Стартовый ускоритель вытеснительной схемы.

[Сергей Капустин]

кстати, о транспортировке.

если мы говорим о вытесниловке и массовое совершенство по.... может сделать ступень секционную, как ускоритель шатла?

разделить на две части - бак окислителя и бак топлива, потом собрать на месте.

да, совмещенных днищ нет. зато вести удобнее.

[Комодский Варан]

Дмитрий В. пишет: 
Вы нас не пичкайте удельными цифрами, взятыми невесть откуда. Приведите исходные данные, а также прямой расчет размеров, толщин и масс баллонов. При давлениях хранения порядка 35МПа масса даже композитных баллонов должна быть в разы больше массы хранимого газа - это так, намёк.

При давлении 30МПа и температуре -205 С в 1 м3 содержится 212 кг гелия. Для первой ступени потребуются баллоны емкостью 6.5 м3. Титановые ш/б будут весить около 7000 кг, композитные ~ 845-1950 кг.

[октоген]

Комодский Варан пишет:
октоген , 4 ускорителя тягой по 100 т каждый. Время работы 60 сек, топливная пара: закись азота+этан, самонаддув. Массовое совершенство ~ 0.2, масса ускорителя ~ 30 т, УИ 235-250 сек (ур. моря - вакуум).

Это при каком давлении в КС? У Диаманта на вонючке выходило около 200 с УИ. И что-то мне кажется что даже на кислород-керосине УИ будет в районе 220-230.

Да, переохлажденный гелий наверное не прокатит. Ускоритель должен быть заправлен газом. А компоненты топлива заправляются вместе с основной ракетой. 

Вопрос навески ускорителей тоже интересен. Если будут навесные баки 1 ст, то придется их навешивать уже на столе.

[Комодский Варан]

октоген пишет: 
Это при каком давлении в КС? У Диаманта на вонючке выходило около 200 с УИ. И что-то мне кажется что даже на кислород-керосине УИ будет в районе 220-230.

30-40 атм.

октоген пишет: 
Да, переохлажденный гелий наверное не прокатит.

Нафиг не нужен, у нас самонаддув.

[Дмитрий В.]

Комодский Варан пишет:

Дмитрий В. пишет:
Вы нас не пичкайте удельными цифрами, взятыми невесть откуда. Приведите исходные данные, а также прямой расчет размеров, толщин и масс баллонов. При давлениях хранения порядка 35МПа масса даже композитных баллонов должна быть в разы больше массы хранимого газа - это так, намёк.

При давлении 30МПа и температуре -205 С в 1 м3 содержится 212 кг гелия. Для первой ступени потребуются баллоны емкостью 6.5 м3. Титановые ш/б будут весить около 7000 кг, композитные ~ 845-1950 кг.

Вы уверены, что композитные будут в разы лече титановых? С какого перепуга? Да, плотность углевпластика меньше почти в 3 раза, но и прочность меньше. К тому же треебуется лейнер. Прекратите уже фантазировать!

[Комодский Варан]

Дмитрий В. пишет: 
Вы уверены, что композитные будут в разы лече титановых? С какого перепуга? Да, плотность углевпластика меньше почти в 3 раза, но и прочность меньше. К тому же треебуется лейнер. Прекратите уже фантазировать!    

Прекратите уже недовольстваваться всем. Изучайте: http://www.psi-pci.com/Technical_Paper_Library/AIAA2002-4349%20Astrolink%20Pres.pdf

[Дмитрий В.]

Комодский Варан пишет:

Дмитрий В. пишет:
Вы уверены, что композитные будут в разы лече титановых? С какого перепуга? Да, плотность углевпластика меньше почти в 3 раза, но и прочность меньше. К тому же треебуется лейнер. Прекратите уже фантазировать!    

Прекратите уже недовольстваваться всем. Изучайте: http://www.psi-pci.com/Technical_Paper_Library/AIAA2002-4349%20Astrolink%20Pres.pdf

Да что Вы мне все пэдээфочки суёте? Мне они не нужны, я способен и сам сделать расчет. Нет никакого многократного, как в Ваших фантазиях, выигрыша в массе от использования композитов. А Ваша вытеснительная ракета больше похожа на чушку: научитесь уже массу считать. Вот сколько у Вас конечная масса блока 1-й ступени получается? А в реальности - не менее 75 т будет. И кому Ваша чугуняка нужна?

