Я насчёт воздушных стартов... III

Народ! Давайте сконцентрируемся на на вопросе: Чем Воздушный старт Лучше/Хуже Наземного и Морского, т.е. Зачем он нужен.

Пока я вижу две выгоды:
1 - Мобильность (куда хотим - туда летим), хотя это спорно: спецаэродромы, зоны отчуждения и т.п.

2 - Мягкий старт без больших перегрузок (а вот кто заказывал свежие перепелиные яйца!), ну все понятно - хрупкие грузы, космотуризм и т.д.

P.S. Насчет моего рисунка Ту-160М
Идея была в том, чтобы разместить челнок в "тени" фюзеляжа, чтоб мидель не страдал.
Пустой: http://yez.al.ru/gal/tu160_empty.jpg
С Челноком: http://yez.al.ru/gal/tu160_load.jpg

Насчет моего рисунка Ту-160М
Идея была в том, чтобы разместить
челнок в "тени" фюзеляжа, чтоб мидель
не страдал.


Так мидель же все равно вырос на пустом.
Или имелась ввиду независмость миделя
от наличия-отсутствия нагрузки? А тут в
чем смысл?

Олег, для борьбы с потерями на нерасчетность сопла (недо-/пере- расширение) есть гораздо более дешевые и менее технически рискованные способы — начиная от выдвижных сопловых насадков и заканчивая ЖРД с внешним расширением (кот-й IMHO является следующим шагом в развитии ДУ).
А выигрыш от воздушного старта IMHO можно поиметь только при наличии airbreathing гиперзвуковой первой ступени для получения ощутимого прироста скорости. Но эта задачка как уже отмечалось очень и очень непростая.

Тут, один здравомыслящий инженер призывал к комплексному подходу:)))

К вопросу о миделе и не только о нем.
Когда я работал в бригаде общей компоновки, мне приходилось общаться с аэродинамиками, каркасникаки, прочнистами, шассистами, радистами, прибористами, СКВшниками, двигателистами, весовиками, гидродинамиками ... и у всех свой взгляд на то каким должен быть самолет.

Так о чем это я, о миделе.
Площадь и форма миделя несомненно важный критерий в авиации, но по мимо него есть масса других не менее важных критериев, например интерференция частей самолета или самолета и внешнего объекта ...

Я повторяюсь, но разогнать тяжелый самолет до сверхзвука с внешним КА (не игрушкой, а стоящим аппаратом) дело не простое. А гиперзвук в этом случае более фантастическая вещь, чем проект 2500.

А вот морской старт мне больше нравится.

(Сейчас А-40 взлетел, и с виражом над морем ...)

---

Перевел в стандартную кодировку;)


[Редактировалось varban (24-10-2000 в 15:12).]

Я повторяюсь, но разогнать тяжелый самолет до сверхзвука с внешним КА (не игрушкой, а стоящим аппаратом) дело не простое. А гиперзвук в этом случае более фантастическая вещь, чем проект 2500.

То есть совсем никак? А как же шутель с его дурной аэродинамикой?

Формулировать надо не так. А вот так:

Разогнать тяжелый самолет до гиперзвука в крейсерском режиме дело непростое.

А если самолет - это крылышки с изменяемой геометрией и бак с ЖРД, то очень даже можно.

Главное, чтобы он во-первых на расплавился при наборе этих 10М, а во вторых смог после выработки топлива хотя бы вырулить в нужный район.

И то, и другое, IMHO, решаемо. Первое - запасом хладагента, второе - проработкой аэродинамики пустого бака. С крылышками.

To Varban: Завтра у меня выходной, поэтому проиллюстрировать смогу попозже. А смысл был в том, чтоб мидель у Ту был примерно как с "Бурлаком".
Вообще же 160-й взят как пример, основная идея такая: Каков должен быть минимальный вес Челнока,
в котором будут сидеть 4-5 человек.
Или если конкретный разгонщик - Ту-160 берет от 20 до 40 тонн, то каким должен быть Челнок? Т.е. есть ли сейчас технологии, позволяющие 40-тонному ВКС вывозить на орбиту 3-4-5 человек?

