Гигантские ЖРД ракеты. Возможны или нет?

[BlackMokona]

Не потребуется, напомню КПД первой ступени фэлкона 7% Поднимаете кпд в три раза, вес топлива уменьшается в три раза, а окислитель и вовсе не требуется поскольку у нас атмосферник. Крылья, о которых Семенов страдал, по сути плата за посадку(многоразовость) ее заплатить в любом случае придется. Благо в ГПВРД эти крылья маленькие, основа несущей подъемной поверхности сам двигатель.

Первая минута у нас амосфера, а потом атмосферы нету.

[MenFrame]

Первая минута у нас атмосфера, а потом атмосферы нету.

ГПВРД работает в разряженной атмосфере, это атмосферный двигатель.

[BlackMokona]

ГПВРД работает в разряженной атмосфере, это атмосферный двигатель.

Насколько разряженной. А то с каждой секундой давление будет быстро падать

[Rattus]

А утянуть ракету подальше от зловредного звука тоже не вариант? Даже для этого крылья никак? Даже в качестве четвёртой ступени?

Как подсказывает Майор Аэродинамика, чем дальше от звука, тем бесполезнее крылья и ТРД. Самолетный потолок - верхняя стратосфера, ~45 км. Это даже не треть высоты до сколь-нибудь стабильных орбит. Ну и много вы выиграли, подпрыгнув на стульчике перед стартом?

[MenFrame]

А то с каждой секундой давление будет быстро падать

ГПВРД горизонтально набирает скорость как обычный самолет, постепенно повышая высоту.

Ну и много вы выиграли, подпрыгнув на стульчике перед стартом?

Поинтересуйтесь.... МАКС

В вариантах с ракетопланом полезный груз на низкую орбиту составляет 7 тонн, с одноразовой ракетной ступенью — 18 тонн. Стартовая масса системы — 275 тонн

При почти одинаковой ПН на НОО как у фэлкона, стартовая масса в вдвое меньше.

[alex_semenov]

При почти одинаковой ПН на НОО как у фэлкона, стартовая масса в вдвое меньше.

Никто не оспаривает ценность "самолётных" (с ГПВРД и жаде комбинации) ракетопланов на орбиту.
Но во-первых вы их сначала сделайте!
Насколько я могу понять, там проблем - стена. Ну я, например, об  этом чуде британского гения.



Но даже если у парней всё выйдет (держим за них кулаки! искренне!) то всё равно, это НЕ ТОТ КЛАСС аппаратов по грузоподъёмности, что нас тут интересует.
Тонну-десять тонн на орбиту на крыльях? Прекрасно.
Может даже двадцать или даже тридцать.
Но уже 100 тонн и больше  - это немыслимо. А мы тут и именно о 100 тоннах и выше вплоть до 1000...
И для этого крылья ну явно не годятся!
Всему - своё место!

[MenFrame]

Но уже 100 тонн и больше  - это немыслимо. А мы тут и именно о 100 тоннах и выше вплоть до 1000...

А что есть принципиальные ограничения, на создание больших ГПВРД?

И для этого крылья ну явно не годятся!

А собственно с чего вдруг. Крылышки ГПВРД маленькие, основная подъемная сила идет за счет корпуса. Нагрузка в самолете распределена горизонтально, в отличии от ракет башен что тоже плюс. Да при росте размера увеличивается соотношение веса и аэродинамической площади, но это компенсируется за счет полета в более плотных слоях атмосферы.

[alex_semenov]

Твердотопливные ракеты могут быть построены для запуска очень больших полезных нагрузок.

Всё по кругу.
В 19 веке пачки пороховых ракет собирали и полагали на этом выходить на орбиту.
Снова те же идеи - следствие вырождения конструкторской фантазии...
Вот и хватаются за всё что на глаза попало...
Видимо всё же тупик по технологиям наступил и это пугает...

Да, благая весть. Если вы можете поднять на орбиту только твёрдым топливом "миллион паундов" 450 тонн... Это очень круто!
В том смысле, что мы действительно можем попробовать УБЕЖАТЬ от звуковой волны именно та твёрдом топливе поставив к ЖРД стартовый ТТРД бустер. И проблема, можно сказать, решена!
Нам ведь достаточно разогнаться без ЖРД до >=0.33 км/с... Дальше звук не страшен нам. Можно запускаться!
Хотя тут же встаёт вопрос. А твердотопливному бустеру слишком МОЩНЫЙ собственный звук не будет так же вредить как и ЖРД? А вдруг слишком сильные звуковые колебания, поднимающиеся от сталкивающейся с воздухом струи газов приведут к каким-нибудь растрескиваниям в шашке топлива?
Этот вопрос-  открыт.

