Минимальная ракета?

Автор O_P, 17.01.2007 21:22:13

« назад - далее »

0 Пользователи и 1 гость просматривают эту тему.

avmich

ЦитироватьДмитрий Инфан пишет:
У Маска многоразовые движки пока что используются как одноразовые (и вряд ли это случайно)
Двигатели Маска проверяются на стендах (не считая многоразового Кузнечика, летающего на таких же). Одноразовые ЖРД так не могут.
ЦитироватьДмитрий Инфан пишет:
а XCOR существует только в виде макета.
XCOR даже запускала ракетоплан на своих движках.
ЦитироватьДмитрий Инфан пишет:
Armadillo Aerospace - не более, чем летающий стенд, непригодный ни к какому практическому использованию.
НАСА так вроде бы не считает - у них совместные проекты и работы были.

Вряд ли для малых ракет будут стремиться сразу добиться возвращения ступеней... хотя это и возможно. А вот многоразовый ЖРД, на мой взгляд, сделать для такой ракеты проще, чем одноразовый.

Monoceros

Цитироватьavmich пишет:
Минимальная ракета - это баки, ЖРД, СУ такие, что в сумме получается "минимально"  :)  .
Авмич, так в твоей конфигурации больше всего система вытеснения будет весить!

O_P

ЦитироватьMonoceros пишет:
Цитироватьavmich пишет:
Минимальная ракета - это баки, ЖРД, СУ такие, что в сумме получается "минимально"  :)  .
Авмич, так в твоей конфигурации больше всего система вытеснения будет весить!
А почему не ТНА?   ;)  (при малом расходе(единицы литров) вихревые насосы эффективны и дают хороший напор, а турбину можно радиально осевую использовать). А если топливо криогенное, то можно и от газогенератора отказаться - фазовый переход в регенеративном охлаждении.  8)  А если постараться, то можно усложнить регенеративный тракт и пускать через него и например ЖК и криотопливо, так что-бы на входе в КС иметь и то и другое в газовом состоянии. :) получится какой-то убийственный УИ..  возможны топливные пары кислород-метан, кислород-этилен, кислород-этан. (стоит вопрос с коксованием в тракте - интересно если каналы изнутри позолотить это поможет? хотя-бы в отношении тракта реакционно активного кислорода? )

Крио-топливо и крио-окислитель, значит можно крио-упрочнением алюминиевых сплавов воспользоваться - тонкие овальные баки высокого массового совершенства. (и недорогие)

Хотя я конечно могу и ошибаться... :) 

avmich

ЦитироватьMonoceros пишет:
Цитироватьavmich пишет:
Минимальная ракета - это баки, ЖРД, СУ такие, что в сумме получается "минимально"  :)  .
Авмич, так в твоей конфигурации больше всего система вытеснения будет весить!
Если давление подачи небольшое - скажем, 20 атм - то не так и много. Если наддувать компонентами, которые в газовой форме способны сгорать в двигателе, как во второй ступени Сатурна-5 - то тоже остаточная масса невелика. То же если использовать насосы - необязательно ТНА при ступенях такого калибра, насосы, прокачивающие свою массу в секунду при давлении больше 50 атм (70, кажется) уже демонстрировались.

В общем, есть варианты.

Monoceros

#104
Цитироватьavmich пишет:
Если давление подачи небольшое - скажем, 20 атм - то не так и много. Если наддувать компонентами, которые в газовой форме способны сгорать в двигателе, как во второй ступени Сатурна-5 - то тоже остаточная масса невелика.
Чтобы наддуть композитный бак на 20атм нужен баллон, содержащий ту же массу газа, но под большим давлением. Очевидно что он тяжелее бака. Плюс редуктор и газ.

ЦитироватьТо же если использовать насосы - необязательно ТНА при ступенях такого калибра, насосы, прокачивающие свою массу в секунду при давлении больше 50 атм (70, кажется) уже демонстрировались.

В общем, есть варианты.
Что это за насосы, как гуглить?

avmich

#105
ЦитироватьMonoceros пишет:
ЦитироватьТо же если использовать насосы - необязательно ТНА при ступенях такого калибра, насосы, прокачивающие свою массу в секунду при давлении больше 50 атм (70, кажется) уже демонстрировались.

В общем, есть варианты.
Что это за насосы, как гуглить?
https://www.llnl.gov/etr/pdfs/07_94.2.pdf : "The quad- piston pumpset (inset) delivers its own mass (365 g) in hydrazine each second at a pressure of 7 MPa (1000 psi)."
Гуглить по работам этого же Джона Уайтхеда, который и перекисными насосами отметился.