To Strek:
Валера! Не томи душу сфотай хоть один старт.


[Редактировалось Manch (24-10-2000 в 16:09).]

Кстати на Энергии те же мысли в голову приходят.
У них там ОК-М1 спроектирован так :
два ВКС, один - разгонный на базе Бурана, второй - ОК-М1, что-то типа МАКСа. Между ними - бак кислород-водород, из которого они берут топливо. Помимо этого топливом забит беспилотный Буран. Как оно летит : на старте работают обе ступени, затем Буран отваливает, и после входа в атмосферу на ТРД садится. А бак с ОК-М1 выходит на орбиту.

Каков должен быть минимальный вес челнока,
в котором будут сидеть 4-5 человек.


Судя по проработкам, сделанным в "Энергии"
такой мини-шаттл выходит в 12-15 тонн.
Но это для старта с РН, конкретно Зенитом.
Краткое описание такой штуки вот тут
www.buran.ru/htm/bigbook3.htm

[Редактировалось vmalukh (24-10-2000 в 16:35).]

Продолжение Я насчёт воздушных стартов... и Я насчёт воздушных стартов... II

Очень извиняюсь, но я начал третью часть топика. Уж дюже долго картинки грузятся...

К вопросу о нужности и полезности вывода РН с промежуточных носителей (т.е. самолётов).
Вот я тут чего насчитал:
по горизонтали - начальная скорость стартующей с промежуточного носителя ракеты, в махах; по вертикали - начальная высота, в километрах; в ячейках - масса, выводимая на круговую орбиту 250км, в тоннах. Масса ГО = 1+ЦЕЛОЕ(масса ПН/5), в тоннах, поэтому график роста ПН с изломами.
Носитель - гипотетический, двухступенчатый, первая ступень - вторая ступень от "Зенита-2", вторая ступень - блок "И" (третья ступень "Союза-У"). Параметры взяты с диска "Современные отечественные РН" изд-ва "Мегарусс". Итоговая стартовая масса РН без ПН и ГО - 115,6т.
Ясное дело, получившиеся числа не абсолютно верны (например, кто ж будет на высоте 0 км летать на 8М), но тенденция очень чёткая. Да и погрешность этих чисел не должна быть очень уж велика, по моим прикидкам - где-то в районе 10%.

        0,0     1,0     2,0     3,0      4,0     5,0     6,0     7,0      8,0
 0      2,03    2,65    3,37    4,20     5,06    6,16    7,45    8,97    10,63
10      2,77    3,40    4,11    4,92     5,72    6,75    7,94    9,31    10,72
20      3,62    4,33    5,02    5,93     6,96    8,13    9,47   10,82    12,58
30      4,58    5,29    6,25    7,33     8,57    9,99   11,40   13,26    15,16
40      5,51    6,53    7,70    9,04    10,36   12,11   14,14   16,21    18,95

Если построить графики, получим, что при одной и той же высоте с ростом начальной скорости выводимая масса растёт по экспоненте. Это объяснимо: вспомним формулу Циолковского. Но и при росте высоты для одной и той же стартовой скорости масса растёт по экспоненте! Почему - тоже ясно, плотность воздуха убывает по экспоненте, значит, по ней же убывают потери тяги на недо/перерасширение, но вот как раз этот факт, на мой взгляд, очень часто ускользает из поля зрения при обсуждении эффективности разнокалиберных "Воздушных стартов"...
В общем, жду критики. Желательно обоснованной

[Редактировалось varban (24-10-2000 в 21:13).]

Олег:
Почему - тоже ясно, плотность воздуха убывает по экспоненте, значит, по ней же убывают потери тяги на недо/перерасширение...

