ЖРД первой ступени ракетно-космических систем. Высокий УИ - благо или вред?
Я уже устал объяснять вполне очевидные вещи. Мои оппоненты всё время настаивают на том, что эффективность ЖРД это его топливная экономичность, то есть, Удельный Импульс (УИ). Я устал объяснять на пальцах. Эффективность ЖРД первой ступени ракетно-космических систем, безусловно, влияет на эффективность всей ракеты. Но влияние повышения УИ в ЖРД на первой ступени, мягко говоря, не положительное, а проще говоря - отрицательное.

Из перечня ракет я изъял Союз (он же Р-7). Объясняю почему: хотя у двигателей Союзов РД-107А и невысокий УИ, но компоновочное решение убивает эффективность ракеты. Союз-2.1б, при стартовой массе 313 т, поднимает на НОО до 8,2 т. В переводе на весовую эффективность, это означает 2,62% при УИ всего 263,3 (как у F-1). Это очень древняя ракета, очень старой конструкции, а главное, она имеет первую ступень по, так называемой, "пакетной схеме". Королёв, совершенно очевидно, понимал, что эта схема приводит к потере грузоподъемности, но сделать ничего не мог. Просто Глушк провалил проект однокамерного двигателя РД-106, которые планировались в кол-ве 6 шт на первую ступень. Если бы Глушко справился с заданием, Семерка не получила бы этой компоновки, но справиться с нестабильностью горения в камере РД-106 "гений ракетных двигателей" не смог. Он не мог даже предложить каких-либо соображений как исследовать этот эффект, чтобы понять, как с ним бороться.
Проект Семерки был на грани срыва, с вместе с провалом проекта могли буквально полететь головы его руководителей. Совет Главных Конструкторов придумал выход: взять 4 хорошо отработанные камеры сгорания от Фау-2 (модернизированные конечно, но всё на той же основе). Всё это надо было соединить общим каркасом с общим же турбокомпрессорным агрегатом. При этом, 4-камерный двигатель получался с большей, чем у РД-106 тягой - вместо 6 РД-106 можно было использовать только 5 движков. И всё бы хорошо, но вот общий каркас не дает необходимой прочности и жесткости позиционирования камер. Чтобы каркас "держал", вокруг него надо обвернуть корпус ракеты. Получается, 5 двигателей - 5 корпусов. Королев согласился на такой вариант, понимая, что выхода у него, собственно, нет. Пусть весовая эффетивность ракеты всего 2,62%, но летать она будет. Скомпоновали эдакое "веретено", что, конечно, дало ракете и лишний вес, и лишнее аэродинамическое сопротивление в наиболее плотных слоях атмосферы. И вот уже 60 лет СССР/Россия летает в космос на этой метелке.
Поскольку такой низкий показатель эффективности никак не связан с УИ ЖРД, я не стал использовать Союз в качестве примера в таблице.
Я также не стал приводить данные по Дельта-4. Это ракета водородная, с очень высоким УИ (360 c) и уступает в эффективности (3,64%) только Фалькону и Сатурну. Но это другое топливо.
Господа оппоненты, если можете, опровергайте мои выводы.
Комментарии
О как.. выявили закон природы- чем выше УИ, тем хуже ракета. Оригинально.....Тут даже спорить не о чем
Можете сколько угодно становиться в растопырку, но докажите, что на первой ступени высокий УИ сказался благотворно.
О чем я говорю, то только о том, что «эффективность ЖРД» оценить практически невозможно. Есть много разных параметров и можно спорить до одурения, какой из них важнее.
Можно и нужно оценивать эффективность всей ракетно-космической системы: по весовой эффективности или по экономической эффективности.
Если говорить о весовой эффективности ракетно-космических систем, то она приведена в таблице.
Кушайте наздоровье.
на эффективность ракеты влияют слишком много факторов, кроме уи двига.
в тч
конструкция корпуса - новые материалы и технологии облегчая вес повышают эффективность.
большое количество двигателей позволяет уменьшать тягу без дросселирования - отключая некоторые из них ..
может быть и увеличение уи дросселированного! двига - даже и такое.
в обоснование положительной роли уи приведем, как довод, элементарнейшую возможность уменьшения уи двига : достаточно его подпортить - например элементарно укоротить сопло, - он станет легче, можете воопще отпилить хоть всю камеру сгорания - уи приблизим к 0 ..