Корявый перевод: https://web.archive.org/web/20121101002451/http://rocketworkshop.net/othermotors/88-astridst

avmich

#106
ЦитироватьMonoceros пишет:
Цитироватьavmich пишет:
Если давление подачи небольшое - скажем, 20 атм - то не так и много. Если наддувать компонентами, которые в газовой форме способны сгорать в двигателе, как во второй ступени Сатурна-5 - то тоже остаточная масса невелика.
Чтобы наддуть композитный бак на 20атм нужен баллон, содержащий ту же массу газа, но под большим давлением. Очевидно что он тяжелее бака. Плюс редуктор и газ.
Можно не запасать газ наддува под высоким давлением, а генерировать этот газ по мере необходимости. Как тут, скажем - http://www.hydrogen-peroxide.us/uses-monoprop-steam-generation/AIAA-12th_small_satellite_conf-hydrogen_peroxide_for_smaller_satellites.pdf . Корявый перевод - https://web.archive.org/web/20121101002446/http://rocketworkshop.net/othermotors/87-ssm .

Можно также не использовать отдельный баллон, а закачивать газ наддува прямо в бак с топливом, используя небольшой дополнительный объём  :)  . Так тоже работает.

Monoceros

#107
Цитироватьavmich пишет:
[Можно не запасать газ наддува под высоким давлением, а генерировать этот газ по мере необходимости.
Как-то сложно звучит. ПАД же не годится для перекиси?

ЦитироватьМожно также не использовать отдельный баллон, а закачивать газ наддува прямо в бак с топливом, используя небольшой дополнительный объём  :)  . Так тоже работает.
Давление будет падать всю дорогу. Если дополнительный объем небольшой, то будет падать сильно. Расти требуемая приведенная длина кс, степень расширения непонятно под какое давление рассчитывать. И просто уи падать.

avmich

ЦитироватьMonoceros пишет:
Цитироватьavmich пишет:
[Можно не запасать газ наддува под высоким давлением, а генерировать этот газ по мере необходимости.
Как-то сложно звучит. ПАД же не годится для перекиси?
Ты ссылки читал? Здесь - https://web.archive.org/web/20121101002446/http://rocketworkshop.net/othermotors/87-ssm - приводится даже картинка прототипа системы наддува:

ЦитироватьMonoceros пишет:
ЦитироватьМожно также не использовать отдельный баллон, а закачивать газ наддува прямо в бак с топливом, используя небольшой дополнительный объём  :)  . Так тоже работает.
Давление будет падать всю дорогу. Если дополнительный объем небольшой , то будет падать сильно . Расти требуемая приведенная длина кс, степень расширения непонятно под какое давление рассчитывать. И просто уи падать.
Вытеснительная подача - это уже малое давление, и ориентироваться тогда, конечно, приходится на сравнительно небольшой УИ. Но - сравнительно. Конечно, параметры придётся делать промежуточными, оптимальными для всей траектории - но система всё равно работоспособна. Просто параметры более скромные. Зато есть надежда избежать необходимости тащить массу насоса, что повысит массовое совершенство. Не говоря о простоте и цене.

O_P

Цитироватьavmich пишет:
Вытеснительная подача - это уже малое давление, и ориентироваться тогда, конечно, приходится на сравнительно небольшой УИ. Но - сравнительно. Конечно, параметры придётся делать промежуточными, оптимальными для всей траектории - но система всё равно работоспособна. Просто параметры более скромные. Зато есть надежда избежать необходимости тащить массу насоса, что повысит массовое совершенство. Не говоря о простоте и цене.
День добрый. На сайте КБХМ Исаева написано
 
Цитироватьсдано в серийное производство около 50-и типов высоконапорных ТНА со сверхвысокой всасывающей способностью, использующих в качестве рабочих жидкостей высококипящие и криогенные компоненты топлива, с напорами от 5 до 60 МПа, расходами от 0,15 до 150 кг/сек,
Было бы интересно узнать подробности относительно сложности разработки и возможной цены малых ТНА.

Просто если посмотреть и сравнить с вытеснительной подачей, то например повышение давление в КС с 20 до 100 атмосфер поднимает УИ примерно на 15 процентов.А с 20 до 200 уже 18 процентов. Массовое совершенство баков при вытеснительной подаче в несколько раз ниже чем у насосной.  Плюс вы все равно предлагаете некий насос попроще ставить.  Камера на большее давление имеет меньшие размеры, что тоже уменьшает вес.
Имхо для небольшой ракеты простота и дешевизна отказа от ТНА  не очень очевидна. 