[Andrey]

Комодский Варан пишет: 
При давлении 30МПа и температуре -205 С в 1 м3 содержится 212 кг гелия. 

30 МПа 70 К 128 кг/м^3. Сычев В.В. и др. Термодинамические свойства гелия. 1984

[Комодский Варан]

Дмитрий В. пишет: 
Да что Вы мне все пэдээфочки суёте? Мне они не нужны, я способен и сам сделать расчет. Нет никакого многократного, как в Ваших фантазиях, выигрыша в массе от использования композитов. А Ваша вытеснительная ракета больше похожа на чушку: научитесь уже массу считать. Вот сколько у Вас конечная масса блока 1-й ступени получается? А в реальности - не менее 75 т будет. И кому Ваша чугуняка нужна?

Ок, считаем по вашей же формуле:

толщина оболочки d = f*P*R/Sв - для цилиндрических обечаек, где f - коэф-т безопасности, P-максимальное эксплуатационное давление, R-радиус обечайки, Sв - предел временной прочности.

d = 1.3*2.5 МПа*2.175 м/800 МПа = 0.883 см, с учетом ослабления материала при сварке примем 1 см.
S = 2*П*r*(h+r), S = 2*3.14*2.175*(41.3+2.175) = 594 м2, 
V = 594 м2 * 0.01 м = 5.94 м3.
m = 5.94 м3 * 7800 кг/м3 = 46322 кг, с учетом массы межбака будет около 47 тонн.
Массу ЖРД оценим в 15000 кг
Масса баков наддува, ну пускай по-вашему 4000 кг
Масса гелия 1350 кг
Масса недозабора (по-вашему 1.5% от РЗТ) = 7000 кг
Массу прочих агрегатов и систем оценим в 1000 кг

Итого: 75350 кг.


Я считаю, что массу недозабора можно сократить до 2500 кг, массу баков наддува до 2000 кг. Это уменьшит конечную массу блока на 6500 кг, до 68850. 

ПН на ГПО-1800 упадёт примерно до 5 тонн. И шо?

[Комодский Варан]

Andrey пишет:

Комодский Варан пишет:
При давлении 30МПа и температуре -205 С в 1 м3 содержится 212 кг гелия.

30 МПа 70 К 128 кг/м^3. Сычев В.В. и др. Термодинамические свойства гелия. 1984

Спасибо, тут уравнение Клапейрона-Менделеева даёт ошибку почти в 2 раза.

[Дмитрий В.]

Комодский Варан пишет:

Дмитрий В. пишет:
Да что Вы мне все пэдээфочки суёте? Мне они не нужны, я способен и сам сделать расчет. Нет никакого многократного, как в Ваших фантазиях, выигрыша в массе от использования композитов. А Ваша вытеснительная ракета больше похожа на чушку: научитесь уже массу считать. Вот сколько у Вас конечная масса блока 1-й ступени получается? А в реальности - не менее 75 т будет. И кому Ваша чугуняка нужна?

Ок, считаем по вашей же формуле:

толщина оболочки d = f*P*R/Sв - для цилиндрических обечаек, где f - коэф-т безопасности, P-максимальное эксплуатационное давление, R-радиус обечайки, Sв - предел временной прочности.

d = 1.3*2.5 МПа*2.175 м/800 МПа = 0.883 см, с учетом ослабления материала при сварке примем 1 см.
S = 2*П*r*(h+r), S = 2*3.14*2.175*(41.3+2.175) = 594 м2,
V = 594 м2 * 0.01 м = 5.94 м3.
m = 5.94 м3 * 7800 кг/м3 = 46322 кг, с учетом массы межбака будет около 47 тонн.
Массу ЖРД оценим в 15000 кг
Масса баков наддува, ну пускай по-вашему 4000 кг
Масса гелия 1350 кг
Масса недозабора (по-вашему 1.5% от РЗТ) = 7000 кг
Массу прочих агрегатов и систем оценим в 1000 кг

Итого: 75350 кг.


Я считаю, что массу недозабора можно сократить до 2500 кг, массу баков наддува до 2000 кг. Это уменьшит конечную массу блока на 6500 кг, до 68850.

