Сколько времени должна была работать первая ступень Н-1?

[Александр Геннадьевич Шлядинский]

Американцы вовремя сообразили, что удельный импульс для двигателя первой ступени, это не самое главное. Гораздо важнее срок разработки. Снизили они давление в камере до немогу, увеличили расход. Ну потяжелела немного ступень, залили немного больше топлива, но полетела. На верхних ступенях отыграли. Зато двигатель однокамерный получился, и без всяких там частот. Правда тоже намучились, но успели вовремя и в полетах обошлись без взрывов.
Наши считали делать двигатель, не доведя его до почти теоретически возможного импулься, ниже своего достоинства, а это нам дорого обошлось и по средствам, и по престижу. Правда сейчас мы имеем невиданные образцы и большой теоретический и практический задел. Иметь бы только достаточно средств и желания, чтобы всем этим воспользоваться.

[Николай Павловский]

Американцы вовремя сообразили, что удельный импульс для двигателя первой ступени, это не самое главное. Гораздо важнее срок разработки.

На 105% согласен!
Добавил бы, что в нашем случае важнейшей была надежность - в отсутствие-то стенда для испытания ступени в сборе.
F-1 - полное уродство с точки зрения двигателиста, и выдающаяся машина со всех остальных точек зрения - потому что со 100% надежностью выполнила свою задачу.

Наши считали делать двигатель, не доведя его до почти теоретически возможного импулься, ниже своего достоинства

И, по-моему, это камень в огород главным образом Мишина и поддержавшего его Королева: ведь эта фигня началась не на Н-1, с Р-9 и ГР-1 была аналогичная ситуация.
И ведь обожглись же уже с Р-9 - погнавшись за высоким УИ, вслед за сверхнадежным РД-108 получили от того же разработчика РД-111 с полным набором проблем.
Мало того, что ракетчики требовали сверхвысоких показателей, они еще и конструктивную схему навязывали (речь о дожигании). Хотя спрашивается, кому какое дело, как двигетелестроители получат высокий УИ?

Интересно, почему американцы пошли по унификации двигателей 2 и 3 ступеней, а наши унифицировали двигатели 1-й и 2-й?

И в порядке бреда: если бы на 1-й ступени Н-1 использовать РД-107?
Да, вид бы был полным кошмаром: примерно 45 двигателей, 270 сопел - но! - 107-й обладал к тому времени практически абсолютной надежностью.

[avmich]

F-1 - полное уродство с точки зрения двигателиста, и выдающаяся машина со всех остальных точек зрения - потому что со 100% надежностью выполнила свою задачу.

F-1, в отличие от Сатурна-5, отказывал в полётах. Просто задачи полётов при этом всё равно выполнялись - в ракету был заложен запас.

Потом, с точки зрения двигателиста... это, надо сказать, важная точка зрения. За исключением тяги (и связанных свойств масштаба) Ф-1 был довольно стандартным. Тяга к массе, давление, УИ, открытая схема... Но, конечно, масштаб - и выполненные задачи :) - его вполне обессмертили.

И, по-моему, это камень в огород главным образом Мишина и поддержавшего его Королева: ведь эта фигня началась не на Н-1, с Р-9 и ГР-1 была аналогичная ситуация.

Хм, мне кажется, что это скорее реверанс в сторону Мишина. Ещё вопрос, были бы двигатели с меньшим УИ более надёжными - хотя, конечно, о надёжности стоило беспокоиться, но не уверен, что ненадёжность явилась следствием главным образом требования высокого УИ. Можно, наверное, было поднять надёжность, ухудшив тягу к массе?..

Так можно сказать, что Глушко, с альтернативным подходом, тоже был неправ - по крайней мере, РД-270 проблемы имел немаленькие. Хотя, конечно, протоновские движки получились :) .

Дальше, при том, что УИ у Ф-1 невелик, денег на него потратили всё равно много... Почему они его на 4 камеры не разделили?..

А действительно, как именно ракетчики схему с дожиганием навязывали?

107-й обладал к тому времени практически абсолютной надежностью.