Вот например какова масса ТНА для подачи 2х криокомпонентов скажем 1,5 кг в сек (в сумме) с давлением 230 атмосфер? (мощность ТНА будет порядка 50 киловатт при кпд насоса около 75-80%) пусть объемный расход компонентов практически одинаков (хотя плотности примерно в 2 раза отличаются).

Если оба компонента криогазы, можно ли в небольшом ТНА применить алюминий?

avmich

ЦитироватьO_P пишет:
Просто если посмотреть и сравнить с вытеснительной подачей, то например повышение давление в КС с 20 до 100 атмосфер поднимает УИ примерно на 15 процентов.А с 20 до 200 уже 18 процентов.
У меня такие данные. http://rocketworkbench.sourceforge.net/equil.phtml Пессимистичная "замороженная" модель для 98% перекиси и пропана даёт при 20 атм в камере УИ 2945 м/с, при 80 атм в камере - 3137 м/с. Почему такие давления? Потому что 20 атм можно получить с вышеупомянутым баком при массовом совершенстве 30+, а 80 атм - с вышеупомянутым насосом. При этом насос на самом деле даёт 70 атм в статье - будем считать 80, чтобы насос лучше смотрелся. Кроме того, для реализации большего УИ требуется большее сопло - рост площади по сравнению с критикой от 33 раз до 94 раз. Рост УИ - меньше 7%. Оправдано ли, учитывая, что насос тоже что-то весит? Ответ зависит от общей ХС (и, конечно, ПН). Хорошо бы, конечно, погонять многопараметрическую модель для выбора вариантов...

Насосы Исаева наверняка "турбо" - а насос в статье выше прямого вытеснения, что имеет определённые эксплуатационные преимущества. Как насчёт цены?.. Подозреваю, для сегодняшних применений исаевские насосы надо разрабатывать заново под имеющиеся технологии?

Считать надо, конечно. Можно говорить о полностью безнасосной системе - необязательно "некий насос попроще" ставить.

O_P

Цитироватьavmich пишет:
Пессимистичная "замороженная" модель для 98% перекиси и пропана даёт при 20 атм в камере УИ 2945 м/с, при 80 атм в камере - 3137 м/с.
Странно RPA для пары перекись 98 с пропаном дает несколько другие цифры.  При давлении в КС 20 атм и сопле на 0.4 атм уи получается  230 у моря и 294 в вакууме. (соотношение 7.3). У вас 300 секунд.  Какие остальные исходные данные? 

У Исаева конечно турбо насосы, они то мне и интересны.

А что выгодней тут конечно надо считать для каждой конкретной реализации. Вы хотите не криогенные перекись-пропан вероятно с композитными баками(30+ качество при 20+атм) и вытеснительно-насосной подачей. Вполне разумно.
Я больше склонялся к криогенным компонентам, алюминиевым бакам максимально возможного массового совершенства (порядка 60+) и ТНА на (тфу тфу) 200 атм в КС, с уи 330-370 (море-вакуум). И все это в ракете с высоким аэродинамическим качеством. Но это конечно фантазии...(так например у меня в эскизных зарисовках для экономии массы высотное сопло второй ступени является верхней частью бака горючего первой ступени.) Вот такие извращения. А уж какой ТНА я там нарисовал вообще жуть. :o

Всех благ! 

avmich

ЦитироватьO_P пишет:
Цитироватьavmich пишет:
Пессимистичная "замороженная" модель для 98% перекиси и пропана даёт при 20 атм в камере УИ 2945 м/с, при 80 атм в камере - 3137 м/с.
Странно RPA для пары перекись 98 с пропаном дает несколько другие цифры. При давлении в КС 20 атм и сопле на 0.4 атм уи получается 230 у моря и 294 в вакууме. (соотношение 7.3). У вас 300 секунд. Какие остальные исходные данные?
http://rocketworkbench.sourceforge.net/equil.phtml

Давление в камере: 20 атм
Тип выходного условия: давление
Давление на выходе: 0.05 атм
Единицы: граммы
Модель: "замороженная"
98 частей, молекулярный код 466 (100% перекись водорода)
2 части, молекулярный код 976 (вода)
16 частей, молекулярный код 771 (пропан)

Получается расширение сопла 32 раза по площади, УИ 2945 м/с. По-моему, небольшие расхождения.

Интересно, как можно сделать алюминиевые баки с совершенством 60?

O_P

Цитироватьavmich пишет:
Давление в камере: 20 атм
Тип выходного условия: давление
Давление на выходе: 0.05 атм
:)  Тогда расхождений считай нет.  Только с вашим соплом на 32  PRA говорит  УИ будет 163-323 (море-вакуум). 
Движок для 2й ступени? Очень неплохо.

