Гигантские ЖРД ракеты. Возможны или нет?

[alex_semenov]

Эх,а я всё же за возрождение дирижаблестроения! В том числе и для космонавтики. Ну хотя бы для туристов вместо самолётов.

Ваши мечты сбудутся. Дайте только до Титана добраться. На Титане дирижабли покажут себя в полный рост!
Это хорошая новость.
Плохая, на тех короблях что мы тут проектируем (если это баловство так можно назвать) мы туда не доберёмся.  На этих Луна, Марс, околозеные астероиды (три года автономность), может еще Церера и пояс астероидов. Но вряд ли дальше... Дальше нужно что-то радикально другое. Атом мирный, например (кстати тоже своего рода дирижабль)...



За два года такой ионник с ядерной энергоустановкой (и баллоном- радиатором) дочапает до Титана.  Но два года в пути это нужна уже и гравитация и защита от радиации. Это уже качественно иное путешествие.

Кончено можно было бы чухнуть на Титан на немирном атоме... но об этой опции тут - ни слова больше.
Еще я рассматривал сумасшедший бросок ЖРД-ракеты через Юпитер за 2.25 года к Сатурну. Но в конце безумное торможение в атмосфере с пустыми баками. Это предельный риск. Так что...

[Klapaucius]

Ваши мечты сбудутся. Дайте только до Титана добраться. На Титане дирижабли покажут себя в полный рост!

А вот тут вопрос. Где там взять водород или гелий? Не, ну насчёт водорода конечно сообразить можно (на Земле бы ещё наладить)... И потом, если по теме, там космодром строить для гигантских ЖРД ракет дороговато. Я много страниц темы не читал, может много что пропустил
http://www.youtube.com/watch?v=aCKfvewYvUo#

[alex_semenov]

А вот тут вопрос. Где там взять водород или гелий?

Не надо там ничего. Атмосфера титана в 4 раза плотней чем воздух на Земле, хотя давление там 1.5 атм. Как? Температура. Низкая. То есть любой шар наполненный воздухом под давление 1.5 атм и нагретый до нашей нормальной "комнатной" температуры в +20 С будет всплывать в атмосфере Титана. А учитывая тяжесть в 7 раз ниже чем на Земле... Открываются невиданные перспективы. То что пророчили Венере, лучше всего реализовать на Титане.



Титан - ИНОЙ мир намного лучше чем любая экзопланета "вторая земля" о которой по- детской глупости мечтает большинство. Близкий Титан даст нам не то что мы, дураки хотим от далёких мирво-двойников Земли, а то, что нам действительно надо что бы реально возникло другое человечество (Аманда Хендрикс тут права).  Добраться бы туда только..


Так мы ушли в фантазии.
Возвращаемся на Землю и к насущному!
 

[alex_semenov]

Попалась вот такая картинка:



Диметр этого - 9 метров.
Считай в 2 раза меньше чем центробежное колесо (которое в принципе можно было бы и уменьшить)
и по площади - 4 раза меньше.
Ну и сложность. Даже отдельный двигатель - сложен. Но 33... И вся эта развязка, взаимное влиняние...
Только безумный Маск смог это всё собрать и запустить.

[Rattus]

С виду - не особо сложнее авиадвигателя - причём даже не обязательно ультрасовременного с УВТ, но даже и последних поршневых. Страньше здесь видеть удивление того, кто с ракетными и авидвигателями казалось бы знаком не по наслышке.

[alex_semenov]

Биологи нечего сложного не видит.
 
Да. Всё верно. Сложность - не барьер. Барьер - надёжность. Часы наработки на отказ.
Пока мы увидели как суперхеви, в прошлый раз отказавшая вся целяком, теперь дожив до разделения, с старшипом таки отказала уже по частям. И первая и вторая ступени по пути "стёрлись".

[Rattus]

Биологи нечего сложного не видит.

(кликните для показа/скрытия)

Дык: кто в армии служил сосудисто-нервные пучки конечностей трупа на втором курсе препарировал и гистологические препараты зарисовывал, тот в цирке авиаракетной технике чего-то особенно сложного не видит. Ну это, разумеется, если не принимать во внимание, что в инженерии оно не "снизу вверх" само фрактально растёт, а "сверху вниз" вручную дизайнится и собирается.

[Ый]

Гигантские ЖРД ракеты. Возможны или нет?

Нет. Ограничения по массе и прочности материалов. Достигли предела, чего ещё хотите? Вы же не будете из пластилина делать макет Эйфелевой башни в натуральную величину?

[viesis]

Ну и сложность. Даже отдельный двигатель - сложен. Но 33... И вся эта развязка, взаимное влиняние...
Только безумный Маск смог это всё собрать и запустить.

За это конечно можно снять шляпу. Но каждый раз терять 39 таких двигателей+ ракета, я сомневаюсь, что у него хватит выдержки научиться это сажать.