ПН на ГПО-1800 упадёт примерно до 5 тонн. И шо?

Так Вы перепад давлений на форсунках сосчитали? Или так, 5 атм, к давлению в КС приплюсовалми, и вперёд? Вот даже в Транстейдже давление в баках в 1,7 раза выше, чем в КС. Так что смело увеличивайте давление наддува до 35-40 атм.

[Комодский Варан]

Дмитрий В. пишет: 
Так Вы перепад давлений на форсунках сосчитали? Или так, 5 атм, к давлению в КС приплюсовалми, и вперёд? Вот даже в Транстейдже давление в баках в 1,7 раза выше, чем в КС. Так что смело увеличивайте давление наддува до 35-40 атм.

В баках Транстейджа было 11 атм, в КС ЖРД 7 атм. 11/7 = 1.57. У меня в баках 25 атм, в КС будет около 25/1.57 = 16 атмосфер. Разница 9 атмосфер, у BA-2 она была 10 атмосфер (в баках 40 атм, в КС 30). Вроде всё сходится.

[октоген]

Не забудьте что нам нужна тяговооруженность. Так что я бы принял давление в кс в 2 раза меньше давления наддува.

[Комодский Варан]

октоген пишет:
Не забудьте что нам нужна тяговооруженность. Так что я бы принял давление в кс в 2 раза меньше давления наддува.

Достичь хорошей тяговооружённости можно и не увеличивая давление.

[Комодский Варан]

Дмитрий В., как видим, массовое совершенство моей чугунной первой ступени составляет 0.13. Массовое совершенство верхних ступеней с пониженным давлением в КС составит 0.11. А это уже почти как у Блока "И" РН Союз. 

Какова Ваша оценка стоимости указанной мною чугунной первой ступени?

[Дмитрий В.]

Комодский Варан пишет:

Дмитрий В. пишет:
Так Вы перепад давлений на форсунках сосчитали? Или так, 5 атм, к давлению в КС приплюсовалми, и вперёд? Вот даже в Транстейдже давление в баках в 1,7 раза выше, чем в КС. Так что смело увеличивайте давление наддува до 35-40 атм.

В баках Транстейджа было 11 атм, в КС ЖРД 7 атм. 11/7 = 1.57. У меня в баках 25 атм, в КС будет около 25/1.57 = 16 атмосфер. Разница 9 атмосфер, у BA-2 она была 10 атмосфер (в баках 40 атм, в КС 30). Вроде всё сходится.

То есть Вы уже и давление в КС до 16 атм понизили. Упадет УИ. В этом и ловушка вытесниловки: понизил давление в баках для снижения массы, но уменьшился УИ, В результате - никакого роста эффективности. Для верхних ступеней - ещё так-сяк, но для первых - это ж.па.

[Юрий Темников]

Эх! Изобрету! Супервытесниловка.Работать точно будет,не знаю насколько надежно.Итак топливо ЖМ и ЖК.Наддув в баках обычный или чуть увеличен 3-5 атм собственными газами.На каждый бак три небольших промежуточных бака высокого давления,МАХ обьем 3-4% основного,теплообменник высокого давления и горелка.Еще потребуется небольшой электронасос высокого давления для подпитки теплообменника.начинаем работу:включаем горелку и насос.Поднимаем давление горячего газа в промежуточном баке.Два других заполнены,ну скажем ЖМ.Закрываем клапан основного бака в одном из них.Открываем клапан газа  высокого давления.То же самое происходит в системе ЖК.Включается и начинает работать ЖРД.В это же время начинает повышаться давление во втором баке с ЖМ.После выработки примерно 2\3 обьема ЖМ  баки переключаются при одинаковом давлении в обоих,газ из первого бака сбрасыватся в основной,бак снова наполняется.Затем процесс повторяется до момента отключения ЖРД.ПМСМ давление в КС можно поднять как минимум до100-150 атм.Вопрос насколько надежна такая гидравлическая схема и сможет ли она работать с большим обьемом жидкостей.