пропорцию горючее!окислитель легко можно нарушить - масса способов, .. было бы желание
Очень много факторов влияет, начиная с материалов и заканчивая компоновкой и избранной циклограммой работы ступеней.
Тем неменее, зависимость явно просматривается.
Ничего не поделаешь.
Даже Дельта-4, полностью водород-кислородная ракета, с высочайшим УИ на уровне моря 362 с, сильно недотягивает по весовой эффективности с 3,64% до 4,15% Фалькона, не говоря уже о Сатурне.
Ну а если бы ОН увеличил на Мерлинах УИ с сохранением всех других параметров, это как? улучшило бы эффективность всей системы? Или (на основании ваших опытных данных) ухудшило бы? Как считаете?
Так тогда надо ЕМУ прям щас в твиттер кричать --"не вздумай увеличивать УИ!!! мы тут кривую вывели, на основании которой получается - чем хуже-тем лучше" :-)
Ну где здравый смысл?
ОН уже хер забил и на Мерлины, и на Фальконы. Теперь у него в голове Рапторы, BFR и BFS.
У Рапторов УИ побольше, чем у Мерлинов, но Рапторы и для взлета с планеты, и для полета между планетами. Там работает компромис между атмосферными и вакуумными версиями.
Вы поймите, что поздно пить Борджоми, когда почки отвалились. Маск убежал вперед от Фальконов, которые для всех остальных остаются недосягаемой мечтой.
Вчера ездил в порт. Там действительно идет стройка корпуса завода СпейсХ. Афигенно -они реально строят завод для больших гребанных.
Маск таки увеличивал непрерывно уи в процессе совершенствования мерлинов, от первой версии 1а с 253с. и до последней 1д - до 286ти , .. только не говорите никому )
он непрерывно совершенствует двиги с успехом повышая уи - от 253с в Мерлин-1а до 286 в М.-1д
что сказывается благотворно и на ракете в целом )
Кроме того, не забывайте, что этот же двигатель работает и на 2-й ступени. А там более высокий УИ полезен.
Раптор делается и в атмосферном, и в вакуумном варианте, для полетов в межпланетном пространстве. Вот там действительно важно иметь высокий УИ.
На BFS они ставят 4 Раптора для вакуума и только 2 атмосферника. Поэтому Маск пошел на закрытый цикл с полным дожигом газ-газ.
Конструкция и характеристики определяются выполняемыми задачами, а не погоней за теми или иными «рекордными» характеристиками.
- рептора только ,,уменьшенная модель,, ( мерлин ? ) прошла испытания.
но в целом задачи для мастодонтов бфрс не определены - Маск только отвезти собирается, а обустраивать марсиян некому ?
,,шанхай,, абсолютно всеми критикуется, ... уж не звёздные ли войны готовят мастодонты бфсы ?
безрадостные успехи на фоне этого - космотуризмы на земные ресурсы собираются отели для нуворишей обустраивать - им на засранную землю плевать, ... ( ( (
мерлины с улучшенным уи ставятся Маском и на 1е ступени - очевидно уи не ,,вреден,, как минимум.
спасибо, ситуация немного прояснилась
Hispasat 1F is a heavy payload going to GTO (Geostationary Transfer Orbit) and will likely see Falcon 9 fly in her expendable configuration – though Block 4 upgrades may permit a hot entry ASDS attempted landing – sometime in December.
https://www.nasaspaceflight.com/2017/10/spacex-zuma-iridium-4-aims-vandenberg-landing/
Проверил: Hispasat 1F Launch mass in FCC filing is 6092kg.
Я так понял, что предполается Блок 4 с Мерлинами от Блок 5. Четвертый блок - переходный, постепенная трансформация FT в Блок 5. Движки, как говорила Шотвелл, если не ошибаюсь, в июле, получили значительный прирост тяги и УИ, а вес остался тем же.
Если предположения оправдаются, то в декабре мы можем увидеть посадку ступени после вывода на ГПО спутника весом больше 6 тонн. А значит для Блок 5 максималка ПН на НОО тоже значительно вырастет.
Пожуем - увидим.
Новости как-то каскадом пошли.
СпейсХ отсчитывает для многоразовости кол-во циклов вкл/выкл. На полигоне МкГрегор испытания Мерлинов на многоразовость продолжаются. До «разрушения» они пока не добрались, хотя движки отработали иммитацию уже 80 полных циклограмм полета, включая предполетные тесты. Но СпейсХ пока ограничивает цикл без восстановительного ремонт только 15 пусками. Потом «рефербишмент» и новый цикл. Теоретически, они рассчитали, что ступень будет в сертификационном состоянии не менее 10 «рефербишмент» циклов по 15 полетов. То есть, примерно 150 запусков на ступень.
