это, по сути, для утопического сценария, самые большие ЖРД, и самая тяжелая "нулевая" ступень, у которой прочность лишь на малые перегрузки, которая гипотетически выступит в роли высотного космодрома для самой большой (больше некуда) первой ступени вертикального запуска, которую "повысили в должности" до второй, тк она имеет хорошую прочность при приемлемых перегрузках в несколько g.

Но, в таком сценарии медленного подьема, выгодно снабдить "0"-ступень не ЖРД, а целой кучей турбореактивных, работающих на атмосферном воздухе. Тк незачем тащить с собой в этой 0-ступени  кислород в количестве сравнимом с массой всей сборки)))

[Vavanzer]

Посмотрите на другие проекты больших ракет. Они все - пузатые.

Потому что они все на бумаге, и там и останутся, навсегда...  Потому и пузатые. Нарисовать можно хоть шаровидную, хоть грибовидную,хоть куб, и насочинять всякие преимущества, плевав далеко на законы физики)))
Какая разница, все равно летать не будет. Но как хайп, для дурачков, постричь с них деньги на краундфаундинге, вполне сойдет! (Вы наверняка не спроста тут проталкиваете идеи свои, тк предположу, что есть корыстный замысел!!! Не просто же так законы физики сознательно откидываете подальше, настойчиво и систематически!!!))
  Но, если во все это дело вмешаются эксперты, то аферу быстро разоблачат, и статью  "мошенничество" впаяют)))) Я буду долго ржать!))) 

Потому вас и бесят мои посты разоблачающие!)) 
Вы же "научный спекулянт", как сказано в подписи! А спекулянтов надо разоблачать, тем более научных!))) Чтоб не морочили головы тем, кто не особо посвящен в тему... 

[Vavanzer]

При этом есть шальная идея делать двупуск. То есть сразу стартует пара ракет и рядом выходят на орбиту. Парой.

  Можно и проще. Одна за другой. С промежутком во времени.  Просто синхронизировать их витки по фазе))) Чтоб вторая вышла на место когда первая рядом проходит...

а внутрь - водородный?

  Внутрь бака чтоли!?))) Чтоб водород сквозь стенки и соединения выбегал и смешивался с другой средой?)))))))
  Давайте уж сразу внутрь кислородного поставим! Что нам терять? Фейрверк зачотный будет!)))) 
Прямо во время заправки! Отличное зрелище, миллионы просмотров, лайков, и тугриков))))

[Vavanzer]

Еще раз для тех чокнутых на аэродинамике,

Да и семёрка по-началу изящесвом форм не страдала

  У нее, ес что, сбоку 1-е ступень, выполненная в виде отбрасываемых боковых блоков. Вторая ступень работала на протяжении всего полета от самого старта...
Аэродинамически Р-7 как раз таки продумана была. Да, и размер ее , микроскопический, вообще не в тему максимально возможных ракет. Тем боле безграмотно накладывать ее форму, увеличенную в несколько раз, на профиль сектанского непонятного изобредения, противоречащего всем разумным критериям)))

  Вы бы хотяб стенки спрямили. Было бы уже получше))) и конусный обтекатель подарили своему "детищу" свободно-летящей спекулянкой мысли!)))

 П.С. разве не заметили у 7рки, что головная часть толще,  чем хвостовая!?))) 
Я вам в личку ссылки на гиперзвук не просто так скинул. Думал, мож затянет , изучить, мозг прокачать!)) Чтоб не позориться так при все потом....

[alex_semenov]

Она летит сквозь поток. На сверх и гиперзвуковых скоростях.

Не летает ракета сквозь атмосферу на гиперзвуке.
Тут приводилась такая таблица по полёту фалкон-9:



Даже если взять скорость звука 280 м/с то самая крайняя скорость в таблице 979 м/с это 3,5 М. Это еще не гипезвук. Это обычный еще сверхзвук. Высот 36 км и давление за бортом 0,005 атм.То есть давление за бортом упало в 203 раза. И скоростной напор продолжает быстро падать. Ракета уже, считай, выскочила из аэродинамического напора. Остались самые децелы...
Хорошо бы график показать, но я ничего не нашёл на вскидку кроме этого (для некой баллистической ракеты):



вот тут.

Гиперзвук и ракета на участке выведения? Нет не слышал никогда в жизни о таком!

[alex_semenov]

Внутрь бака чтоли!?))) Чтоб водород сквозь стенки и соединения выбегал и смешивался с другой средой?

А что вас смущает?  Гулять так гулять? Мы пытаемся создать предельно передовой дизайн жрд ракеты-носителя или как? 



Даже если предположить что что-то просочилось из бака водорода в бак метана. Ну и что? Это же бак с метаном. Топливо с топливом не горит.
Было сомнение, а можно ли тяжёлый кислород (который испаряясь опускается вниз) помещать НАД более лёгким метаном и водородом (которые испаряясь поднимаются вверх)?
Ну и американцы и наши   помещали!