[alex_semenov]

Дык: кто

Так я же о чём!

Гигантские ЖРД ракеты. Возможны или нет?

Нет. Ограничения по массе и прочности материалов. Достигли предела, чего ещё хотите? Вы же не будете из пластилина делать макет Эйфелевой башни в натуральную величину?

Ваше заявление - ни о чём. Х-формулы ГДЕ?
Главное. Граница где? Какая предельная по разумным размерам граница? В этой теме еще до первого пуска старшипа была заява что ракета типа Сатур-5, то есть 140 тонн на орбите - это предел. И главное препятствие -  старт. Ну вот уже два раза оторвалась от старта и почти отработала ракета в 2 раз большая, чем "теория запрещает".
Для меня остаётся открытым вопрос. Предельный размер ЖРД-ракеты? Миллион паундов? То есть 500 тонн? Я согласен. Хотя хотелось бы 1000 т. Больше и не надо. Хватит даже 500 тонн за раз. Вообще хватит и 250. Но уже с натугой. Желательно всё-таки хотя бы 500.
Возможно водоплавающий вариант.



Для земноводных, возможно предел 250 тонн за раз.

Ну и сложность. Даже отдельный двигатель - сложен. Но 33... И вся эта развязка, взаимное влиняние...
Только безумный Маск смог это всё собрать и запустить.

За это конечно можно снять шляпу. Но каждый раз терять 39 таких двигателей+ ракета, я сомневаюсь, что у него хватит выдержки научиться это сажать.

Даже если он сломается, главное он сделал. Теперь никто не скажет что от земли нельзя запустить ракету на 250 тонн полезной нагрузки за раз.
Не важно получится у него что-то или нет. Это уже не важно.

[viesis]

Даже если он сломается, главное он сделал. Теперь никто не скажет что от земли нельзя запустить ракету на 250 тонн полезной нагрузки за раз.
Не важно получится у него что-то или нет. Это уже не важно.

По-моему, никто особо и не возражал, спор был в основном о целях, стоимости. Некоторые сомнения вызывала возможность работы связки из десятков двигателей.

[Алексей Николаевич.]

Как то уже писал.
Берём самую надёжную ракету в мире,соединяем пачкой штук шесть,вешаем космолёт наверх и всё.
Соединить можно,где надо усилить,где надо изменить...
В эпоху ИИ, управлять множеством двигателей не проблема.
Отказ нескольких,тоже не проблема,главное чтобы не рванули...
Всё проблемы решаемы.
Все эти технологии отработаны и изучены уже десятилетиями...
Плюс в середине то самое прелестное с насосом воздуха и доп.тягой...
Осталось их возвращать научиться целыми...))
Теми же пропеллерами - вентиляторами...
А масков карандаш мне не нравится,нафиг он такой тонкий и длинный?
Урезать и расширить!

[Vavanzer]

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.

  Все бы хорошо. Но сам Фалкон9 при этом длинный, труба по сути!)) Прячется под обтекателем небольшой площади )
Если всю эту же массу затолкать в пулевидный толстый формат, как у вас на драбосральной ракете с роторным движком из рисунков, то не 1-2% будет, а многократно больше.
 Старшип не спроста же аж 122 метра длинной сделали!)). Могли бы и покороче и потолще, если бы плевали на потери.
Кстать, там есть в удлинении такой момент, что дальнейшее увеличение длины ради сокращения площади сечения не приносит желаемых "дивидендов"...

[Vavanzer]

Шаттл - уж насколько АЭРОДИНАМИЧЕСКИ КОРЯВОЕ изделие! Шатл - 100% КИРПИЧ. Но в космос оно как-то пробивается без тонких острых плавных обводов. Как?

  Вот так и пробивается, ценой в страшные миллионищи долларов! Изза чего его запуск был крайне нерентабельным, да еще и ремонт сложный каждый раз...
  У систем которые под обтекаемым колпаком прячутся, с этим все намного лучше..

 

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

  Причем тут дизайн!? Когда в первую очередь важны характеристики оптимальные ради максимальной ПН.
   Если присмотритесь внимательнее, то заметите , что "дизайн" у них у всех - конус+труба. А не параболический  пряник, который будет тормозить всей толщей, греться до озверина, требовать кучу материала термостойкого... Половина топлива наверное уйдет только на сопротивление воздуха)))

[Vavanzer]

А масков карандаш мне не нравится,нафиг он такой тонкий и длинный?

   Тк там считать умеют. И вышли на выгодную форму. Можно еще тоньше. Но, время диктует свои требования, доставлять на орбиту все более и более обьемный грузы.
 

Берём самую надёжную ракету в мире,соединяем пачкой штук шесть,вешаем космолёт наверх и всё.
Соединить можно,где надо усилить,где надо изменить...

