Что ж, приступим.

Пакеты считать довольно таки непросто... Примем за данность, что пакет ускорителей обеспечит нам полное преодоление гравитационных и аэродинамических потерь.
Таким образом, оставшиеся две ступени с полезной нагрузкой должны иметь орбитальную ХС - 8 км/с.

ЖРД на компонентах жидкий кислород+аммиак при давлении в КС 29 атм и давлении на срезе сопла 0,1 атм имеет теоретический УИ 3165 м/с (322 ед). И пустотный УИ 340 ед (3335 м/с).
При коэффициенте избытка окислителя 1. То есть при стехиометрическом соотношении компонентов 1,4. =/

Плотность аммиака - 682 кг/м^3
Плотность жидкого кислорода - 1135 кг/м^3

P.S.
По данным книги "Топлива и рабочие процессы РД" Штехера, с кислородом аммиак может дать УИ порядка 2900 м/с. Это минус 500 м/с ХС. Может компенсироваться установкой на нижнюю ступень высотных бустеров, облегчением конструкции баков. Для верхних ступеней давление в КС можно понизить до 10-20 атм, увеличив степень расширения сопла для сохранения УИ.

Отредактировано Roger Wilco (2007-06-15 22:15:12)

Нижняя ступень.

ПН - 25т (24т + 1т обтекатель/САС).
УИ - примем 2900 м/с. Будем "сходить" первую ступень при таком УИ. Если что - будет запас.

4060 м/с ХС - масса ступени - 11т. Масса топлива - 110т.
Стартовая масса без учёта бустеров - порядка 150 т. Для ПН в 5т это даёт 3,3% - очень хороший показатель даже для насосных ракет. Будем посмотреть...

Первую ступень на утро оставлю )

Отредактировано Roger Wilco (2007-06-15 22:31:38)

Впрочем, я ещё посмотрю.
Возможно, удастся увеличить суммарную ХС, сместив распределение ХС в сторону верхней ступени.

Ну, расчёты дали пищу для размышлений, так что не были напрасными в любом случае.

Что касается УИ - он был расчитан с помощью програмы для термодинамического расчёта, которой пользуются в том числе профессионалы в области ракетного двигателестроения России, и которая уже много раз подтвердила достоверность результатов.
Для больших двигателей расхождение результатов расчёта с результатами эксперимента не превышает 5%.

Алюминий... Да, теоретически, подавать в камеру сгорания его возможно. Хотя это потребует своих извращений в системе подачи... Алюминий может повысить температуру в камере сгорания, скажем, на 1000 градусов. Но даже такое увеличение температуры, особенно с учётом уменьшения газовой постоянной и наличия в продуктах сгорания конденсированной фазы, не даст прирост УИ в 100 ед.
Сейчас посчитаю горючее с алюминием.

Высокой температуры я бояться не стал бы. Во-первых, завесное охлаждение ещё никто не отменял. Температуту у стенки можно уменьшить до 2000 К. Кроме того, аммиак - один из лучших хладогентов среди всех ракетных горючих.

280 я использовал именно для первой ступени. Для второй - верхнее значение.
"Ни в какие ворота"... Извините, что получается, то получается.
В предварительных инженерных расчётах имеет смысл брать несколько заниженые характеристики, дабы при подробной проработке иметь запас.

Степень расширения сопла ограничена давлением на срезе. Оно не должно быть меньше давления окружающей среды, иначе удельный импульс упадёт по сравнению с оптимальным. Давление на срезе сопла прямо пропорционально давлению в камере сгорания. При небольшом давлении в камере сгорания для двигателя с традиционным соплом Лаваля нельзя делать большую степень расширения.

Впрочем, бОльшую по сравнению с оптимальной степень расширения можно реализовать на двигателе с соплом внешнего расширения (штыревое, либо аэроспайк - как на XRS-2200). Двигатель с таким соплом при любом атмосферном давлении работает на оптимальном режиме и позволяет получить максимальный по траектории удельный импульс по сравнению с традиционным соплом при прочих равных.

Стоимость я пока не учитывал вообще.
Безнасосный двигатель... Стоимость ТНА в классическом современном двигателе составляет, имхо, рорядка 50%. Для двигателя с низким давлением в КС и несамовоспламеняющимися компонентами ДНЯ сделать достаточно простым и дешевым.
Полагаю, для двигателя низкого давления удельную стоимость ТНА можно снизить до 20-30%. Учитывая увеличение удельной ПН в 1,5-2 раза, применение насосных двигателей на первой ступени может оказаться экономически эффективнее.