А Фотон потеряли осенью 2002 - это не вина двигателя? Перекись же вроде в его системе. Хотя, конечно, РД-107 хороший двигатель.

Корвакс, не сочтите за придирки. Буду признателен, если ответите на вопросы :) .

[Николай Павловский]

F-1, в отличие от Сатурна-5, отказывал в полётах

Не удивлюсь провалу в своих познаниях, но все же - когда были отказы двигателя?
пуск Аполло-12 не в счет - там были явные проблемы с СУ из-за двух молний.

Потом, с точки зрения двигателиста... это, надо сказать, важная точка зрения. За исключением тяги (и связанных свойств масштаба) Ф-1 был довольно стандартным. Тяга к массе, давление, УИ, открытая схема...

Тяга к массе у РД-107 11,3 кг/тс, у F-1 - 14.8, а ведь с увеличением масштаба удельная масса должна падать.
Давление в камере 58 атм и 63 атм,
удельный импульс 254с и 260с соответственно (у земли).
Только вот первый полет РД-107 - 1957 год, а F-1 - 1967.
За те десять лет в двигателестроении (отечественном, по крайней мере) пришло новое поколение ЖРД. Уже в РД-111 глушковцы подняли УИ на 15с. А протоновский РД-253 (современник F-1) имел в 2.5 раза большее Рк, схему с дожиганием и УИ у земли в 285с - и это на менее эффективных компонентах.
Ни в коей мере не умаляя величия (в т.ч и буквального) F-1, нужно признать, что по своим решениям и удельным характеристикам он был машиной из прошлого.
Слово "паровоз" применительно у ЖРД я слышал применительно к трем двигателям:
движок Фау-1 за общий стиль конструкции,
RL-10 за принцип работы
и F-1 за удельные параметры.

disclaimer: тем не менее убежден, что выбор проектных параметров F-1 на уровне надежно достигнутых к тому времена, был совершенно правильным.

Хм, мне кажется, что это скорее реверанс в сторону Мишина

Простите, не уловил... Чей реверанс? Королева? Зачем?

Ещё вопрос, были бы двигатели с меньшим УИ более надёжными - хотя, конечно, о надёжности стоило беспокоиться, но не уверен, что ненадёжность явилась следствием главным образом требования высокого УИ. Можно, наверное, было поднять надёжность, ухудшив тягу к массе?..

Высокий УИ требует повышения давления в камере, а высокое Рк - это не просто большая энергонапряженность, это прямой путь к высокой частоте, простите уж за каламбур.
На конец 50-х фирма Глушко делала самые мощные ЖРД в мире, имела большой опыт, и тем не менее на РД-111 (для Р-9), максимально используя отработанные на "семерке" решения,  попала на ВЧ, и доводила аж до середины 1962 года.

Так можно сказать, что Глушко, с альтернативным подходом, тоже был неправ - по крайней мере, РД-270 проблемы имел немаленькие. Хотя, конечно, протоновские движки получились .

У меня сложилось впечатление, что позиция Глушко несколько искажена "королевской" стороной.
Как я понимаю, он не отказывался ни от керосина, ни от высоких характеристик, ни от замкнутой схемы. Он возражал против всех этих параметров одновременно, т.е. не брался делать кислородно-керосиновый двигатель замкнутой схемы и большой тяги. "Керосинку" с разумными по тем временам параметрами Рк и тяги - пожалуйста. Сверхбольшой тяги и с высоким УИ - ради бога, но тогда на хорошо освоенных высококипящих компонентах, менее склонных к ВЧ.
По сути ему сейчас ставят в вину, что ОКБ-456 отказалось в начале 60-х делать двигатель с параметрами РД-170. Так никто б такой движок в те времена не сделал. Энергомаш и через 20 лет двигатель с трудом доводил.
То, что протоновские движки получились - как раз иллюстрация к предыдущей тираде. Параметры, как у НК-19, но, благодаря топливу,- никакой высокой частоты.
Смотрим 4-й том Чертока:
"На всех уровнях при обсуждениях проблем двигателей для первой ступени ракеты H1 Глушко заявлял, что для его организации не представит особого труда создание двигателей тягой до 600 тс на высококипящих компонентах — AT и НДМГ. В то же время создание двигателя такой размерности на кислороде — керосине, по мнению Глушко, было связано с неприемлемо длительными сроками."