То, что Сергей сказал - это точно. Но и ты прав.
Замени слово недо/перерасширение на аэродинамические потери и все будет ОК.
Да и время выхода на орбиту сократится, а каждая секунда - 9,81 m/s потеря скорости;)

Fakas:
>А выигрыш от воздушного старта IMHO можно
>поиметь только при наличии airbreathing
>гиперзвуковой первой ступени для получения
>ощутимого прироста скорости. Но эта задачка
>как уже отмечалось очень и очень непростая
Серёж, так я и говорю, что даже при простом росте высоты старта, без какого-либо роста скорости, отмечается рост ПН! Ну вот сам посмотри: на нулевой скорости с нуля км - две тонны, а с двадцати - уже три с половиной, прирост 75%! Нахаляву поиметь такую прибавку - по-моему, очень даже неплохо...
И второе. Насчёт выдвижных сопловых насадков. Не подскажешь ли, на каком именно советском ЖРД они используются?

2Oleg

на нулевой скорости с нуля км - две тонны, а с
двадцати - уже три с половиной, прирост 75%!
Нахаляву поиметь такую прибавку


Олег, это все же не совсем "халява" - поднять
все это стотонное добро на 20 тыс. м.


Вот 10 км выглядят более реалистичными.
Выходит, что на при нынешних технических
и финансовых возможностях воздушный
старт действительно может быть выгоден для
относительно небольших (2-3 т) нагрузок.

Для больших же нагрузок (даже 5-10т) уже
необходимы изрядные затраты на НИОКР
по созданию специального самолета-носителя
с выдающимися на сегодняшний день
характеристиками (грузоподъемность
150-200т и рабочий потолок в 15-20км).
Технически скорее возможно, но дорого,
посему видимо на пркатике в ближайшие
лет 25 вряд ли случится.

И второе. Насчёт выдвижных сопловых насадков. Не подскажешь ли, на каком именно советском ЖРД они используются?

На советских - не знаю, а на бусурманских - на модификации RL-10. Да и на РДТТ ставили,- ниобиевая гармошка около раструба сдвигается назад, увеличивая свой диаметр...

Как-то на RU.SPACE для маловесных ракет была идея разгонника-первой ступени на простых авиационных движках (ТРД). Вертикальный старт и все такое:))
10 двигателей - тяга ок. 200 тонн. Поднять вторую ступень + разгонник на 10 км. при, допустим 450-500 км/ч, а там запалить ЖРД, выстрелить ракетой и на базу своим ходом:))
Если только двигатели не будут мешать друг другу...

[Редактировалось DmitriyM (25-10-2000 в 11:36).]

Как-то давно здесь (или на ВИФ-2?) проскальзывало упоминание о том, что на одной из российских МБР, возможно морского базирования, применяется сдвижная насадка на сопло 2 ступени.

Выдвижной сопловой насадок был на НК-33 и Люльковском кислород-водородном моторе (индекс забыл)

Поиск на пару с Факасом по люльковскому мотору ничего не дал.
Кстати, хотя у Diadia_Sidor (как и у всех нас!) память местами дырявая, очень часто обнаруживалось, что он прав, а, скажем Вейд - нет;)
Но во всех случаях, надо это дело прояснить.

2Diadia_Sidor:
Намек понял?

Насколько я понял, Вейд для вас не источник... Но не об этих ли двигателях вы говорите ?

РД-54 http://www.friends-partners.org/~mwade/engines/rd54.htm

РД-57 http://www.friends-partners.org/~mwade/engines/rd57.htm

wbr, muxel

To varban: вот ссылка: http://www.yez.al.ru/gal/tu160m.gif
Конечно рисовалось "на коленке", но я надеюсь что суть ясна - расположить челнок, как-бы тандемом, ЗА разгонщиком.

To All:
Чегой-то вы зациклились на ЖРД, а?
Ведь реализовать все это можно будет лет через двадцать, а к тому времени найдется что-нибудь получше химических ЖРД. ИМХО.

Точно РД-54 и 57 !
А память и правда дырявая.
Только что же это там найдётся через 10 и даже 20 лет, что заменит ЖРД ? Я не в курсе.

