Народный космос-Z

Информация о пользователе

Привет, Гость! Войдите или зарегистрируйтесь.


Вы здесь » Народный космос-Z » Освоение околоземного космоса » Альтернативный Проект. Создание И Проработка Концепции.


Альтернативный Проект. Создание И Проработка Концепции.

Сообщений 1 страница 20 из 168

1

Этот топик для людей, не разделяющих перспективные взгляды Zenix-а на методику проектирования РД.
Попытаемся создать концепцию ракеты на основании традиционной теории РД с оглядкой на наши более чем скромные возможности.  :yes:

Для начала - цель. Всего, насколько мне это видитя со стороны, есть 3 принципиально разные цели: "Рутановские" прыжки в высоту, полноценный суборбитальный полёт, орбитальный полёт.
1) Прыжки - требуются минимальные затраты по всем параметрам, наименьший риск и, следовательно, наибольшая вероятность успеха. Основной минут - это "не интересно": ниша, имхо, малоперспективна, если только не удастся создать очень уж дешевую систему. До орбиты как до китая буквой Зю.
2) Суборбита - промежуточный вариант между (1) и (3). Орбита - много ближе. Пиар - круче.
Недостатки - идея не сильно круче предыдущей, а затраты больше.
3) Орбита - безусловно, самый лакомый кусочек. Плюсы перечислять не нужно. Минусы - самые большие затраты (финансовые, интеллектуальные), максимальный риск.

Моё скромное имхо: рваться с нуля на орбиту - изощрённая форма самоубийства. С нулевым-то опытом.   :/
Целиться надо туда, куда реальнее дойти - для начала попытаться разменять сотню-полторы от земли. Вертикально вверх...
Проблемы с навигацией - минимальны. При возможности осуществления управляемого спуска - посадка в точке старта. При невозможности - снос вряд ли превысит сотню км.
Ну и, конечно, получение бесценного опыта, обкатка технологий и т.п.

Далее, техническая реализация.
Если покупать движки, капсулу и проч - никаких денег не хватит. В идеале - сделать всё с нуля. Имхо, систему подобной размерности создать с нуля вполне реально.
Конечно - придётся до этого минимума пройти длинный путь по граблям. То есть, сразу хвататься за большой проект - неумно. Нужно сначала обкатать технологии, подлежащие использованию, на небольших ракетах, стендах и т.п.

По этим пунктам возражения есть?
Если нет - давайте приступим к обсуждению, собственно, технической и экономической составляющих.

2

Zenix написал(а):
Roger Wilco написал(а):

Конечно - придётся до этого минимума пройти длинный путь по граблям. То есть, сразу хвататься за большой проект - неумно. Нужно сначала обкатать технологии, подлежащие использованию, на небольших ракетах, стендах и т.п.

По этим пунктам возражения есть?
Если нет - давайте приступим к обсуждению, собственно, технической и экономической составляющих.

Так смотрите же внимательно на мою СКР. Это уже продумано. Для испытаний достаточно сделать четыре  бака для второго яруса и двигло 5 тс для второго яруса. Получим ракетку стартовой массой всего чуть больше 4 тонн. На кухне поместится. Технологии обкатаем на этой системе на 90 процентов. Хорошо бы на время испытаний подрядиться на геофизические пуски. :D

3

Воспользовавшись школьными формулами я, очень приближенно, получил потребную ХС 2800м/с.
Этой скорости должно хватить для прыжка на 120км вверх (с учётом гравитационных потерь за время работы ДУ (условно - 120с)). Расчёты, конечно, +-лапоть но, думаю, истина не катастрофически далеко от моего результата.
В конце концов - наша основная задача не покорение 101 километра (это побочная задача :) ), а получение опыта и обкатка технологий ...

При последующей проработке выяснится, насколько сильно я ошибся… Если сильно ошибся в меньшую сторону, т.е. реальная высота получается существенно больше – можно будет недолить топлива, или запустить аппарат по баллистической траектории, т.е не вертикально вверх, а по нормальной почти орбитальной траектории – задавшись целью пролететь несколько тысяч км. При этом и режим входа в атмосферу будет ближе к реальному орбитальному полёту, что есть гут с точки зрения отработки орбитальных технологий.

Теперь, займёмся проработкой, собственно, концепции аппарата.
Такая скорость, в принципе, достаточно легко достигается одноступенчатым аппаратом. Что, опять же, вери гут – тут же исчезает множество серьёзных проблем с разделением ступеней, зажиганием двигателей в воздухе и т.п.