Зато жидкий метан будет выполнять роль промежуточного утеплителя для совсем холодного водорода.
Стартовать от земли на водороде - безумие.
Но по мере набора скорости, доля водорода могла бы начать расти в камере сгорания и на финальном этапе составлять заметную часть выдавая хороший удельный импульс хоть под 4-4.2 км/с. Хотя тут надо смотреть. Не переборщить. Будет ли смысл? В общем. Можно найти оптимальный профиль изменения скорости истечения для первой ступени и добиться его подмешивая водород в метан. Возможно водорода потребуется совсем немного (по массовому соотношению). Но так как плотность водорода 71 кг/м³, то его бак будет внутри метанового занимать немалый объем.

[Vavanzer]

Не летает ракета сквозь атмосферу на гиперзвуке.
Тут приводилась такая таблица по полёту фалкон-9:

+++! Первые проблески разума!))))
Первые два шага вашей таблицы ракета не летит на сверхзвуке!
А дальше что летит? Метеорит?

Да, потом все движение. - сверхзвук, до 5Махов...  Потому что так выгоднее...

Иииии. Приходим снова к возможностям воздушного старта....

[alex_semenov]

Первые два шага вашей таблицы ракета не летит на сверхзвуке!
А дальше что летит? Метеорит?

Но не гиперзвук.
Да, сверхзвук. И очень небольшой. А давление за бортом быстро падает. Поэтому в космос пускают настоющие КИРПИЧИ!



Вообще любое нагромождение сочленённых труб - это ЧУДОВИЩНЫЕ завихреня и интерференция ударных волн (если переходим на сврхзвук)!
Шаттл - уж насколько АЭРОДИНАМИЧЕСКИ КОРЯВОЕ изделие! Шатл - 100% КИРПИЧ. Но в космос оно как-то пробивается без тонких острых плавных обводов. Как?

Про проекты гипертяжей. Мол, они были только на бумаге. Ну и что за детский сад, ей богу? Люди их проектировавшие не знали про аэродинамику? Вы их за каких лохов держите?



Еще и еще раз. Аэродинамика для ракеты-носителя не на первом и даже не на втором месте. На почётном третьем. Да её чтут. Но ей не молятся. Особенно если ракета большая. Если надо - аэродинамику отодвигают на третий план.

[viesis]

Не летает ракета сквозь атмосферу на гиперзвуке.
Тут приводилась такая таблица по полёту фалкон-9:

+++! Первые проблески разума!))))
Первые два шага вашей таблицы ракета не летит на сверхзвуке!
А дальше что летит? Метеорит?

Да, потом все движение. - сверхзвук, до 5Махов...  Потому что так выгоднее...

Иииии. Приходим снова к возможностям воздушного старта....

Какой самолёт сможет обеспечить этот старт для 2 ступени в 1500т как Старшип или хотя бы 100т  как F9?

[Алексей Николаевич.]

Ну чё, полетела маскова бандура.
Можно сказать,подтвердила возможность создания сверхтяжёлых ракет именно по принципу Н-1, (много простых движков на первой ступени)...

[Vavanzer]

если предположить что что-то просочилось из бака водорода в бак метана. Ну и что? Это же бак с метаном. Топливо с топливом не горит.

Тогда придется заложить эти поправки для сгорни метана, насыщенного водородом.
Причем +_задержки в старте и ошибки в просчетах+ всякие иные несоответсвия, незаложенные в "мозг" инжектора...
 Если вы сделаете прошивку управления подачей топлива , да еще и с условиями данных датчиков водорода в метане...
Дурь на выдумке хитра. А когда дело касается реально запускаемых моделей, начинаются всякие приколы. 
Приколы законов физики ...

[alex_semenov]

Иииии. Приходим снова к возможностям воздушного старта....

Какой самолёт сможет обеспечить этот старт для 2 ступени в 1500т как Старшип или хотя бы 100т  как F9?

"А я ёжиков люблю!" (с)

Приколы законов физики ...

Не увидел серьёзных аргументов против идеи такого расположения трёх компонентов.
Вообще то инженеры бак в бак помещали топливо и окислитель и ничего.
(пытаюсь найти пример проекта лунной сцепки, но пока не нашёл)

Об аэродинамике.
Вот вам еще пример "аэродинамического изящества":

и носитель к этому:


И какой идиот, не ведающий в ракетах ни ухом ни рылом это аэродинамическое чудо проектировал?
Верно?
 

Ну чё, полетела маскова бандура.
Можно сказать,подтвердила возможность создания сверхтяжёлых ракет именно по принципу Н-1, (много простых движков на первой ступени)...

Это еще не полное доказательство. Но это реально уже 2/3 пути к нему.

