Гигантские ЖРД ракеты. Возможны или нет?

[Алексей Николаевич.]

Крутит надо с немалой скорсотью (линейная скорость на ободе близкая или даже выше скорости звука).

Если делать диаметр больше чем мы раньше обсуждали,то первая ступень будет как велосипедное колесо плоская и большая, при этом мы можем скорость вращения уменьшить,убрать сложный "подшипник" и баки поместить в "спицах".
Лопасти делаем по наруже обода. На оси сидит вторая ступень, "подшипник"  делаем гораздо меньшего диаметра, но он может быть "многоэтажный", их несколько тогда, что уменьшит нагрузки и они будут просто несущую функцию выполнять, без уплотнений лишних и сложности. Возможно использование магнитной левитации в этих подшипниках,применение сверхпроводящих катушек,(окислитель то холодный, чё там его пролить пока эти минуты работает ступень).
Если это например для первоначальных моделей использовать, поможет без лишних танцев запускать и испытывать.
Возможно получится обходиться без сверхзвуковых скоростей на ободе, что тоже упрощает.
Наверное стоит обдумать такой вариант.
Но не настаиваю.
Показался интересным вид первой ступени в виде невысокого но большого диаметра,(метров 100), довольно "плоского"обода с большими лопастями по кругу.
Прошу прощения за выносящий мозг инженера рисунок 
Рисовать я разучился, да и на табуретке неудобно,на локте опираясь.
Но смысл понятен.
Обод ещё большего диаметра чем нарисовалась.
Баки как трубы, как пустотелые спицы, что упростит придание прочности. Лопасти надо проработать,или много коротких или меньше, но длинных как крыло самолёта каждая.
Летать должно, и садиться должно само.

[MenFrame]

Это - бонус. Пока же мы сравниваем чисто ЖРД и ротирующий ЖРД.

А в чем тогда основное преимущество ротирующего ЖРД если не в создании вертолетной тяги на старте? За что боремся ТОВАРИСЧЬ?

[alex_semenov]

А в чем тогда основное преимущество ротирующего ЖРД если не в создании вертолетной тяги на старте? За что боремся ТОВАРИСЧЬ?

Я не перестаю удивляться (и разочаровываться) в своих собеседниках тут (писать сюда хочется всё меньше и меньше).
Судя по тому, что мои собеседники задают вопросы на которые я дал ответ чуть ли не в предыдущем сообщении, я начинаю догадаться что меня тут не читают.
Во-первых не читают мои длинные сообщения (более 500 знаков? Ни осилю! Нафик. Не интересно.)
Во-вторых, если это ответ не вам, тем более не читаем!
Не вы первый тут такой. Почти все мои собеседники таким образом тут "тупят". И не потому что они тупые (нельзя быть настолько тупым). Тут все - писатели. Нет читателей. Верно?


На ваш вопрос и вам лично. Коротко.
Вот тут я писал. https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,205382.msg6185101.html#msg6185101 что РЕСУРС современных ЖРД вряд ли получится поднять выше 100 часов. И это не даст той надёжности, которая нужна Маску для задачи, которую он ставит перед многоразовыми ракетами. То есть. Экспериментировать с ротирующим ЖРД надо, как минимум, потому что это обещает повышение ресурса ЖРД первой ступени. Это - главный бонус. А возможность интегрировать такой двигатель с вентилятором  (гибридным ВРД)- это уже бонус. Дополнительная возможность. Главная, зачем этот двигатель и предлагали на "Ротон" - бОльшая простота, меньшая напряженность узлов  и потенциально бОльшая надёжность.

[alex_semenov]

Если делать диаметр больше чем мы раньше обсуждали,то первая ступень будет как велосипедное колесо плоская и большая, при этом мы можем скорость вращения уменьшить,убрать сложный "подшипник" и баки поместить в "спицах".

Алексей Николаевич, ну вы совсем ВИМАН предлагаете! Как сумрачный германский гений.