И еще Чертока процитируем (третий том):
В августе 1960 года в Загорске начались огневые испытания ракеты Р-16. Двигатели Глушко на несимметричном диметилгидразине и азотном тетраксиде работали устойчиво. В то же время новые кислородные двигатели на стендах в ОКБ-456 для Р-9 начинала трясти и разрушать «высокая частота».
Неприятности, сопровождавшие начальный период отработки кислородных двигателей для Р-9, сторонники Глушко объясняли принципиальной невозможностью на данном этапе создания мощного кислородного двигателя с устойчивым режимом. Даже не желавший открыто включаться в споры Исаев в приватной беседе со мной сказал примерно следующее: «Дело не в том, что Глушко не хочет. Он просто не может и не знает пока, как сделать устойчивым процесс на кислороде в камерах таких больших размеров. И я не знаю. И, по-моему, никто пока не понимает истинных причин появления высокой частоты».

А действительно, как именно ракетчики схему с дожиганием навязывали?

Журнал "Авиадвигатель" (это из старых номеров, они есть в Сети).
Две статьи от представителей двух конкурирующих фирм.

"Жизнь пробуждают в пламенном моторе...", Владимир Орлов (во времена Р-9 - начальник бригады перспективного отдела ОКБ, затем руководил расчетами по будущему НК-19, с апреля 1962 г. - начальник ОКБ)
http://engine.avias.com/issues/13/page04.html


В апреле 1960 г. при посещении нашего ОКБ С.П. Королев коротко рассказал о готовящемся постановлении по созданию ракетного комплекса Н1 и предложил нашему коллективу разработать ЖРД для первой, второй и третьей ступени. В первую очередь он считал необходимым определиться с выбором размерности двигателя для первой ступени, эскизно проработав три размерности 150, 300 и 600 тс на компонентах: жидкий кислород и керосин, по замкнутой схеме и при давлении в камере сгорания 150 кгс/см2. Сергей Павлович предупредил, что двигатели должны быть с одной камерой сгорания, так как 4-камерные (или 2-камерные) двигатели более громоздки, и разместить их в многодвигательной силовой установке блока первой ступени трудно, потребуется большой объем, а весь комплекс и так получается слишком большим.


"Переохлажденная девятка", Вячеслав Рахманинов (этого человека особо представлять не надо, последняя должность - главный специалист НПО Энергомаш). Ссылка утеряна.


Острые, порою жесткие споры возникли между В.П. Глушко и В.П. Мишиным по поводу схемы и параметров двигателя первой ступени. Глушко, исходя из необходимости начала летных испытаний двигателей в середине 1961 г., планировал разработку ЖРД на основе уже проверенных конструкторских решений, реализованных в двигателях ракет Р-7 и Р-12. Мишин настаивал на разработке двигателя по замкнутой схеме с более высокими параметрами. Королев поддержал Мишина и в ходе полемики заявил о возможности разработки альтернативных двигателей в ОКБ главного конструктора Н.Д. Кузнецова, специализировавшегося на авиационных моторах.
...
Мишин сумел убедить С.П. Королева подписать ТЗ для ОКБ-276 на разработку двигателя с давлением в камере сгорания 100 атм и дожиганием генераторного газа.


Ну, и третья сторона - заказчик. Третий том Чертока:


Мишин проявлял особую жесткость в спорах с Глушко. Он доказывал, что если разработать кислородный двигатель по так называемой замкнутой схеме, то возможно повысить его тягу еще на 10-15 тонн.

107-й обладал к тому времени практически абсолютной надежностью.

А Фотон потеряли осенью 2002 - это не вина двигателя? Перекись же вроде в его системе. Хотя, конечно, РД-107 хороший двигатель.

Ну, с учетом числа пусков - это дело житейское. Сейчас подтвержденная надежность РД-107  0.988, если не ошибаюсь.
А перекись с точки зрения надежности так даже лучше: предсказуемые и мягкие процессы в газогенераторе, щадящие параметры газа на турбине, никаких колебаний или копоти...