[Vavanzer]

Какой самолёт сможет обеспечить этот старт для 2 ступени в 1500т как Старшип или хотя бы 100т  как F9?

А есть ли он? В готовой версии?
Все что я проштудировал, оказалось лишь под военку и под дальние полеты и сбрачывания бомб. С ограниченной возможностью воздушного старта мирных миссий...
А для полетов ради тупо ускорения чего то стоящего в контексте мирной космонавтике, чисто оптимальной для этого версии, пока что не встретил. 
Возможно и были такие техзадания, оставшиеся глубоко в архивах. 

[alex_semenov]

И шо? И всё?
А музыку познать числом?

Существует же х-формула:



И известен С_х, который тут C_F:



(что, замечательно, С_x может быть даже больше 2! Что раньше бы не лезло ни в какие ворота, но теперь я понимаю почему это возможно)
Более того. Я даже нашёл С_Х для сверхзвукового скачка и нужных нам форм и даже с учётом удлинения корпуса ракеты!



И я познал музыку числом. Хотите насвищу Шопена?
 
Во-первых сразу видно что Сх у ракеты с приличным формами и удлинением (не менее 2) не может быть даже на сверхзвуке выше 0,5 ( и у хорошей формы с ростом Махов сопротивление даже падает).
Но мы не будем углубляться в тонкости. Давайте примем для НАДЁЖНОСТИ, что любая ракета ниже имеет форму "кирпича". То есть ее Cx на всех скоростях стабильно 1.
В реальности этого никогда не будет. В реальности всё будет гораздо лучше. Но мы позволим себе такую роскошь.
Прежде всего я взял ракету Фелкон-9. Эту красавицу... Тем более что для нее у нас есть таблица ее полётных характеристик:



 Зная диаметр я посчитал мидель S  теперь зная плотность и скрость из таблицы и беря Cx кирпича =1, мы посчитаем силу аэродинамического сопротивления в каждой точке полёта. Тут конечно не будет скачка через звук, но не суть.
Самое интересное. Зная тягу двигателей первой ступени Фэлкона, я просто взял силу аэродинамического сопротивления как ПРОЦЕНТ от это тяги. На картинке ниже - красным.



И у мене на пике (конечно мы не видим самого начала) получилось не более 3% от тяги двигателя.  Реально будет меньше ибо наш кирпичный Cx даже зашкаливает как для  точки сверхзвукового скачка. Реальный пик конечно же будет в другом месте и он наверняка будет меньше. Не больше - точно.
То есть, даже если бы Фалкон имел аэродинамику "кирпича" она бы дала бы не более 3% потери тяги на самом пике. Это - гарантировано.
То есть ракете по-сути может быть достаточно безразлична к своей аэродинамике. Битва за снижение 3% до 1% да, важная, но не такая уж и важная. Тем более что когда мы возьмём интеграл по всей траектории то мы вообще получим аэродинмаические потери ноль-ноль дым.

Да, не желательно иметь большое. Но даже если наша ракета в силу своей революционной концепции получается как летающий кирпич (а Шаттл - лучший пример такого революционного летающего кирпича) - ничего особо страшного в этом нет.

Ну и конечно же,  на последок, я взял ракету-кирпич с миледем ... 23 м в диаметре. Как у моей задумки.
Далее, я ей назначил массу 6 000 тонн. Потом я взял отношение тяги к массе как у фелкона-9  8400 тонн тяги (да, очень круто! Я на такую не рассчитывал). Ну высчитал на пике имеющегося у нас под рукой примера траектории фелкона-9 (скорость, давление за бортом) силу сопротивления у такого 23-х метрового кирпича и взял отношение сопротивления к тяге же.
Я получил... 10%. 10.2
Да, это много. Это уже много. Хотя это же при Cx=1. Но если Cx у моей "дороблы" будет 0.3 (а это более чем возможно), то на пике сопротивления среды я получу сопротивление в  3%  от тяги. А вот это уже не так и много.
То есть. Да. Такая широкая ракета - не есть хорошо, если у вас нет других смыслов так делать. Но если смысл есть, то аэродинамика тут конечно же скажет своё слово, но далеко не самое веское.
То есть. Еще и еще раз. Для ракеты в силу специфики ее полёта (она пробивает атмосферу, а не летает в ней) и главное - специфики ее ЖРД двигателей (чудовищная тяга, которая позволяет весь этот блек-джек со шлюхами переть вверх да еще с ускорением!) аэродинамика не первая и даже не вторая проблема. Ею всегда жертвуют если есть более веские причины на такую жертву.

[tomato]

Возник вопрос. А через какое время после старта и на какой высоте ракета переходит звуковой барьер? Слышен ли с земли характерный хлопок , или все тонет в звуке двигателей?

[MenFrame]

Слышен ли с земли характерный хлопок

Хлопок слышат те кто находятся по направлению движения.