Если камеру двигателя делать охлаждаемой, с внешним охлаждением - его стоимость мизерной не будет в любом случае.

Не думаю, что возможно лететь до определённой высоты на одних только ускорителях.
Всё равно ДУ первой ступени придётся запускать с земли. Конечно, при желании можно его задросселировать процентов на 40...
И на время до увеличения мощности до номинальной (то есть - на время работы ускорителей), УИ номинальным не будет. А при выходе на номинал часть топлива будет уже потрачена - совершенство первой ступени ещё падает, а оно у нас и так не сходится.

Повышения нагрузки вдвое может и не произойдёт... а вот мю_пн точно увеличится. Читай - уменьшится стартовая масса.
По крайней мере - сойдётся первая ступень.
Сейчас она не сходится на 50% массы, а ведь я считал только баки - без переходных отсеков, без газа наддува, без баллонов наддува (а они при таком объёме баков и давлении потянут на тонны).

Не надо горячиться. Вы же не хотите сказать, что тот же РД-180 только без ТНА подешевеет на полпорядка?
На такое давление, для компонентов высокой плотности, несамовоспламеняющихся к тому же, дешевый низкооборотный ТНА сделать не представляет никакой проблемы.
Стоимость ТНА, имхо, с избытком покроется экономией на массе металла первой ступени.
А уменьшение стартовой массы = удешевление СК...

Добавление к аммиаку 10% алюминия увеличивает УИ на 10 ед.
Серж, не обольщайтесь насчет алюминия - он всего лишь увеличивает температуру. Но при этом уменьшает газовую постоянную ПС, даёт к-фазу. Я бы сказал - от него больше проблем чем пользы.
Да и насчет остальных добавок. Прироста УИ более чем на 10-15% они не дадут.

Проблема в том, что нам при всём жеоании не удастся реализовать характеристики двигателя существенно лучшые уже существующих. На первой ступени более 300 ед при низком давлении в КС получить практически нереально. Слишком мала степень расширения.
Наш удел - исследование в области оптимизации ракетных систем по параметрам характеристик и стоимости.

Хотя, конечно, можно реализовать кой какие технические решения, увеличивающие относительные характеристики...
Скажем, те же сопла внешнего расширения. Позволяд двигателю первой ступени эффективно работать непосредственно с земли.
Бустеры, если мы хотим сделать дешевый носитель, твёрдотопливными делать нельзя. Организация производства обойдётся аморально дорого. Их придётся делать жидкостными или гибридными. Вот для них, кстати, вытеснительную систему применять элементарно - для бустеров массовое совершенство играет небольшую роль. А так как улетают они недалеко - можно сделать их многоразовыми без особых проблем и затрат.

Брать сталь втрое прочнее я не буду.
Во-первых, мне приходилось много копаться в справочниках, и я не припомню ни одной стали прочнее 1500 МПа. Тем более, что у нас материал работает на разрыв. Все стели с прочностью за 800-1000 МПа можно считать очень крутыми и, следовательно, несовместимыми с дешевым носителем - мы просто на материале баков разоримся.

Что касается ТНА... - у меня в этом соместре акурат был курсовик по ТНА. Я имел возможность ознакомиться с расчётом и конструкцией ТНА. Я вас уверяю - на низкое давление ТНА сделать можно с использованием обычного оборудования для мехобработки металлов и сварки. Единственная деталь, которую, возможно, понадобится отливать - элементы корпуса. Но миллиметровая точность там не нужна, так что стоимость будет умереной. Если вообще отливать придётся.
Грубая синхронизация выполняется одним клапаном на одной из магистралей. Вообще, можно сделать ТНА, оценить его работу на номинальном режиме, сделать под готовый ТНА двигатель и пусть работает на одном режиме. С регулировкой вообще не заморачиваться. В крайнем случае, регулировку осуществлять сбросом части расхода после насоса обратно на вход. Это позволит регулировать параметры на входе в камеру при работе ТНА на номинальном стабильном режиме. Ценой некоторых потерь, разумеется.

Пока в вашем проекте единственное, с чем я согласен - вытеснительная система верхней ступени. Для простого носителя это действительно разумное решение.

Отредактировано Roger Wilco (2007-06-18 08:20:14)