[avmich]

Насчёт отказов Ф-1 в полёте читал в одной американской книжке; сейчас вспомнить или найти трудно. Может быть, ошибаюсь.

а ведь с увеличением масштаба удельная масса должна падать.

Расти. Улучшается отношение объёма к поверхности.

[Николай Павловский]

а ведь с увеличением масштаба удельная масса должна падать.

Расти. Улучшается отношение объёма к поверхности.

В той размерности, о которой говорилось - килограмм массы двигателя на тонну-силу тяги, - все же падать.
Но, в общем, мы друг друга поняли - должно улучшаться. А в F-1 умудрились сделать хуже.

[МиГ-31]

"Переохлажденная девятка", Вячеслав Рахманинов (этого человека особо представлять не надо, последняя должность - главный специалист НПО Энергомаш). Ссылка утеряна.

.

http://engine.aviaport.ru/issues/24/page14.html

[avmich]

http://spacex.com/press7.php

Saturn V had a flawless flight record, despite having an engine fail on two separate missions.

Подозреваю, об этом шла речь... Здесь не указано, отказал ли F-1 или J-1, но...

Надо, конечно, ещё поискать.

[Николай Павловский]

Saturn V had a flawless flight record, despite having an engine fail on two separate missions.
Подозреваю, об этом шла речь... Здесь не указано, отказал ли F-1 или J-1, но...
.

Ну, водородники второй ступени у них точно отказывали, сходу вспомню пуск А-13, вроде это был не единственный случай.
Но вот F-1...

[Pavel]

Saturn V had a flawless flight record, despite having an engine fail on two separate missions.
Подозреваю, об этом шла речь... Здесь не указано, отказал ли F-1 или J-1, но...
.

Ну, водородники второй ступени у них точно отказывали, сходу вспомню пуск А-13, вроде это был не единственный случай.
Но вот F-1...

Учитывая тяговоружоность С5 отказ после старта любого из F-1 привел бы к катострофе. Да и на поздних этапах был допустим только отказ центрального двигателя.
На всякий случай прошелся по архиву стартов, но отказов не нашел.

[avmich]

Отказ, если был, должен был бытьна относительно поздних стадиях работы 1-й ступени, конечно. Не уверен, что только отказ центрального двигателя был парируем.

[Bloodest]

Про корд... в плане выполнения ею функиций САЗ (система аварийной защиты).
Подробно говорить трудно (слишком мало данных), однако имея ввиду следующие аспекты
1. САЗ представляет собой систему, состоящию из набора датчиков, снимающих показатели, в данном случае, двигателей, паказания обрабатываются неким электронным устройством по некоторому алгоритму.
2. Набор датчиков. В общем снимаются показания параметров, отражающие уровень энергии в отдельных частях двигателя - давление в камере сгорания, скорость вращения ротора ТНА. Как ни странно именно датчики во многом определяют качество системы - скажем датчик давления КС самый дохлый как по надежности, так и по быстродействию.
3. Электронное устройство. Для простейшего случая не выходит за рамки аналоговой логики и алгоритм соответствующий - измеряемые параметры должны находится в поле допуска - их выход означает неисправность и двигатель останавливают.
4. Надежность самой САЗ, особенно датчиков - выход из строя датчика приравнивается системой к неисправности двигателя. Вошел двигатель в неучтенный переходной режим - опять неисправность.
4. Продвинутые САЗ используют блочный контроль. Мат модель движка бъется на блоки. Для каждого блока измеряются такое количество параметров чтобы его мат модель была избыточна. С этого имиют дивидент - избыточный параметр можно сравнить с его вычисленным значением (по паказаниям других датчиков),. Обычно избыточных параметров несколько, тогда можно тестировать не только блок но и датчики. Естественно это требует мощной бортовой эвм и получило развитие только вконце 80-х и ни как не могло применятся даже на стендах во времена Н-1.