А баки это сложно. Там надо много параметров подбирать под конкретную реализацию. Учитывать все нагрузки, так как баки несущие. Форма похожа на вытянутое яйцо, стенки переменной толщины, снаружи гладкие, а изнутри нагартованные (изготовление будет весьма сложным, но учитывая относительно небольшой общий размер (порядка 200 литров)- реальным). Плюс рабочая температура жидкого кислорода. Надо будет еще конкретный алюминиевый сплав  подбирать под технологию изготовления и требуемые свойства.И да без наддува и при комнатной температуре бак будет не особо прочен. :) 
А вот с баком горючего хуже, хоть нагрузки на него и меньше, но плотность топлива почти в 2 раза ниже, так что такого массового совершенства и не получиться.

Всех благ!

Morin

Цитировать:)

Всех благ!
С интересом прочитал вашу тему. Сам задумывался над таким вопросом. Полагаю, что оценки мин массы сделанные на первых страницах - сильно оптимистические. Почти никто ( только одно сообщение) не обратил внимание на аэродинамические потери. Кто- то в расчете принял их как у обычных больших РН 50-200 м/с. Думаю, что это совершенно не так. В нулевом приближении можно считать тягу ДУ пропорциональной массе, характерный размер - пропорциональным корню кубическому из массы, площадь миделя - квадрату характерного размера.  Аэродинамическое сопротивление пропоциональноплощади миделя.  Таким образом, если мы возьмем для сравнения РН массой 100 т. То у 100-килограммовой РН аэродинамика будет меньше только в 100 раз., т. Е. Доля Аэродинамических потерь будет в 10 раз больше.  Если у 100-тонной - 200 м/с, то у 100-кг-ой- 2000 м/с. И это - оптимистическая прикидка.  Чтоб уменьшить аэродинамические потери надо будет увеличивать вертикальный участок( начало раз ворота по тангжу), что увеличит гравитационные потери.тут все увлекаются огромными величинами конструктивного совершенства. На самом деле, чем меньше ракета, тем хуже у нее этот показатель.   Так что чисто интуитивно, глядя в потолок, скажу, что при реальном проектировании уложиться хотя бы в тонну стартовой массы - недостижимый идеал.  Реально - несколько тонн- великолепный результат. Мои потолочно-интуитивные оценки редко бывают ошибочные. Как показывает многолетний опыт.
Лучшее - враг хорошего

avmich

ЦитироватьO_P пишет:

Крио-топливо и крио-окислитель, значит можно крио-упрочнением алюминиевых сплавов воспользоваться - тонкие овальные баки высокого массового совершенства. (и недорогие)
ЦитироватьO_P пишет:

А баки это сложно. Там надо много параметров подбирать под конкретную реализацию. Учитывать все нагрузки, так как баки несущие. Форма похожа на вытянутое яйцо, стенки переменной толщины, снаружи гладкие, а изнутри нагартованные (изготовление будет весьма сложным, но учитывая относительно небольшой общий размер (порядка 200 литров)- реальным). Плюс рабочая температура жидкого кислорода. Надо будет еще конкретный алюминиевый сплав подбирать под технологию изготовления и требуемые свойства.И да без наддува и при комнатной температуре бак будет не особо прочен.  :)  
Ощущается некое разночтение :) . Мне кажется, алюминиевый бак массовым совершенством 60+ будет довольно дорогим. Более того, композиты выбираются исходя из возможности сделать из них баки большего массового совершенства, чем из металла - по крайней мере при той же цене, потому что удельные прочностные характеристики композитов более высокие.
ЦитироватьMorin пишет:

Так что чисто интуитивно, глядя в потолок, скажу, что при реальном проектировании уложиться хотя бы в тонну стартовой массы - недостижимый идеал. Реально - несколько тонн- великолепный результат. Мои потолочно-интуитивные оценки редко бывают ошибочные. Как показывает многолетний опыт.
Тонна -  выглядит действительно маловато, но можно говорить о массе, существенно меньшей существующих аналогов. Массовое совершенство ракеты тоже волнует меньше, чем стоимость. А так - подписываюсь под каждым словом, особенно последними :)

O_P

Вечер добрый!
ЦитироватьMorin пишет:
Доля Аэродинамических потерь будет в 10 раз больше.Если у 100-тонной - 200 м/с, то у 100-кг-ой- 2000 м/с. И это - оптимистическая прикидка.
Вы во многом правы. Однако для более точного ответа на этот вопрос,  надо бы смоделировать выведение. Но моделировать сложно, так как не хватает данных. Тут еще какой момент. Небольшую(относительно) ракету можно сделать с высоким аэродинамическим качеством. И даже немного им воспользоваться при проходе атмосферы для компенсации грав-потерь, но точно это можно проверить только на моделировании с учетом всех данных конкретной ракеты. А их увы нет, по крайней мере у меня.