Двигательная установка.
На первый взгляд, очень соблазнительно выглядит РДТТ, типа SRMа. Простой, надёжный (оба SRMа продолжали работать даже после взрыва Челленджера!), однако, если копнуть чуть поглубже, всё выглядит совсем не так радужно.
В создании РДТТ есть много подводных камней. Процесс приготовления топлива бывает достаточно опасен, требует спец оборудования… Готовые серийные РДТТшки после приготовление рентгеном проверяют на наличие скрытых поврежденный заряда. Очевидно, в отсутствие у нас необходимого для производства и контроля качества оборудования, двигатели подходящей размерности не будут достаточно надёжны. Я, по крайней мере, не отважился бы на них лететь (это при большом доверии к серийным твёрдотопливникам).
Конечно, проблему создания больших двигателей можно решить, набрав ДУ из большого количества небольших двигателей, однако при этом ухудшается массовое совершенство аппарата, возникают известные проблемы с необходимостью одновременного зажигания двигателей, необходимостью минимального отклонения тяги от номинала, проблемы с управлением тягой…
И ещё один малозначимый аргумент: на территории РФ твёрдые ракетные топлива приравнены к взрывчатым веществам, вследствие чего его производство частными лицами является немножко противозаконным. 

Остаются две категории: ЖРД и ГРД.
Ну, с ЖРД всё, вроде как, предельно ясно.
Серьёзные проблемы с охлаждением, небольшие проблемы с подачей компонентов + куча мелких проблем по периметру. С другой стороны, на них сегодня реально летают практически все, а это, согласитесь, серьёзный аргумент. Впрочем, количество проблем довольно сильно зависит от топлива…

ГРД…
Кто чего имеет сказать? С одной стороны, Рутан на нём летает, довольно успешно.
С другой… проблемы с подачей жидкого компонента, РДТТшные проблемы с зарядом горючего, вопросы (у меня, по крайней мере) по внутренним процессам…
Штука, конечно, на вид довольно перспективная…

Короче – жду ваших мнений по вопросу «ЖРД vs ГРД»
Я лично, скромно за ЖРД…

4

Я тоже склоняюсь к ЖРД. Более того, если сегодня примерно определиться с:

1) компонентами топлива;
2) количеством двигателей на первой ступени;
3) тягой одного двигателя первой ступени;
4) давлением в камере;
5) давлением на срезе сопла;

то к завтрашнему вечеру обязуюсь расчитать основные параметры такого двигателя. Жду предложений...

5

Если для АК-27 не требуется каких-то особых материалов, то считайте под него. Бак для ГРД замучаешься кустарно делать и ГРД в любом случае одноразовый. В расчетах предлагаю бить не на повышение температуры в КС, а на уменьшение молекулярной массы.

6

Ну вот мы и пришли к логичному выводу. :)
Итак, нам нужен ЖРД.
Компоненты: АК-27 в качестве окислителя и Керосин в качестве горючего.
Достать, вроде, и то и другое принципиально можно. Уж наверняка проще чем жидкий кислород или водород :)
Давление в камере зададим 2-2.5МПа (20-25 атмосфер)
Двигатель сделать силёнок, может, и хватит, а вот ТНА - точно пупок развяжется. Для вытеснительной системы давление до 3МПа. Надо будет как-нибудь оценить массу баков для подобного объёма, и посмотреть, чем лучше пожертвовать - тягой двигателя или массой баков...
Давление на срезе сопла 0,09МПа
Ракета у нас будет одноступенчатая. Это значит – двигатели должны будут работать в диапазоне давлений, фактически, 0..0.1МПа. Кроме того, для ограничения значений перегрузки придётся по мере выработки топлива снижать тягу, а значит и давление в камере (и, соответственно, на срезе сопла). Так как тягу придётся снижать не с первой секунды полёта – можно принять давление на срезе чуть меньше атмосферного.
Удельный импульс около 2000м/с (не меньше).

Расчёт ведётся на стартовую массу ракеты 30 тонн, и сухую массу 7 тонн (вместе с капсулой и астронавтом). Ракета с УИ=2000м/с и приведёнными выше массами (7т+23т) набирает ХС=2910м/с.
Для взлётной массы 30 тонн разумной представляется тяга 40тонн. Необходимо, чтобы двигатели позволяли регулировать тягу в пределах 1,1..0,5 от номинала. (для уменьшения давления на срезе сопла с ростом высоты и ограничения перегрузки по мере выработки топлива).
Создание двигателя тягой 40 тонн для любителей без опыта представляется более чем сомнительным. Логично предложить создать многокамерный двигатель. Скажем 4 камеры по 100 000Н тягой. Управление по тангажу и рысканию может производиться дифференцированием тяги двигателей.