2malukh:
>Олег, это все же не совсем "халява" - поднять
>все это стотонное добро на 20 тыс. м.
Я имел в виду, что тот агрегат, который поднимает, является многоразовым элементом.

>по созданию специального самолета-носителя
>с выдающимися на сегодняшний день
>характеристиками (грузоподъемность
>150-200т и рабочий потолок в 15-20км).
Хм-м... Мы ж уже обсуждали это в ru.space, разве нет?

Есть следующие варианты доставить некоторый груз (в данном случае - ракету) на некоторую высоту:
1. катапульта
2. воздушный шар/дирижабль/термоплан
3. самолёт
4. предыдущие ступени ракеты
(плюс ещё два подварианта - использовать только двигатели от 3 и 4, назовём их 3а и 4а).
Все они обладают различной грузоподъёмностью, ценой и рабочим потолком.

1. Катапульта, она же - пушка. При сколько-нибудь значащих массах ПН - нереально. Слишком велико аэроторможение.

2. Воздушный шар/ дирижабль/ термоплан. Если помнишь, в нашей с тобой дискуссии я приводил следующие числа:
=========== цитата ===========
2. В СССР с 1966 года регулярно использовалась автоматическая
астрономическая станция "Сатурн"; подъём станции осуществлялся на плёночной
оболочке объёмом 107 тыс. м3 на высоту 20 км; масса груза ок. 6 тонн.
3. В МАИ в 1980 году был выполнен проект ЛА "Термоплан" с массой полезной
нагрузки пятьсот тонн (стартовая масса 1220 тонн) и потолком 4 км.
...
5. Если использовать гелий, получим рост объёма в 107 процентов по сравнению
с водородом, это некритично.
======== конец цитаты ========
Из процитированного пункта 2 следует стопроцентная реальность поднять 100 тонн на 20 км.

3 и 3а. Самолёт или движки от самолёта. С самолётом вроде бы всё понятно, кроме "Руслана" ничего реально летающего у нас нет, проекты на его базе есть, считали их умные люди, доверимся им. А вот если брать только движки-и... Тут, на мой взгляд, непочатый край для проектирования. В этом случае нам не нужны крылья, оперение, корпус и т.д., нужен только двигатель, бак для топлива и парашют. После отделения движок может падать как угодно кувыркаясь (только воздухозаборник и сопло надо чем-нибудь прикрыть, чтоб какая гадость не залетела ), всё равно к высоте 3-5 км он прилетит со скоростью не больше половины скорости звука. А с этой скорости вполне можно тормозить его парашютом, причём размеры парашюта не будут монстроидальными.
Пример РН с ТРД. Носитель - тот же гипотетический, вторая ступень "Зенита" с третьей ступенью "Союза-У". Все условия те же, масса носителя без ПН и ГО - 115,6 тонны.
Воздушная ступень. 15 двигателей Д-30Ф6 (от МиГ-31, тяга на форсаже 152кН, масса двигателя 2500кг), разделение на высоте 20 км, скорость разделения 2,5М (738м/с). Масса топлива 8 тонн, сухая масса ступени 53,3 тонны (по центнеру на тонну топлива, плюс по тонне на двигатель для системы спасения, плюс двигатели).
Итого масса воздушной ступени - 61,3т; масса РН - 115,6т; масса ПН - 5,45т, масса ГО - 2 тонны.
Итого общая стартовая масса 184,35 тонны, КПД 2,96%
КПД на первый взгляд невелик, но у этой схемы есть огромные неиспользованные резервы (ч-чёрт, тут так и вспоминается анекдот про двадцать пять кубических километров...) Размерность двигателей явно неоптимальна, сухую массу ступени я завысил, масса ГО явно велика, и т.д. Но на первый взгляд вполне проходной вариант.

4 и 4а. Это неинтересно, этим и так все пользуются. Но всё же, для примера, если предыдущую РН реализовать с обычной первой ступенью и всё остальное (включая тяговооружённость, ПН и скорость разделения) оставить так же, получим:
Первая ступень. Три двигателя от второй ступени "Зенита-2", тяговооружённость 129%. Топливо 64 тонны, сухая масса 11 тонн. Итого масса ступени 75 тонн. Получается на четырнадцать тонн больше.