Смысл ставить на ракету воздушно-вентиляторную вспомогательную тягу?
Помочь ЖРД на старте.
Помочь в начале. А потом - в тень. Не мешать не отсвечивать!
Анализ полёта ракеты показывает, что ниже всего эффективность ракеты - в момент отрыва и подъема на высоту до 10 км (кстати, я нашёл ковыряясь в библиотеке Хлынина, что это было ясно еще в 1930х годах всем теоретикам космонавтики и стратоплавания, кто занимался первыми стратосферными ракетами, поэтому столько разговоров и  пыток спроектировать именно ГИБРИДНЫЙ стратолёт, который взлетев на винтах, а дальше только включать ЖРД!)
Ну просто прикиньте. Пусть тяга на старте 1.25g. То есть ракета ускоряется вертикально со взлёта ~ 2,5 м/с.
Тогда На высоте 10 км, у нас уже скорость корень( 2*2.5*10 000 ) =223 м/с. Мы уже почти у скорости звука. Хотя мы тут не учли, что ракета теряет массу и ускорение у нее не постоянное, а переменное и на самом деле она уже где-то на 8-9 км превысит скорость звука. И вот тут то ваши лопасти уже становятся ОБУЗОЙ. И куда их убрать?
Когда я тут раньше придумывал такую хитрую конструкцию:



я уже учитывал эту тонкость. Пока у ракеты ДОЗВУКОВАЯ скорость, аэродинамика "центрального тела" (это вся ракета с закруглённым днищем нижнего бака) создают ПОДСАСЫВАЮЩИЙ эффект, загоняя на вентилятор весь поток воздуха, который ракета расталкивает перед собой поднимаясь до 10 км. Это очень удачная особенность аэродинамики и той компонвки что я предложил. При этом бараметрическое падение давления с подъемом, всё время компенсировалось нарастанием напора от скорости (на самом деле при подъеме ракеты первые ~10 км аэродинамический напор растёт не смотря на падение давление так как скорость возрастает быстрее, чем падает плотность воздуха).
Но как только мы прошли скорсть звука входя в стратосферу, у нас режим обтекания резко меняется и наш вентилятор, который помогал ракете тянуть ту вверх, оказывается в аэродинамической тени. Подсасывание по круглым бокам (синяя стрелка) прекращается. И тут включаются сверхзвуковые воздухозаборники (красная стрелка). Гибридный двигатель (по моему художественному замыслу) переходит на прямоточное "подсасывание" ракетной массы из-за борта (как по мне - самая плохо продуманная часть концепции). Тут даже нарисован доп компрессор 7 для перехода (типа ТРД)...  Еще секунд 10 полёта и мы проходим точку максимального аэродинамического напора. Теперь экспонента падения статическгого давления за бортом обогнала полиному динамического (v²) и по-сути наша ракета  остаётся только на ЖРД-тяге без вспоможения. Но это уже происходит где-то на 3-4 махах и это по-сути уже 1 км/с ее собственной скорости. Мы прошли самый энергетически неэффективный участок полёта ракеты, помогая ей вентилятором и  сверхзвуковым воздухозаборником.
Замысел таков.
Поэтому ракета у нас достаточно "толстая" и короткая (это тоже бонус). Я это выбрал на глаз. Но ясно что тут должна быть оптимизация пот траекторию. Слишком широкая ракета-бочка будет сильно тормозить (зачем это надо?), а слишком узкая (как у Маска сейчас) будет слабо черпать забортный воздух на начальном этапе подъема. Оптимум точно есть. Это моделируется и считается. Даже я, возможно смог бы со своими куцыми знаниями если бы приложил усилия.

[Kretchmer]

Крутит надо с немалой скорсотью (линейная скорость на ободе близкая или даже выше скорости звука).

А из чего вы уплотнения предлагаете делать на переходе от баков к топливным магистралям двигателей? Подозреваю, что тут как раз и будет главная проблема и просто сальник там работать будет плохо. Ну а подтекание топлива сами понимаете, чем будет заканчиваться.

[alex_semenov]

Крутит надо с немалой скорсотью (линейная скорость на ободе близкая или даже выше скорости звука).

А из чего вы уплотнения предлагаете делать на переходе от баков к топливным магистралям двигателей? Подозреваю, что тут как раз и будет главная проблема и просто сальник там работать будет плохо. Ну а подтекание топлива сами понимаете, чем будет заканчиваться.

Нет не будет. Скорость вращения НА ОСИ - ничтожная. В классическом турбонасосе тоже есть проблема уплотнения. И там скорость вращения - просо чудовищная. И там эта проблема считается решённой.
Хотя, например, на том же RS-25 пришлось вводить дополнительный компонент - газ гелий, который обеспечивает изоляцию парогаза от водорода, который турбокомпрессор качает.  Очень сложное решение.



Как по мне, самая сложность всё-же упорное кольцо-подшипник-рельса, по которой бежит ОБОД из почти сотни камер сгорания. Это по-сути поезд на рельсе с околозвуковой или даже сверхзвуковой скорсотью. При этом сам обод именно что "поезд" из "вагонов" потому что вы не сможете обеспечить идеальную окружность и будут люфты, которые надо обеспечить (тут проблема чем-то похожая на лопасти вертолёта и их подвеску). И если мы найдём хорошее решение для такого упорного подшипника, можно сказать что 90% проблем двигателя решены. В самой оси вращения, где происходит переход от трубопроводов к спицам топлива и оксилителя я не вижу особых проблем. Ну что такое муфта с вращением до 1000 об/минуту? Это разве проблема? Тем более что там и давления толком нет (ну пара атм наддува из баков, не более!)