ЦитироватьMorin пишет:

 реальном проектировании уложиться хотя бы в тонну стартовой массы - недостижимый идеал.Реально - несколько тонн- великолепный результат.
Вот в том то и дело, что несколько тон, это довольно очевидно, но не так интересно. А вот меньше тонны - вот где "all magic".;)

Цитироватьavmich пишет:

Ощущается некое разночтение :) . Мне кажется, алюминиевый бак массовым совершенством 60+ будет довольно дорогим. Более того, композиты выбираются исходя из возможности сделать из них баки большего массового совершенства,
Упс, я видимо опечатался имелось в виду 50+, 60 это уже супер экстрим. Нет я рассуждал просто - если баки не на высокое давление, да еще и на криогенные компоненты, то выбор как бы из 3 вариантов - композит, сталь и алюминий.  Композит при таких условиях дает мало выгоды по массе и ИМХО будет значительно дороже в изготовлении. Баки из стали и алюминия по сложности изготовления сравнимы, и учитывая их малую массу, цена материала будет играть небольшую роль - главное само производство, но при одинаковой прочности бак из алюминия(сплава) будет легче стального, учитывая низкие температуры, когда прочность его становиться сравнимой со сталью. Я помнится рисовал бак на 225 кг ЖК из АМц средней толщиной в примерно 0.7мм, масса была около 4.5 кг.
Но  я далеко не конструктор ракетной техники, так что могу добросовестно заблуждаться в широком ряде вопросов.

Да уж раз упомянул, то ракету я рисовал по мотивам той, что стоит на памятнике на ВДНХ, я хоть ее ни разу в живую и не видел, но выглядит красиво, вот и прикидывал потихоньку двухступенчатую ракету примерно такого внешнего вида.  


тока с удлинением в 9 и стартовой массой примерно в пол тонны. :oops:

avmich

ЦитироватьO_P пишет:
...если баки не на высокое давление, да еще и на криогенные компоненты, то выбор как бы из 3 вариантов - композит, сталь и алюминий. Композит при таких условиях дает мало выгоды по массе и ИМХО будет значительно дороже в изготовлении...
По массе возможно - потому что там массы небольшие, но нас-то интересует массовое совершенство?

Почему композит даст мало выгоды и будет значительно дороже?

Morin

ЦитироватьO_P пишет:
Вечер добрый!
ЦитироватьMorin пишет: 
Вы во многом правы. Однако для более точного ответа на этот вопрос, надо бы смоделировать выведение. Но моделировать сложно, так как не хватает данных. Тут еще какой момент. Небольшую(относительно) ракету можно сделать с высоким аэродинамическим качеством. И даже немного им воспользоваться при проходе атмосферы для компенсации грав-потерь, но точно это можно проверить только на моделировании с учетом всех данных конкретной ракеты. А их увы нет, по крайней мере у меня.
ЦитироватьMorin пишет:

 реальном проектировании уложиться хотя бы в тонну стартовой массы - недостижимый идеал.Реально - несколько тонн- великолепный результат.
Вот в том то и дело, что несколько тон, это довольно очевидно, но не так интересно. А вот меньше тонны - вот где "all magic". ;)
 
Упс, я видимо опечатался имелось в виду 50+, 60 это уже супер экстрим. 

Смоделировать , в принципе, не сложно. если иметь хотя бы студенческую программу расчета для 4 курса соответствующей специальности. Можно и самому написать. Только - лень. Если использовать подъемную силу, то, скорее всего, потери только возрастут, т.к. траекторию надо будет сделать положе и с более длинным аэродинамическим участком, что, как я уже показал, приведет к возрастанию потерь ХС на аэродинамику.
Меньше тонны - нет никаких шансов, по крайней мере на данном уровне развития цивилизации. Несколько тонн - был бы блестящим результатом. Хотя не совсем уверен, что достижимым.
Насколько помню лучшие показатели конструктивного совершенства около 20, для  крупных ракет. Масштабный фактор все испортит. У маленькой ракеты будет значительно хуже 20.  50- ННШ :-)
Лучшее - враг хорошего

avmich

Тут - http://quantumg.net/mockingbird.pdf - презентация агрессивной :) схемы на полторы тонны стартовой массы. Довольно старая... может, сейчас можно и полегче? Хотя опять же - схема-то агрессивная...