Предварительно принимаем:
ДУ:

ЖРД:
Число камер    4
Горючее    Керосин
Окислитель    АК27
Давление в камере    2,5МПа
Давление на срезе сопла 0,09МПа
Тяга одной камеры    100 000Н

Ждём расчёта параметров от NikkyButt.  :cool:

Отредактировано Roger Wilco (2006-06-17 19:10:05)

7

Была проведена оценка возможности создания топливных баков подходящей размерности и массы для вытеснительной системы подачи. Вот, что получилось:

Сухая масса корабля - 7 тонн. Масса топлива - 23 тонны.
Для пары АК-27 - керосин стехиометрический Кm0=5,335. В первом приближении, можно расчитывать количество компонентов с помошью этого коэффициента.
Были получены следующие цифры:
- Масса АК-27 - 19369,4кг
   Объём бака - 12,106м^3
- Масса керосина - 3619,2кг
   Объём бака - 4,528м^3

Бак считался условно циллиндрическим, внутренним диаметром 1.8м (исходя из необходимости обеспечить внутренний диаметр капсулы не менее 1,8м). Внутренняя перегородка (условно ненагруженная) в расчётах не учитывалась.
Полный объём бака - 16,64м^3
Длина бака при заданном объёме и диаметре - 6,54м

Условно, масса баков была задана равной 4000кг (на всё остальное - 3 тонны. Думаю - реально).
Бак считался условно нагруженым только внутренним давлением 5МПа (для Pk=3МПа).
(Ориентировочно, при полёте с перегрузкой 4g давление за счёт столба жидкости увеличится на 0.3МПа, а от осевой растягивающей силы отнимется до 3МПа, так что такое допущение можно признать достаточно корректным)

Прочность баков оценивалась для трёх материалов:
- конструкционная легированная сталь 40Х
- алюминиевый сплав Д16
- алюминиевый сплав АМг6

Исходя из плотности материалов и площади поверхности бака были вычислены толщины стенок бака для данных материалов (Для стали 12.2мм, для ал сплавов 35.2мм).
Были посчитаны напряжения циллиндрического участка бака и, учитывая механические свойства материалов, запас прочности.
   Значения запаса прочности:
40Х - 2,44
Д16 - 1,99
АМг-6 - 1,54

Как видно из расчётов – создание баков заданного объёма (17м3) и массы (4 тонны) под давление 50 атмосфер из доступных конструкционных материалов представляет собой решаемую задачу.
Более того, очевидно, имеется некоторых запас, за счёт которого можно уменьшить массу баков и/или увеличить давление в баках.

Применение стали выглядит более разумным – при той же массе запас в 1.5-2 раза больше чем у алюминиевых сплавов… Впрочем, сталь стали рознь. С алюминиевыми сплавами – та же история. Надо уже считать подробно.

8

У вас отношение массы бака к содержимому 1/4. И вы считаете это нормальным. Какой вы ракетчик? Если так хоцца что-то запустить купите петарду. А наша цель - сделать космос доступным для всех. :(

9

Так бы и назвали тему "Абсолютно нереальный проект космической ракеты. Создание и проработка концепции."

10

Ладно, надеюсь, мои эмоции вы поняли. Но перемещу тему в прежний раздел только когда ваши позиции станут менее консервативны. :)
Кстати, лен по прочности не уступает легированной стали 150 кгс/мм^2. Прекрасная основа для композита. :)
Говорите 1/5 отношени? А для окислителя? Диоксид азота имеет плотность что-то 1500 кг на метр кубический.

11

Кстати, лен по прочности не уступает легированной стали 150 кгс/мм^2. Прекрасная основа для композита.

Почитал я вчера, какие требования предъявляются к композитам для баков...
Там ведь дело не только в основе - от связующего тоже очень многое зависит. Короче - сложно это пока для меня. Вот с ДУ разгребёмся более-менее, тогда и за всё остальное примемся.

Говорите 1/5 отношени? А для окислителя? Диоксид азота имеет плотность что-то 1500 кг на метр кубический.

Э-э-э... я вообще-то про вообще бак. Он как бы один, только с разделительной перегородкой.
Плотность АК-27 1600кг/м^3.
При расчёте учитывал плотности компонентов топлива и необходимое их количество.