Удивила идея выводить на орбиту "миллион паундов" чисто на ТТРД. Да 1966-й... эпоха... и тем не менее.

Сравниваем:

Вариант А. Удельный импульс хорошего ТТРД (те же ускорители шаттла) 260 секунд
Вариант Б. Удельный импульс керосин-кислород (или метан-кислород) условно 330-340 секунд.
Вариант B. Удельный импульс водород-кислород, условно 420 секунд.

Выход на орбиту - это (со всем примерно поправками) разогнаться до 9.4 км/с
Считаем массовое число для всех идеализированно-упрощённых вариантов:

А: exp(9400/260/9,8)= 40.0
Б: exp(9400/330/9,8)= 18,3
B: exp(9400/420/9,8)= 9,8

Твердотопливная ракета более чем в ЧЕТЫРЕ раза тяжелее чем водородная! Если они обещают чисто твёрдым топливом вывести 450 тонн... Это на старте у вас махина массой 18 000 тонн! Нет, то что вы можете исключительно твердотопливными бустерами поднять над стартом такую массу (а наш расчёт - идеальный, у нас "невесомая" ракета, реальность потребует для 450 тонн куда большей массы!) - это прекрасно.
Но везти на твёрдом толиве груз до самой орбиты.... Это - ТТРД-экстримизм!
Хотя, видимо, были и такие версии...



Но обратите внимание. Если это бахнет... Конечно же всё не выгорит. Но 18 килотонн... Поэтому и вытягивают стартовать в море?
А возможно именно из-за звука.  Говорят за 20 км надо находиться при подобном старте что бы вам звук не повредил здоровье.
Просто прикинем.
Допустим на старте у нас 20 000 тонн. Пусть мы поднимаеся с превышением тяги над весом 1.25 и скорость истечения у нас 2600 м/с.
Мощность движков: 20 000 000 [кг]*1.25*9,8 [м/с²]*2600[м/с]/2 =3,185E+11 Ватт (полезной!) мощности. При КПД двигателя 0.7 (очень круто) это 4,55E+11 Ватт. Напонмю. Килотонна 4.18E+12 Дж. То есть тут у вас каждую секунду более 0.1 килотонны энергии "сгорает". И какая-то часть этой энергии превращается в дробный непрерывный звук (идеальный белый шум). Чудовищное оружие массового поражения!

[alex_semenov]

А что есть принципиальные ограничения, на создание больших ГПВРД?

Вопрос не в ГПВРД, вопрос в самолётном старте и ракетопланной компановке.

А собственно с чего вдруг. Крылышки ГПВРД маленькие, основная подъемная сила идет за счет корпуса. Нагрузка в самолете распределена горизонтально, в отличии от ракет башен что тоже плюс. Да при росте размера увеличивается соотношение веса и аэродинамической площади, но это компенсируется за счет полета в более плотных слоях атмосферы.

Я выше писал почему взлёт по-самолётному не катит. Ладно, допустим вы решили проблемы с продольной и поперечной прочностью...
Как-то решили...
На каких колёсах и по какой взлётной полосе вы хотите разогнать такой массивный аппарат?... Ну пусть не 4 500 тонн (если у вас топливо- водород), пусть в половину за счёт забортного воздуха, ну 2 500 тонн на старте. Вы представили этот бак с крыльями? Или летающее крыло?
"Мрия" - 640 тонн.
А что бутет с плитами взлётной полосы когда над ними пройдут соответствующей мощности движки?
Если вы ставити  ГПВРД на сверхтяж, вы должны его ставить вертикально!
Примерно так:

Это как раз прямоточная одноступенчатая NOVA 1981-го уже года рождения... Как раз под "миллион паундов", 450 тонн.

[MenFrame]

Я выше писал почему взлёт по-самолётному не катит.

А я выше написал почему ваши аргументы не работают.

На каких колёсах

Тоесть количество двигателей поднять не проблема, а количество колес проблема?

и по какой взлётной полосе вы хотите разогнать аппарат...

А как взлетают с авианосцев? Примерно так и ГПВРД будет взлетать. Сначала разгон катапультой, при посадке торможение тросом.

[alex_semenov]

А как взлетают с авианосцев? Примерно так и ГПВРД будет взлетать. Сначала разгон катапультой, при посадке торможение тросом.

Ну вот... Начинается... катапульта... эстакада...
Ну зачем?
Это еще одна форма экстремизма. Мало нам весового экстремизма? Подавай нам и крылатый!
Хотя... Хотите? Делайте! Кто вам мешает?
Кстати. А нахрена вам это? Вы же не из какой колыбели выходить не собираетесь!

А я выше написал почему ваши аргументы не работают.