Итог
Контроль по энергетическим параметрам может выявить примерно 70% видов отказов. Большая инерционность снятия некоторых параметров. Трудности в определении допусков на переходных режимах. Надежность датчиков. Как результат - показатели корда на Н1. Эфетивность на вскидку процентов 10. А что, не плохой результат. Он просто не мог быть тогда выше (эффективность САЗ ДУ Бурана, по результатам стендовых испытаний,на сколько помню, давно это было, около 50-60 процентов).

[Kotov]

Высокий УИ требует повышения давления в камере, а высокое Рк - это не просто большая энергонапряженность, это прямой путь к высокой частоте, простите уж за каламбур.

Corvax, я видимо многое успел забыть.

О какой частоте идёт речь?

[fagot]

Высокий УИ требует повышения давления в камере, а высокое Рк - это не просто большая энергонапряженность, это прямой путь к высокой частоте, простите уж за каламбур.

Corvax, я видимо многое успел забыть.

О какой частоте идёт речь?

Видимо, о частоте колебаний.

[Старый]

"Высокая частота" на ракетном жаргоне означает "высокочастотные колебания". Но тут Корвакс слегка ошибся. ВЧ-колебания вовсе не зависят от давления, и более того, в двигателях с высоким давлением они возникают меньше. Дело в том, что ВЧ-колебания поддерживаются процессом разрушения капелек топлива распыляемого форсунками, и если топливо подаётся в газообразном виде то "пищи" для ВЧ-колебаний меньше. В двигателях замкнутого цикла с высоким давлением окислитель (основной по массе компонент) подаётся в камеру в газообразном виде, потому условий для возникновения ВЧ-колебаний меньше. По этой причине, говорят, у РД-111 были жестокие проблемы с ВЧ-колебаниями, а у НК-33 - почти никаких.

[Bloodest]

"Высокая частота" на ракетном жаргоне означает "высокочастотные колебания". Но тут Корвакс слегка ошибся. ВЧ-колебания вовсе не зависят от давления, и более того, в двигателях с высоким давлением они возникают меньше. Дело в том, что ВЧ-колебания поддерживаются процессом разрушения капелек топлива распыляемого форсунками, и если топливо подаётся в газообразном виде то "пищи" для ВЧ-колебаний меньше. В двигателях замкнутого цикла с высоким давлением окислитель (основной по массе компонент) подаётся в камеру в газообразном виде, потому условий для возникновения ВЧ-колебаний меньше. По этой причине, говорят, у РД-111 были жестокие проблемы с ВЧ-колебаниями, а у НК-33 - почти никаких.

Ага, а на SSME акустические камеры стоят... Если на пальцах, для ВЧК нужна симметричная форма КС с отностельно большим соотношением критики (для отрожения волн) и кс и плоская линия фронта горения  (для энергитической подкачки). Отсюда и способы борьбы - акустическая ассиметрия акустическими камерами или перегородками и распределение форсунок, размывающее фронт горения.  
Если Pk высокое, скорость горения выская, соответственно и фронт горения будет маленький это и ведет к ВЧК. Форсунки с газовой фазой сами по себе имеют значительно большие размеры чем чисто жидкостные, что ведет к размыванию фронта. А вот с жидкостными ФГ с ростом давления все много хуже с точки зрения размывания и чем выше давление тем одназначно выше вероятность ВЧК. С этим боролись (на 107 и 111) спец распределением форсунок при их установке в ФГ - по результатом проливок каждой форсунки ( распреднление расхода по конусу) относили к одной из групп и при установке чередовали группы. Увлекшись размыванием можно получить четкие обратные токи и соответственно поперечные моды ВЧК, тогда нужно ставить перегородки или камеры.

[Старый]

Ага, а на SSME акустические камеры стоят...

Ещё бы не стоять. У него основной по массе компонент - кислород - подаётся в жидком (капельном) виде...

[avmich]

А какая связь?.. Акустические камеры - для подавления колебаний, а газовая подача, из-за меньшей жёсткости потока, к колебаниям более склонна?

[sas]

А почему эти 6 центральных двигателей не сделали сбрасываемыми, как у Атласа? Еще бы тонну вытянули на орбиту.