[Плейшнер]

Юрий Темников пишет:
Эх! Изобрету! Супервытесниловка.Работать точно будет,не знаю насколько надежно.Итак топливо ЖМ и ЖК.Наддув в баках обычный или чуть увеличен 3-5 атм собственными газами.На каждый бак три небольших промежуточных бака высокого давления,МАХ обьем 3-4% основного,теплообменник высокого давления и горелка.Еще потребуется небольшой электронасос высокого давления для подпитки теплообменника.начинаем работу:включаем горелку и насос.Поднимаем давление горячего газа в промежуточном баке.Два других заполнены,ну скажем ЖМ.Закрываем клапан основного бака в одном из них.Открываем клапан газа высокого давления.То же самое происходит в системе ЖК.Включается и начинает работать ЖРД.В это же время начинает повышаться давление во втором баке с ЖМ.После выработки примерно 2\3 обьема ЖМ баки переключаются при одинаковом давлении в обоих,газ из первого бака сбрасыватся в основной,бак снова наполняется.Затем процесс повторяется до момента отключения ЖРД.ПМСМ давление в КС можно поднять как минимум до100-150 атм.Вопрос насколько надежна такая гидравлическая схема и сможет ли она работать с большим обьемом жидкостей.

Нам бы схемку аль чертеж.

[Комодский Варан]

Дмитрий В. пишет:

Комодский Варан пишет:

Дмитрий В. пишет:
Так Вы перепад давлений на форсунках сосчитали? Или так, 5 атм, к давлению в КС приплюсовалми, и вперёд? Вот даже в Транстейдже давление в баках в 1,7 раза выше, чем в КС. Так что смело увеличивайте давление наддува до 35-40 атм.

В баках Транстейджа было 11 атм, в КС ЖРД 7 атм. 11/7 = 1.57. У меня в баках 25 атм, в КС будет около 25/1.57 = 16 атмосфер. Разница 9 атмосфер, у BA-2 она была 10 атмосфер (в баках 40 атм, в КС 30). Вроде всё сходится.

То есть Вы уже и давление в КС до 16 атм понизили. Упадет УИ. В этом и ловушка вытесниловки: понизил давление в баках для снижения массы, но уменьшился УИ, В результате - никакого роста эффективности. Для верхних ступеней - ещё так-сяк, но для первых - это ж.па.

Ну хорошо. Берём новую трехступенчатую РН в диаметре 5.5 м.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 
Масса ПН на ГПО-1800 при старте с Байконура/Восточного: 7 тонн
Стартовая масса на ГПО: 635.44 тонны 
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 
Ступень 3: 
Топливная пара: ЖК+ЖВ 

d = 1.3*1 МПа*2 м/800 МПа = 0.325 см, примем 0.4 см. 
S = 2*П*r*(h+r), S = 2*3.14*2*(6.9+2) = 112 м2
V = 112 м2 * 0.004 м = 0.448 м3. 
m = 0.448 м3 * 7800 кг/м3 = 3495 кг, ну пускай будет 3700 кг. 

Масса заправленной ступени: 31.74 тонны 
РЗТ: 27 тонн 
Коэффициент заполнения: 0.92 
Масса баков: 3700 кг
Масса ЖРД: 400 кг
Масса недозабора: ~ 300 кг 
Масса газа наддува (гелия, 500 К): 70 кг 
Масса баков наддува: 270 кг
Масса пустой ступени: 4740 кг 
Массовое совершенство: 0.15
Тяга ЖРД: 20 тс
TWR: 0.52
Давление в КС: 7 атм 
Степень расширения сопла: 40
Dt = 435.78 mm
De = 2756.11 mm
УИ: 430 cек
deltaV на ГПО = 5036 m/s

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 
Ступень 2: 
Топливная пара: ЖК+ЖВ 

d = 1.3*1 МПа*2.75 м/800 МПа = 0.45 см, примем 0.5 см. 
S = 2*П*r*(h+r), S = 2*3.14*2.75*(19.8+2.75) = 390 м2
V = 390 м2 * 0.005 м = 1.95 м3. 
m = 1.95 м3 * 7800 кг/м3 = 15210 кг, ну пускай будет 15600 кг. 