Поднимите мне веки. Не вижу. Вот это?

Не потребуется, напомню КПД первой ступени фэлкона 7% Поднимаете кпд в три раза, вес топлива уменьшается в три раза, а окислитель и вовсе не требуется поскольку у нас атмосферник. Крылья, о которых Семенов страдал, по сути плата за посадку(многоразовость) ее заплатить в любом случае придется. Благо в ГПВРД эти крылья маленькие, основа несущей подъемной поверхности сам двигатель.

Как круто вы насчитали экономию массы через КПД. Нет ошибки? И главное. А крылья тут причём? И вы их тоже посчитали? Не вижу. Одно бла-бла-бла что всё равно за посадку платить. И чего это Маск крылья к своим ступеням не приделал? Приделал ноги и оставил запас топлива для смягчения падения. Крылья же - лучше! Или нет?

[MenFrame]

Ну вот... Начинается... катапульта... эстакада...
Ну зачем?

Прямоточные движки начинают работать когда необходимый поток воздуха уже имеется.

Это еще одна форма экстремизма. Мало нам весового экстремизма?

Ну эти стартовые расходы очевидно проще и дешевле того что Маск делает, с его стартом и посадкой на одну и туже колокольню.

Вы же не из какой колыбели выходить не собираетесь!

Я не против выхода из колыбели, я против его имитации.

[alex_semenov]

Прямоточные движки начинают работать когда необходимый поток воздуха уже имеется.

Ну и чо ваш ПВРД тут сделает? Ведь основные потери - при отрыве от стола на том самом "висении" всей начальной массы, когда скорость еще не набрали. Даже скорость звука!
То есть что бы победить те самые 4% нам нужен не ПВРД (и даже не ГПВРД) а тупо ТРД (притом с хорошей двухконтурностью)? 



Напоминаю, мгновенный КПД ракетного ДВИЖИТЕЛЯ:



с - скорость истечения, u - скорость полёта (относительно точки старта).

[MenFrame]

Вот это?

Да...Большие крылья нужны обычным самолетам, взлет которых осуществляется с помощью обычных двигателей. ГПВРД запускает катапульта, на старте давая очень большую скорость(600 км/ч) Большие крылья соответственно не нужны.

Крылья же - лучше! Или нет?

Если вы взлетаете как самолет, очевидно глупо городить огород с иной схемой посадки. Ну и сами крылья это цена многоразовости.

Нет ошибки?

При скорости 8064 км/ч, тело массой  125 тон, имеет кинетическую энергию 313 гигаджоулей. Потенциальная энергия поднятия на высоту в 63 км, еще 77 гигаджоулей. В сумме 390 гигаджоулей.
Масса керосина первой ступени 119 тон. Теплота сгорания около 43 МДж/кг. Соответственно запасенная энергия топлива 5 117 гигаджоулей.
 Итого лишь одна 13 часть,  или 7,6% энергии топлива затрачена на работу по поднятию и разгону второй ступени. Если посчитать затраты на жидкий кислород, то уже меньше 6% будет.

Ведь основные потери - при отрыве от стола на том самом "висении" всей начальной массы, когда скорость еще не набрали. Даже скорость звука!

Потери идут на всем этапе разгона, поскольку основной процент УИ греет воздух. И собственно отсутствует возможность использовать вакуумник.

[BlackMokona]

ГПВРД горизонтально набирает скорость как обычный самолет, постепенно повышая высоту.

Т.е просто жрём кучу аэродинамических потерь.

Да...Большие крылья нужны обычным самолетам, взлет которых осуществляется с помощью обычных двигателей. ГПВРД запускает катапульта, на старте давая очень большую скорость(600 км/ч) Большие крылья соответственно не нужны.

О у нас ещё и катапульта для нашей огромной системы. Интересненько. Знаете была бы катапульта что без дополнительных затрат массы на прочность могла бы сообщить скорость в 600 км в час Фалькон-9, там бы тоже замечетльный буст бы получился. Но чего нет, того нет.

[alex_semenov]

Да...Большие крылья нужны обычным самолетам, взлет которых осуществляется с помощью обычных двигателей. ГПВРД запускает катапульта, на старте давая очень большую скорость(600 км/ч) Большие крылья соответственно не нужны.

А садится вы как будете? Тоже на 600 км/ч? Или на парашюте?

О у нас ещё и катапульта для нашей огромной системы. Интересненько.

Ох и трудная ж это работа...



Нам еще в команду демографа не хватает!
 

Кстати. А кто-нибудь помнит что у Р-7 был нехилый конкрурент? Крылатый ракетоплан с прямоточкой "Буря".
Всё как положено. Маханькие крылья (никто с полосы не взлетал и не садился) и именно прямоточка. ГПВРД.