Пока испытания показывают, что рассчеты СпейсХ черезчур консервативны и движки смогут без ремонта или замены отрабатывать, как минимум, 50-60 полетов. Потом их придется ремонтировать, заменять наиболее нагруженные узлы системы.
Речь о том и идет, что они совершили технологический прорыв и в конструкции, и в технологиях производства.
Как они этого добились - попробуйте вытянуть из них.
а на 16.10.2017 многоразовость - это двухразовость Х на три разА.
Где Блок 5, когда запустят, обещали ведь в этом году ?!
По мне, так лучше не заводить рака за камень БэФэЭрами, БэФэЭсами, Хэвиками, сравнениями с А-380 и т.д.
Осуществите хотя бы экономически эффективную семи-девяти-разовость, чтобы стабильно снизить цену запуска раза в четыре, тогда земляне вздохнут, увидят космическую перспективу и все скажут "да-а-а!...Маск-конкретный чувак!" ..И можно двигаться дальше
Щас тоже говорят ...но не все. Часть сомневается:-)
Москва не сразу строилась. Спешка хороша для ловли блох и при поносе.
Ребята работают, результат мы видим. С полигона тоже временами доходят новости и видео.
Мы 2 или 3 года смотрели, как на полигон прыгал Кузнечик. Каждый прыжок обсуждали.
Нам показывали как испытывают ступени Фальконов и даже тесты отдельных движков.
Маск гораздо более открытый, по сравнению с Безосом. Джефф обычно ничего не показывает и не рассказывает, а потом бац - Нью Шепард полетел и вернулся. 4 раза, между прочим. Одна и та же ракета.
А Маск и планы об’являет, и этапы их осуществления публикует. Удачи-неудачи-аварии-успехи - всё подряд.
Правда он вас не послушается. И никого не послушается. И побежит!
Потому что ему плевать на БОЛЬШУЮ ЭНЦИКЛОПЕДИЮ - ему нравится бежать впереди всех.
Как говорят грузины-" э-э-э-э"
Но это не уравнивает Форд Т 1925 года даже с современным фордиком, не говоря уже о более пристойных современных образцах автотранспорта. Не так ли?
Решение отказаться от шаттлов было частью решения закрыть МКС не позднее 2014 года. Усилия НАСА должны были быть сконцентрированы на программе Канстелейшн.
Обама всё переиграл, продлив программу МКС, но не продлив программу спейс-шаттл. Но и тогда еще был выход: Маск в 2012 году в Конгрессе подтвердил, что Дракон может быть адаптирован к пилотируемым полетам за 6-8 месяцев. Воспротивились в администрации Обамы и в НАСА. Там кто-то цеплял, я думаю, приличные откаты за продление использования Союзов для полетов астронавтов на МКС. Для НАСА собственная пилотируемая программа - это повышенная бюрократическая ответственность. Понятно, почему они тормозили и тормозят введение Дракона-2 в эксплуатацию. Они тогда, в 2012-м просто открытым текстом сказали СпейсХ «не торопитесь». И тогда Маск занялся Драконом-2.
Сейчас менять что-то уже поздно. Через год Драконы начнут возить астронавтов. Еще через год подянется и Старлайнер.
Я только надеюсь, что НАСА скоро разгонят и перестанут выбрасывать миллиарды на проекты, которые эти гандурасы неспособны и не собираются осуществлять.
это шутка, развивать тему не будем.
Вообще, в решении многих вопросов в Конгрессе и Сенате присутствуют факторы, далекие от рациональности.
Ну как, к примеру, Сенатор может поддержать решение о закрытии прогаммы, скажем SLS, абсолютно дегенративной, никому нахер ненужной и страшно затратной для бюджета, если завод по изготовлению ступени этой ракеты находится в его избирательном округе и избиратели работают на этом производстве? Его же просто не переизберут!
Другой вопрос, связан с коррупцией. Хилари Коинтон, например, гребла взятки из России лопатой, причем, почти открыто. После сделки по урану, в ее «благотворительный фонд» поступило около $60 миллионов от российско-канадского СП, которому эти бабки пришли из РФ.