12

Что то вы явно уж не туда здесь и пошли.

Скорость достаточно всего около 3 М или 1000м в сек чуть более.

Ракету можно сделать всего лишь в тонну или несколько и больше
Самое простейшее и безопасное решение - паровая ракета на паровом котле...

ЖРД лишь микро в одну и тонну и сойдет, но очень уж надежный и готовый, и все равно цена его большой ведь будет...
ГРД готовых нет и связываться смысла мало
РДТТ вполне возможно сделать, но где то в море запускать, и очень уж помучиться с надежностью придется...

13

серж написал(а):

Что то вы явно уж не туда здесь и пошли.
Скорость достаточно всего около 3 М или 1000м в сек чуть более.

У меня из расчётов вышло около 1.5 км/с. Взял с запасом. (с большим запасом)

Если будет катастрофически не хватать $$$, подрезать проекту крылышки - не проблема :)
То, что уже задумано имеет некоторый потенциал для развития: возможность уменьшить кол-во топлива, увеличить массу, чтобы получить 2-4местный аппарат для полётов за сотню км.

Если делать табуретку с двигателями то, конечно, и в тонну стартовой массы уложиться.
Только вот хочется чтобы оно выглядело повнушительнее...

Хотя... Хм-м-м... у меня новая идейка!
Реально - табуретка с двигателем. Точнее - с двумя  :cool:
Серж, сенькс.

Хотя, размер снизу всё таки ограничен. ЖРДшку ведь охлаждать надо. С какого-то момента на это станет не хватать расхода. Такшта... смотруть, в-общем, надо.

Отредактировано Roger Wilco (2006-06-18 18:14:07)

14

Roger Wilco написал(а):

Предварительно принимаем:
ДУ:

ЖРД:
Число камер    4
Горючее    Керосин
Окислитель    АК27
Давление в камере    2,5МПа
Давление на срезе сопла 0,09МПа
Тяга одной камеры    100 000Н

Ждём расчёта параметров от NikkyButt.  :cool:

Но вы же должны понимать, что для этого потребуется организовать настоящее маленькое производство. Представляю себе бак диаметром больше члеовеского роста. Кустарно ну никак не изготовить.

15

Zenix написал(а):
Roger Wilco написал(а):

Предварительно принимаем:
ДУ:

ЖРД:
Число камер    4
Горючее    Керосин
Окислитель    АК27
Давление в камере    2,5МПа
Давление на срезе сопла 0,09МПа
Тяга одной камеры    100 000Н

Ждём расчёта параметров от NikkyButt.  :cool:

Но вы же должны понимать, что для этого потребуется организовать настоящее маленькое производство. Представляю себе бак диаметром больше члеовеского роста. Кустарно ну никак не изготовить.

О-о-о... Вот она Мысль - пришла... Да для того чтобы сделать чтото со стартовой массой больше тонны (или около того) нужно будет производство. Поздравляю! Вы пришли к тому же выводу что и я...

16

Roger Wilco написал(а):

Была проведена оценка возможности создания топливных баков подходящей размерности и массы для вытеснительной системы подачи. Вот, что получилось:
.........

Условно, масса баков была задана равной 4000кг (на всё остальное - 3 тонны. Думаю - реально).
Бак считался условно нагруженым только внутренним давлением 5МПа (для Pk=3МПа).
(Ориентировочно, при полёте с перегрузкой 4g давление за счёт столба жидкости увеличится на 0.3МПа, а от осевой растягивающей силы отнимется до 3МПа, так что такое допущение можно признать достаточно корректным)

...
Прочность баков оценивалась для трёх материалов:
- конструкционная легированная сталь 40Х
- алюминиевый сплав Д16
- алюминиевый сплав АМг6

Исходя из плотности материалов и площади поверхности бака были вычислены толщины стенок бака для данных материалов (Для стали 12.2мм, для ал сплавов 35.2мм).
Были посчитаны напряжения циллиндрического участка бака и, учитывая механические свойства материалов, запас прочности.
   Значения запаса прочности:
40Х - 2,44
Д16 - 1,99
АМг-6 - 1,54

Как видно из расчётов – создание баков заданного объёма (17м3) и массы (4 тонны) под давление 50 атмосфер из доступных конструкционных материалов представляет собой решаемую задачу.
Более того, очевидно, имеется некоторых запас, за счёт которого можно уменьшить массу баков и/или увеличить давление в баках.