Оба аППарата должны были нести одинаковое количество "тепла и света" на противоположную часть земного шарика.
Но крылатая "Буря" проиграла гонку бескрылой "семёрке".
А почему, собственно?

[MenFrame]

Т.е просто жрём кучу аэродинамических потерь.

Если бы их не было, КПД первой ступени был бы 80%, а так будет 30%.

Знаете была бы катапульта что без дополнительных затрат массы на прочность могла бы сообщить скорость в 600 км в час Фалькон-9, там бы тоже замечетльный буст бы получился. Но чего нет, того нет.

Катапульта, для запуска в вертикальном положении это совершенно иные расходы, нежели горизлонтальная катапульта.

А садится вы как будете? Тоже на 600 км/ч? Или на парашюте?

600км/ч это скорость при которой прямоточка начинает работать. При посадке идет планирование, ступени которая потеряла 90% своей начальной массы. Скорости могут быть на уровне посадки обычного лайнера.

Если вы взлетаете как самолет, очевидно глупо городить огород с иной схемой посадки. Ну и сами крылья это цена многоразовости.

[alex_semenov]

600км/ч это скорость при которой прямоточка начинает работать.

С очень низким КПД:

С увеличением скорости полёта, в соответствии с формулой  (1), возрастает степень повышения давления beta =p₂/p₁ в камере сгорания, что влечёт за собой увеличение термического КПД, который для идеального ПВРД выражается формулой[1]:

И это дозвуковая прямоточка. И вам надо иметь дозвуковую прямоточку (это один тип двигателя), потом сверхзвуковую (второй) потом гипезрвуковую (третий) или всё в одном флаконе. И всё равно вы больше 10 махов не разгонитесь в атмосфере, всё равно надо выпрыгивать в вакуум и остальные 15 махов набирать старым-добрым ЖРД.

Скорости могут быть на уровне посадки обычного лайнера.

А расчёт, доказывающий это, покажите?

Катапульта, для запуска в вертикальном положении это совершенно иные расходы, нежели горизлонтальная катапульта.

Я так понял, это ирония?
Где вы видели вертикальные катапульты?

[MenFrame]

А расчёт, доказывающий это, покажите?

Посмотрите как шатл садиться. По сути тот же гиперзвуковой самолет.

С очень низким КПД. И это дозвуковая прямоточка. И вам надо иметь дозвуковую прямоточку (это один тип двигателя), потом сверхзвуковую (второй) потом гипезрвуковую (третий) или всё в одном флаконе.

Да, в статьях обсуждается гибридный ПВРД-ГПВРД, который путем изменения геометрии приоразуется один в другой.

И всё равно вы больше 10 махов не разгонитесь в атмосфере, всё равно надо выпрыгивать в вакуум и остальные 25 махов набирать старым-добрым ЖРД.

Разумееться, прямоточка это сугубо замена первой ступени.

Я так понял, это ирония?
Где вы видели вертикальные катапульты?

Вертикально фэлконы запускаються...Маккона предложил и там катапульту.

[alex_semenov]

Посмотрите как шатл садиться. По сути тот же гиперзвуковой самолет.

Шаттл возит "в багажнике" 20-30 тонн! Вы же собираетесь возить минимум 450 тонн!!! У вас будет дирижабль с крыльями!

Разумееться, прямоточка это сугубо замена первой ступени.

Да, знаем. Плавали! Самые первые проекты ШАТТЛОВ... Думаете зря от них отказались, когда потребовали ПОВЫСИТЬ грузоподъемность шаттла?

Кстати, там же по ссылке выше нашёл (без расчётов, хотя и сам сел считать):

Дозвуковые ПВРД предназначены для полётов на скоростях с числом Маха от 0,5 до 1. Торможение и сжатие воздуха в этих двигателях происходит в расширяющемся канале входного устройства — диффузоре.
Эти двигатели характеризуются крайне низкой эффективностью. При полёте на скорости М = 0,5 степень повышения давления в них (как следует из формулы  (1) ) равна 1,186, вследствие чего их идеальный термический КПД (в соответствии с формулой (2)) составляет всего 4,76 %, а с учётом потерь в реальном двигателе эта величина становится почти равной 0. Это означает, что на скоростях полёта при M < 0,5 ПВРД практически неработоспособен. Но и на предельной для дозвукового диапазона скорости, то есть при М → 1, степень повышения давления составляет лишь 1,89, а идеальный термический КПД — лишь 16,7 %, что в 1,5 раза меньше, чем у реальных поршневых ДВС, и вдвое меньше, чем у газотурбинных двигателей. К тому же и поршневые, и газотурбинные двигатели эффективны при работе на месте.