Кстати. Что интересно. А проблема "пого" для такого двигателя как?

Она будет такой же как и у обычных ЖРД?
Она будет ниже (почему?)
Она будет выше (почему?)

[Дедан]

Я не инженер,но мне кажется вы все упустили одну важную вещь. Вращающийся ЖРД будет достаточно серьёзно подсасывать внешний воздух из ометаемой зоны.

[Алексей Николаевич.]

И если мы найдём хорошее решение для такого упорного подшипника,

Там только магнитная левитация подходит на сверхпроводящих катушках - супермагнитах. Или на подушке из топлива, притом можно или жидкого или газообразного подумать.
А ракету вашу я помню, мы обсуждали тогда ещё. Красивая.))
Ну, я когда предложил первую ступень в виде виманы, то и думал, до разреженных слоёв, 30 км максимум,а там вторую врубать...

[Алексей Николаевич.]

Я не инженер,но мне кажется вы все упустили одну важную вещь. Вращающийся ЖРД будет достаточно серьёзно подсасывать внешний воздух из ометаемой зоны.

Так там это во благо. Вспомогательная тяга.))

[Vavanzer]

Кстати. Что интересно. А проблема "пого" для такого двигателя как?

Она будет такой же как и у обычных ЖРД?
Она будет ниже (почему?)
Она будет выше (почему?)

  Ну получается, любая камера сгорания связана со всеми остальными через топливный тракт. Практически единая система, да еще и с градиентом давления и плотности! Может быть даже и с фазовыми границами.
  Мб помодет система обратных клапанов?)
 Но, в любом случае, будет лучше, если подавать жидкое топливо в муфту уже под давлением некоторым, за сяет насосов. Тк благодаря этому потребуется меньшая скорость вращения.
 И процесс испарения уже около сопла чтоб происходил., под давлением!

[Vavanzer]

Хотя мы тут не учли, что ракета теряет массу и ускорение у нее не постоянное, а переменное и на самом деле она уже где-то на 8-9 км превысит скорость звука. И вот тут то ваши лопасти уже становятся ОБУЗОЙ. И куда их убрать?

  Скинуть вертолет, отделить в общем))) Только так! Нет смысла их дальше тащить! Атмосферная часть полета отработана - "нулевая ступень" отваливается, и спокойно себе садится!
  Короч это что то типа 4-6 винтовой насадки на ракету. Типа как у дронов многовинтовых)) Винты сбоку, естественно.

 

Тогда На высоте 10 км, у нас уже скорость корень( 2*2.5*10 000 ) =223 м/с. Мы уже почти у скорости звука.

Вертолетом можно заодно и отклонить, изменить направление вектора скорости, перед отбрасыванием.
 По сути, как вариант, летающий космодром, который и поднимает и отклоняет ракету перед стартом

[Vavanzer]

Лопасти делаем по наруже обода. На оси сидит вторая ступень, "подшипник"  делаем гораздо меньшего диаметра, но он может быть "многоэтажный", их несколько тогда, что уменьшит нагрузки и они будут просто несущую функцию выполнять, без уплотнений лишних и сложности. Возможно использование магнитной левитации в этих подшипниках,применение сверхпроводящих катушек,(окислитель то холодный, чё там его пролить пока эти минуты работает ступень).
Если это например для первоначальных моделей использовать, поможет без лишних танцев запускать и испытывать.
Возможно получится обходиться без сверхзвуковых скоростей на ободе, что тоже упрощает.

  Можно и со сверхзвуковыми!
 Гигантский турбо-реактивный двигатель напрашивается)))
 Там тож все не так просто, как хотелось бы. Но, наверняка, реально! Самолетные "мелкие" движки работают как то! На сверхзвуке летают! Нам надо просто в разы и в десятки раз больше в размерах

[alex_semenov]

Скинуть вертолет, отделить в общем))) Только так! Нет смысла их дальше тащить!

Легко сказать - скинуть.
Да и смысл - есть. Изначально вентилятор возник как маховик ПРОТИВОВРАЩЕНИЯ основной ротирующей турбите. То есть он нужен всегда.
Ну и главное.
Мы говорим  о МНОГОРАЗОВОЙ первой ступени. Если винт поднимал на 1/2-2/3 заправленную ступень (остальное - тяга ЖРД) на старте, то пустую ракету мы сможем садить на этом же самом винте не напрягаясь (и не расходуя особо ракетное топливо).