Применение стали выглядит более разумным – при той же массе запас в 1.5-2 раза больше чем у алюминиевых сплавов… Впрочем, сталь стали рознь. С алюминиевыми сплавами – та же история. Надо уже считать подробно.

Первое: в расчетах, я так понял, принято статическое нагружение и поэтому приведенные коэффициенты запаса с учетом колебаний легко могут уйти ниже единицы...
Второе: как предполагаете варить сталь толщиной 12 мм или алюминий 35 мм? Это попахивает серьезным цеховым оборудованием...

И скажу пару слов в защиту ГРД? А то как то его сразу отклонили без достойного обсуждения, а для суборбитальных полетов вариант-то не плохой.
- На ГРД легко организовать многократный запуск;
- Регулируемая в большом диапазоне значений величина тяги;
- В отличии от РДТТ есть возможность организовать жидкостное охлаждение стенок КС и сопла РД;
- Маса баков меньше на 50% если реализовать подачу керосина с помощью ТНА - использовать для этой цели можно обычный топливный насос...

17

Первое: в расчетах, я так понял, принято статическое нагружение и поэтому приведенные коэффициенты запаса с учетом колебаний легко могут уйти ниже единицы...

Да, всё верно.
У вас, случайно, нет предположений о параметрах дополнительных нагрузок (вибрации, колебания)?
Можно было бы посчитать поподробнее.

Второе: как предполагаете варить сталь толщиной 12 мм или алюминий 35 мм? Это попахивает серьезным цеховым оборудованием...

:blink: Н-да... этот момент я как-то упустил...
Похожн, всё благополучно идёт к разбивке большого бака на несколько небольших.

И скажу пару слов в защиту ГРД? А то как то его сразу отклонили без достойного обсуждения, а для суборбитальных полетов вариант-то не плохой.
...
- Маса баков меньше на 50% если реализовать подачу керосина с помощью ТНА - использовать для этой цели можно обычный топливный насос...

Отклонили без достойного обсуждения, так как никто о нём особо ничего не знает, кроме принципа работы. Ну и, конечно, про Space Ship One, все слышали.
Насчёт обычного топливного насоса - что-то я сильно сомневаюсь... Расход надо обеспечить порядка десятков КГ в секунду, и давление нужно больше чем в КС. По-любому нужен небольшой ТНА.
Если в принципе видется на горизонте возможность спроектировать и изготовить ТНА, то для ГРД это будет чуть проще - один насос всего. Только вот турбинку чем кормить? Отбором из КС не пойдёт - как запускать (особенно многократно)?
Можно сделать жидкий ГГ с вытеснительной подачей компонентов... И давление в ГГ может быть существенно ниже, чем в КС (придётся для этого габаритами ТНА пожертвовать - не смертельно).

Но всё равно, мне кажется, начать лучше с вытеснительной системы.
Кстати, а самолётостроителей среди нас, случайно, нет? (это я продолжаю бредить идеей создания суборбитального самолёта  :mrgreen:  )

18

Вы все переворачиваете с ног на голову и делаете все с конца, а не с начала
Самая простая и надежная и дешевая ракета - паровая...

Сначала нужно делать фирму, а потом уже расчеты делать и строить все!
Для совместного предприятия нам нужна лишь красивая картинка наших проектов, и покрасивше расчеты стоимости их и прибыли...
Бизнесменам детальные четежи и расчеты собственно и не нужны, вот когда картинка будет, тогда и о компании говорить возможно будет.

А копания все и рассчитает и построит, а ваши расчеты лишь предварительные будут, напрасно только время тратите, лучше бы гуляли б до отказа, а не напрасную работу делать...

19

серж написал(а):

Вы все переворачиваете с ног на голову и делаете все с конца, а не с начала
Самая простая и надежная и дешевая ракета - паровая...
А копания все и рассчитает и построит, а ваши расчеты лишь предварительные будут, напрасно только время тратите, лучше бы гуляли б до отказа, а не напрасную работу делать...

Может получиться и так, что я зря самодельную ТНА отклонил.  :D
Пошевелить мозгами всегда полезно.
А вы ужо год долбите с этой фирмой. Что вы на нас надеетесь?
А мы на вас надеемся. :D

20

А я на фирму только и надеюсь, поскольку мои дела все хуже и идут...
а вам я вижу на фирму и плевать, а без фирмы все ваши расчеты - совершенно бесполезны!


Вы здесь » Народный космос-Z » Освоение околоземного космоса » Альтернативный Проект. Создание И Проработка Концепции.