  Этим давно уже занимаются. С самых первых времен и по сегодняшний день. Прицепляемые боковые модули.
В проекте Ангара, в частности.

   Понятно, что удлинение имеет предел. И требует усиления поперечного. В какой то момент пойдут в сторону утолщения. И, опять же, растает тот самый раздутый миф о необходимости какой то там мега-прочности для горизонтальных запусков (при которых космоплан равномерно разгружен на все "пузо" на самом деле,  тк "лежит" на воздухе, а не на точечной опоре.)

[Vavanzer]

Просто не парьтесь этими гиперзвуками и всё.

  Сейчас с гиперзвуком парятся все сверхдержавы.  Тк большие преимущества он дает.
  Прямоточники уже во всю работают на боевых гиперзвуковых ракетах. За счет прямоточности сильно снижают лобовое сопротивление и полную массу с габаритами, что позволяет в итоге летать на гиперзвуке в нижней атмосфере даже по рельефу вне зоны видимости...

  Для космического запуска, сделать из них венец вокруг ракеты, или вообще единым кольцом выполнить...

 В космическом же деле, он нужен будет если перейти на воздух, для стратосферной 2й ступени. Не знаю на сколь это выгодно будет. Отсутствие кислорода и бака для него  на борту даст 2-3 кратную прибавку грузоподьемности... Но и . Большее чем на сверхзвуке сопротивление, но и большая скорость, а значит меньше времени на гравитацию остается. И , третья, уже чисто ракетная ступень пендель побольше получит. 1,5-2 км/с.
Т.е, разделяем привычную 1ю ступень на 2 (дозвук-сверхзвук и сверхзвук-гиперзвук), но на атмосферном воздухе. Получаем огромные дивиденды по грузоподьемности, и экономим на покупке жидкого кислорода высокой степени отчистки)))

  Еще один момент не совсем ясен, с аэродинамическим подьемом. Тк он будет дольше, это может стать причиной сильного уменьшения его рентабельности (придаваемый импульс во времени F*t на преодоление сопоотивления может быть слишком раздут)

Кстати, там со скоростью детонации горение происходит. И не надо выдумывать никакие детонационные жрд.

[Vavanzer]

Эх,а я всё же за возрождение дирижаблестроения! В том числе и для космонавтики. Ну хотя бы для туристов вместо самолётов.

+++
Спокойная мирная штуковина. Которую можно еще и подогреть мирным атомом (особенно те которые на Титане юудут летать)))) Чтоб не обледеневала и имела большую подьемную силу относительно "холодной" версии! До кучи еще и тонкопленочными фотоэлементами обклеить, тк площадь хорошая, можно на халявной электротяге днем летать)))

  Интересно, каковы перспективы воздушного подьема в плане использования в качестве высотной стартовой площадки!?)) Не разнесет ли шары ракета при запуске движков и при отрыве!?)))

[alex_semenov]

Все бы хорошо. Но сам Фалкон9 при этом длинный, труба по сути!)) Прячется под обтекателем небольшой площади )
Если всю эту же массу затолкать в пулевидный толстый формат, как у вас на драбосральной ракете с роторным движком из рисунков, то не 1-2% будет, а многократно больше.

Ну что я могу поделать, если ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ РАСЧЁТ  показывает что ваша упрямая интуиция ВАМ ВРЁТ?
Возьмите околозвуковую скорость 280 м/с. Возьмите высоту где у ракеты такая скорость, скажем те же 8 км. Плотность воздуха там уже упала до чуть больше трети, то есть составляет 0,52 кг/м³. Возьмем мой мидел в 22 метра в диаметре. По-максимому (метр от диаметра я сбросил, не знаю, надо ли?) То есть S=пи()*22²/4=380 м². Теперь представим себе что у этого миделя аэродинамика (коэффициент аэродинамического сопротивления) не 0.2 или 0.3 (как и будет) а 1. То есть аэродинамика кирпича.
Ну вот и считаем СИЛУ  аэродинамического сопротивления при этом. Считать вы умеете?