Масса заправленной ступени: 170 тонн 
РЗТ: 147 тонн 
Коэффициент заполнения: 0.92 
Масса баков: 15600 кг
Масса ЖРД: 4000 кг
Масса недозабора: ~ 1700 кг 
Масса газа наддува (гелия, 500 К): 400 кг 
Масса баков наддува: 1300 кг.
Масса пустой ступени: 23000 кг 
Массовое совершенство: 0.135
Тяга ЖРД: 200 тс
TWR: 0.96
Давление в КС: 7 атм 
Степень расширения сопла: 15
Dt = 1417.63 mm
De = 5490.47 mm
УИ: 410 cек
deltaV на ГПО = 4762 m/s
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 
Масса ГО: 2000 кг, сброс одновременно с 1-й ступенью 
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Ступень 1: 
Топливная пара: ЖК+ЖМ 

d = 1.3*2.5 МПа*2.75 м/800 МПа = 1.11 см, с учетом ослабления материала при сварке примем 1.3 см. 
S = 2*П*r*(h+r), S = 2*3.14*2.75*(20+2.75) = 393 м2 
V = 393 м2 * 0.013 м = 5.1 м3. 
m = 5.1 м3 * 7800 кг/м3 = 39780 кг, с учетом массы межбака пускай будет 40 тонн.

Масса заправленной ступени: 424.7 тонн
РЗТ: 362 тонны
Коэффициент заполнения: 0.92 
Масса баков: 40 тонны
Масса ЖРД: 13 тонн
Масса недозабора: ~ 4.5 тонны
Масса газа наддува (гелия, 500 К): 1.2 тонны 
Масса баков наддува: 4 тонны
Конечная масса ступени: 62.7 тонн
Массовое совершенство: 0.147
Тяга ЖРД: 800 тс (на уровне моря)
TWR: 1.26
Давление в КС: 16 атм 
Степень расширения сопла: 5
Dt = 2200.29 mm
De = 4919.99 mm
УИ: 238-297 сек
deltaV на ГПО = 2447 м/с
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

[Сергей]

Юрий Темников пишет:
Эх! Изобрету! Супервытесниловка.Работать точно будет,не знаю насколько надежно.Итак топливо ЖМ и ЖК.Наддув в баках обычный или чуть увеличен 3-5 атм собственными газами.На каждый бак три небольших промежуточных бака высокого давления,МАХ обьем 3-4% основного,теплообменник высокого давления и горелка.Еще потребуется небольшой электронасос высокого давления для подпитки теплообменника.начинаем работу:включаем горелку и насос.Поднимаем давление горячего газа в промежуточном баке.Два других заполнены,ну скажем ЖМ.Закрываем клапан основного бака в одном из них.Открываем клапан газа высокого давления.То же самое происходит в системе ЖК.Включается и начинает работать ЖРД.В это же время начинает повышаться давление во втором баке с ЖМ.После выработки примерно 2\3 обьема ЖМ баки переключаются при одинаковом давлении в обоих,газ из первого бака сбрасыватся в основной,бак снова наполняется.Затем процесс повторяется до момента отключения ЖРД.ПМСМ давление в КС можно поднять как минимум до100-150 атм.Вопрос насколько надежна такая гидравлическая схема и сможет ли она работать с большим обьемом жидкостей.

Вообще то подобные схемы известны, в частности для определенного уровня мощности используется в рулевых приводах РДТТ с ПУС. Исходный вариант - источник давления ТТГГ с безметальным ТТ и пониженной температурой, шар-баллон с разделительной мембраной , заполненный гидросмесью, которая под давлением газов ТТГГ подается в полость высокого давления рулевой машины. С полости низкого давления гидросмесь сбрасывается за борт. При повышении потребной мощности , соответственно потребного объема гидросмеси, иногда добавляют еще два шар-баллона и гидросмесь из полости низкого давления РМ сбрасывается не за борт, а в полости шар-баллонов, отключенных от газовой магистрали ТТГГ . Далее почти опорожненный шар-баллон, отключается от газовой магистрали и производится заполнение гидросмесью из полостей низкого давления РМ, а к полостям высокого давления РМ и к газовой магистрали ТТГГ подключаются уже ранее заполненные шар-баллоны. В принципе достаточно двух шар-баллонов, но третий стабилизирует работу системы в моменты переключений режимов работы шар-баллонов. 
Предлагаемая Юрием Темниковым схема где то уже упоминалась, кажется в теме про Лина, но здесь надо считать диапазон возможного применения как по массовой эффективности, так и по стоимости. Навскидку  диапазон применения - верхние ступени , примерно там же , где используют вытеснительную систему подачи топлива.