В общем, на атмосферном участке выведения пользоваться ресурсами, предоставляемыми атмосферой - то бишь использовать ТРД или летать на воздушных шариках - выгоднее, просто лететь на ЖРД. Особенно если использовать нетрадиционные схемы - "только движки", эжекторы, несущие корпуса, и т.д.

Тут и Вейд, и Diadia_Sidor правы:)
А вчера мы с Факасом маленько не дошли... но чуть-чуть не считается.

offtopic:
К сожалению, Вейд для меня источник, и основной:(
Книг - почти никаких, сам твердотопливник.
Тем более злюсь, когда что-то несуразное у него...

Да, насчёт сопловых насадков. Я хотел сказать, что оные у нас на практике не используются (или почти не используются), что и подтвердили приведённые примеры. И насчёт НК-33: можно ссылку? Просто я о нём читал только в книжке "Двигатели НК", а там об этом - ни слова.
И ещё. Кто-нибудь может рассчитать, насколько изменятся параметры ЖРД и ТРД, если их снабдить эжектором?

А я сам ссылка и есть. НК-33 для верхних ступеней предполагалось использовать с насадком. Такой мотор был испытан. Аэроджету проданы без насадка.

2Oleg

Есть следующие варианты

Воздушный шар/ дирижабль/ термоплан.
..
2.
оболочке объёмом 107 тыс. м3 на высоту 20 км;
масса груза ок. 6 тонн.
3. проект
нагрузки пятьсот тонн (стартовая масса 1220 тонн)
и потолком 4 км.

======== конец цитаты ========
Из процитированного пункта 2 следует стопроцентная реальность поднять 100
тонн на 20 км.


Дискуссию я помню, но меня она не убедила
в ТЕХНИЧЕСКОЙ (не теоретической)возможности
создания аэростатической системы, поднимающей
ПН в сотни тонн на высоты в десятки
километров. Один пример - подъем
сравнительно небольшого груза (а почему
кстаи не большего?) на 20км, второй -
гипотетический проект сотен тонн на
очень небольшую (почему?) высоту .
Арифметически складывать их и получать
стопроцентную реальность поднять 100
тонн на 20 км. у меня не поднимется
карандаш над кульманом.

Если кто-то сделал мост в 10 км длиной
и 10м шириной, а кто-то в 100 шириной
и полкилометра длиной- совсем не означает
что можно сделать 10 км мост шириной 100м.

Далее,


кроме "Руслана" ничего реально летающего у нас нет, проекты на его базе есть, считали их умные люди, доверимся им.


Я -не доверюсь в данном случае никому кроме
акта госиспытаний с четко прописанными
подтвержеднными ЛТХ. Я в курсе как часто
в истории закладываемые хар-ки так и не были
достигнуты в силу различных ТЕХНИЧЕСКИХ
обстоятельств. Даже возможность поднимать на
Ан-225 груз в 250т я бы не стал считать на
текущий момент подтвержденной. Иначе это уже
не инженерия а прожектерство.


Пример РН с ТРД.


Как ни странно этот вариант мне кажется более
реальным в части вывода следующих ступеней
с традиционным ЖРД на выстоы более 10-15км. Но
(как обычно) требует отдельной ИНЖЕНЕРНОЙ
а не "палцевой" проработки и серьезных НИОКР.


использовать ТРД или летать на воздушных
шариках - выгоднее, чем просто лететь на ЖРД.


До проведения проработок хотя бы на уровне
эскизных проектов я бы остановился на
формулировке - ВОЗМОЖНО выгоднее.
К отдельным приведенным схемам у меня
большой скепсис, в частности воздушные
шарики и несущие корпуса. А вот ТРД
и эжекторы даже для ЖРД выглядядт
предпочтительнее.


[Редактировалось vmalukh (26-10-2000 в 13:02).]