[Kretchmer]

Ну что такое муфта с вращением до 1000 об/минуту? Это разве проблема?

Это не проблема, проблемой могут стать компоненты топлива и размеры. Вам же не вал турбины нужно уплотнить, а довольно большую трубу и не в одном месте.

[Дедан]

Я тут вот чего подумал. Имея ротативный ЖРД ,может ну его нахрен Ветролёт и Гигантизьм?
Ведь он весьма активно перемешивает подсасываемый воздух с "выхлопом "ЖРД. Если поменять соотношение топливной пары в сторону избытка топлива..... получим вполне работоспособный ракетно-прямоточный двигатель. С намного увеличенным УИ и тягой.
А также повышенным Мю ПН.
По поводу гигантизьма. Маленькое отступление:Основную массу пассажиров перевозят не боинги 777 и пр ,а вполне себе средние по ГП самолёты.
В проекте МАКС-Т с ВС Мю ПН 6%.Старт с самолёта -носителя позволяет практически сразу запустить наш РПД на полную мощность. Ещё больше увеличить Мю ПН. И наверное работоспособность вплоть до гиперзвука.
Огромные ПН скорее исключение ,чем правило.
Надеюсь не сочтут за оффтоп.

[MenFrame]

что РЕСУРС современных ЖРД вряд ли получится поднять выше 100 часов.

Что является чрезвычайно большим ресурсом. Двигатели на первой ступени старшипа работают 150 секунд, что эквивалентно 2400 пусков. При этом двигателей там аж 33 штуки, и даже если 2-3 из них откажут полет все равно состоится. Так что выход одного двигателя из строя не создает критической проблемы. И вообще не факт что именно конечный ресурс двигателей будет являться тем узким горлышком который будет определять степень многоразовости.

Экспериментировать с ротирующим ЖРД надо, как минимум, потому что это обещает повышение ресурса ЖРД первой ступени. Это - главный бонус.

А вот не факт, изменяя схему двигателя вы просто переносите проблему напряженных узлов с одного участка(насоса) на другой(опорные подшибники) При этом ваш двигатель вряд ли выдержит локальной поломки, и непременно приведет к аварии поскольку двигатель всего один.

[Алексей Николаевич.]

маховик ПРОТИВОВРАЩЕНИЯ

А гулять так гулять!))
Внутри одного кольца двигателей делаем второе, крутящееся в обратном направлении...))

[Дедан]

Может гидравлический подшипник-то? Гидротурбины годами работают.

[Vavanzer]

Огромные ПН скорее исключение ,чем правило.
Надеюсь не сочтут за оффтоп.

  Огромные ПН - это как раз то, о чем тайно мечтают все кто в космической теме.  И их не могут достичь дешевыми методами до сих пор. И именго в них и упирается развитие космонавтики. Все эти лунные базы, нормальные межпланетные путешествия и исследования.
  При этом надо чтобы запусков стоимость была на уровне запуска Фалконлв9 , к примеру. А то и дешевле)) Тогда начнется активное освоение космоса.
  Маск к примеру, идет в целом то правильным путем. Хоть и старого типа это все у него, но хотя бы многоразовые.

А вот не факт, изменяя схему двигателя вы просто переносите проблему напряженных узлов с одного участка(насоса) на другой(опорные подшибники) При этом ваш двигатель вряд ли выдержит локальной поломки, и непременно приведет к аварии поскольку двигатель всего один.

  Так на нем множество камер сгорания. На топливоотводы центральной точке распределения и у движков поставить отсекающие и регулирующие клапана. На случай отказа одной из камер.
  Суть то идеи, как ни крути, - ее в общем то, простота. И одновременно сложность, но другого характера,в отличие от привычных ЖРД со сложными турбонасомами. По сути, даже, в ракетном двигателе не камера сгорания главную роль и пости стоимость отбирает, тк это "кусок металлолома", по большому счету... . А именно топливный насос и прочие системы все усложняют!
 

[Vavanzer]

маховик ПРОТИВОВРАЩЕНИЯ

А гулять так гулять!))
Внутри одного кольца двигателей делаем второе, крутящееся в обратном направлении...))

Так и надо, по большому счету. При этом можно и генерацию электричества за счет этого спокойно осуществлять, для нужд всего остального.
 
  С посадкой только непонятно как будет дело обстоять!) ноги какие то придется изобретать  складные!