F = 1*  0,52*280²/2*380 =7 745 920 Н или 775 тонн-силы

Если наша ракета, условно, при этом весит 6000 тонн и ее ЖРД движки давят вверх с силой 7 000 тс, то высчитанное выше сопротивление воздуха составляет ~10% от этой силы.  Да, это заметно. Но это же "тупой кирпич"! Если же коэффициент аэродинамического сопротивления моего сильно конического профиля с затуплённым острием будет скажем 0.35, то сила аэродинамического давления в этой расчётной точке упадёт в три раза (условно) и мы получим  3% от тяги двигателя.
Кстати, это тоже много.
Но мои другие расчёты показывают что на это надо идти. Просто посчитайте секундное количество воздуха обтекающее мой профиль в этот момент. Я получил... ~60 тонн воздуха в секунду. Просто умножьте плотность на мидель и на скорость. В ЖРД двигателях (я выше насчитал неверно мало) я в секунду постоянно сжигаю 14 тонн топлива. И я хочу повысить импульс на этом участке разбавляя эти 14 тонн хотя бы таким же числом, а лучше большим дополнительной ракетной массы, взятой за бортом. То есть я хочу из этих 60 тонн текучего вокруг лба флюида взять хотя бы тонн 30-20 (половину-треть) через воздухозаборники (они так и поставлены ловить то что растолкал лоб - центральное тело, так сказать). И тогда при кпд процесса в 0.45 (взят мной с потолка что бы не сильно обольщаться но и не сильно занижать), в условно, "форсажной камере" за соплами ЖРД я получу прирост тяги к основному двигателю 1.7-1.5 раза.
То есть 8 000 - 7 500 тонн силы при том что в вакууме эти ЖРД  мне дадут лишь 4 800 тс.
То есть имея сопротивление  своего профиля в 300-400 тонн силы (половину от "кирпича" за счёт воздухозаборников), я взамен получу плюс 3 200-2 700 тс воздушно-реактивной форсажной прямоточки.
Да, далее этот профит тоже будет падать (как падала  до этой высоты и скорости тяга вентилятора). Но у нас и падает масса ракеты ежесекундно на 14 тонн. За 100 секунд полёта она полегчает на 1400 тонн. И как раз к этому времени мы начнём покидать атмосферу, мы полегчали и дальше мы идём на голых ЖРД. Но эти условные 100 секунд наши ЖРД жрали чуть ли не в 2 раза меньше топлива (если бы был просто ЖРД ракетой с той же массой и той же динамикой полёта, то есть такой же тягой). Условно (очень грубо) мы на этом атмосферном этапе полета  сэкономили 1000-1200 тонн (я выше насчитал ~700 тонн но я неправильно посчитал там секундный расход топлива, занизил, я считал расход 10 тонн в секунду для ЖРД движков на ~5000 тс, а реально надо 14 тонн/с).
Остаётся только один вопрос. Во сколько раз такая гибридная установка окажется тяжелее простой ЖРД? Если 1.25 (на глаз) - это еще терпимо, но, скажем 2 или даже 1.5 раза - это уже в финале может съесть весь профит. Хотя... надо считать тщательнее. Тут легко ошибиться так грубо округляя. Но с аэродинамикой тут нет никаких особых проблем.

В общем. Не учите дедушку лохматить бабушку.

Старшип не спроста же аж 122 метра длинной сделали!)). Могли бы и покороче и потолще, если бы плевали на потери.
Кстать, там есть в удлинении такой момент, что дальнейшее увеличение длины ради сокращения площади сечения не приносит желаемых "дивидендов"...

Я не знаю зачем они его сделали таким длинным как... швабру. Хотя, возможно это и объяснение. На новостях был (уже стёртый) интересный разговор о центре массы ракеты и что для ее лучшего управления центр тяжести должен быть  как можно сильней смещён к носу (хотя это кажется контринтуитивным). В качестве примера Ю. Лобановский приводил длинную стрелу с массивным наконечником, я - швабру которой забавляютя дети, ставя ее T-образный конец вверх, а другой конец на палец и так удерживают ее в вертикальном положении балансируя рукой. Не развлекались таким никогда? Если швабра длинная, то удержать ее ДИНАМИЧЕСКИ куда проще.
Тем же самым занята система стабилизации ракеты-объекта в полёте В ПРИНЦИПЕ неустойчивого. И возможно поэтому ракету и стремятся сделать такой длинной. Но аэродинамика тут никаким боком. Вернее она тут боком, но третьей или четвёртой в очереди.

[Klapaucius]

На новостях был (уже стёртый) интересный разговор о центре массы ракеты и что для ее лучшего управления центр тяжести должен быть  как можно сильней смещён к носу (хотя это кажется контринтуитивным).

Играя в KSP, убедился в обратном. Вешаешь боковушки, центр массы пониже (как правило это движки) - и нормально. Когда тонкая палка и центр массы наверху, всегда переворачивается (стабилизаторы, и крылья всякие вешал и вниз и вверх, по-всякому). Может я в аэродинамику не умею, а может сама игра тоже.

В самолётном одноступенчатом варианте (на Земле пока не реализовано, но проекты были), когда старт не вертикальный, получалось (опять же это не швабра, а самолёт с виду). Но надо учитывать и посадку. Когда "голова" слишком тяжёлая (топлива-то уже нет) можно и не приземлиться нормально.

[Алексей Николаевич.]

В полёте на двигателях одно.
Тот,что в данном случае нас и интересует.
А в полёте по инерции и в атмосфере, другое,(именно в полёте по инерции и надо тот самый наконечник для стрелы,длина и оперение).