Известно, что среди всплывших имейлов мадам Хилари была переписка с руководителями НАСА, в которой мадам рекомендовала космическому агентству «не проявлять излишнюю торопливость с пилотируемыми кораблями, сосредоточившись на соображениях безопасности». Крупнейший специалист по космическим кораблям давал указания...
но сейчас уже поздно налегать на Борджоми. А посадить Клинтоншу будет черезчур скандально.
Они, собственно, не жалились, но демонстрировали с какими трудностями приходилось сталкиваться и как они мужественно их преодолевали.
Американская тонна (короткая тонна) = 907,18474 килограммов.
Английская тонна (длинная тонна) = 1016,0469088 килограммов.
Регистровая тонна — единица, которой в судоходстве измеряют объём помещения, могущего быть занятым под полезный груз. Равна 2,83 м³.
Фрахтовая тонна — единица измерения размера фрахта. Для тяжёлых и компактных грузов равна 1016,0469088 кг, а для лёгких и объёмных грузов — 1,12 м³.
У Фалькона - 4,15%. Чувствительная разница.
тут дело в том, что Мерлины можно не дросселировать , или в меньшей гораздо степени - их же ведь 9 штук, можно попарно просто отключать для уменьшения тяги ,,лишние,, .
- соотвессно таких же «горящим взором» вьюношей понятен горячий ответ на сие , что «п****ы не были на луне».
пока ещё астронавты вынуждены путешествовать семь? лет уже на «дерьме» , и неуважение к вершине чел. мысли оборачивается неуважением к ним и всеобщим хамством - давайте может будем несколько бережнее в оценках )
Многокамерные движки вообще дрянь. Проблема в одной камере сгорания означает гарантированную аварию всей ракеты. А с несколькими однокамерными движками на ступени - есть запас надежности. 9-двигательный Фалькон может доставить груз на заданную орбиту даже с отказом 2 двигателей. Также и Сатурн-5. Помните, как у второй ступени Сатурна отказал сначала один, а потом второй J2?
Многокамерная констукция - это подпись под приговором «мы некомпетентны». Такие движки делали в 40-е и в начале 50-х прошлого века. Не могли сделать мощный однокамерник, не получалось.
Но делать это в XXI веке - просто отстой. Скажите спасибо Валентину Глушко.
даже не меняя турбонасос на 4 насосика перекрыть можно топливо в любую из камер и уменьшить обороты насоса.
на взгляд профи - аналогично : 4х камерный Рд170 успешно разделён на 2х камерные Рд180 и однокамерные Рд190, ну будет, ...
В многокамерных двигателях все камеры увязаны через общий турбонасос - малейшее отклонение в работе 1 камеры мгновенно отражается на работе остальных. Нельзя, например, отключить одну камеру, как можно отключить 8 из 9 движков Фалькона. Поэтому нельзя на многокамернике сделать возврат и пропульсивную посадку.
Много есть «нельзя» у многокамерных двигателей.
спасибо Валентину Глушко )
И да - Ваш А-1 еще то дерьмо по эффективности. А сам святой МАСК как то внезапно откатился ниже почему-то "некомпетентных" Глушковских 200 тонн на горшок/камеру.
спасибо, товарищ Ваня за Вашу светлую финансовую струю в наши мутные тех. рассусоливания )
Нельзя у многокамерного двигателя отключать отдельные камеры - там общий турбонасос. Либо все камеры синхронно работают, либо погасли.
У Фалькона 9 независимых движков. На входе в атмосферу работают 3 двигателя. При посадке - 1 отдросселированный до минимума тяги - это примерно 1,3 веса пустой ступени.
уи полезен, разумеетмся - или ж надо Стивену срочно информировать о его открытии «вредности уи» Маска - тот повышает «ошибочно») уи в новых модификациях двигов - заместо снижать )
Например, если мы сравним эффективность болида F1 с эффективностью инвалидной коляски, то наверняка выиграет коляска несмотря на убогий движок, который однозначно хуже чем у F1.
А что будет если мы на коляску поставим хороший движок? Нам придется усилить ее конструкцию, заменить тормоза, рулевую систему, построить каркас безопасности и т.д. и т.п. в итоге ее эффективность может серьезно упасть.
Очевидно, что зависимость эффективности ракеты от эффективности двигателя есть кривая с максимумом, зависящем от качественных показателей конструкционных материалов и конструкторских решений. Причем, чем выше качество конструкционных материалов (удельная прочность), тем выше удельный импульс максимума кривой.