CATS Prize: частное суборбитальное ракетопускание III

Короче, см. мотор на полиэтиленовой связке с применением октогена и серебряных проволочек, в предыдущей части - II.
Уд. импульс 260+, плотность 1.8, скорость горения до 80мм/с.

2Varban
ХА! 2-6-0-0 м/с? Я на 1200-1300 м/с закладывался...
В общем, на первый взгляд получается, что 15кг этого весьма солидного
фюела, заряженного в 8кг ракету, сделают работу... одной ступенью.
Voila! С запасом на сопротивление атмосферы и g.
Это вам, люди, однако, не "сахарный" ракетомодельный мотор с Isp 100...
Сечение ракеты 0.025м2, время горения 7.5с, переходные процессы не
учитывал, скорость истечения взял 2400м/с. Конечная скорость превысит
2.4км/с на высоте 7.5км. Макс. ускорение 55g.
Ракетная Ц-формула дает немного больший результат, чем численное
интегрирование - 2.65км/с.
Надо бы сопротивление посчитать и профиль тяги учесть. Но, думаю, если
зарядить не 15, а 20кг, то всяко разно докинем и даже перекинем.
Проблема с посчитать упирается в 1) сверхзвуковой хитропеременный Сх и
2) профиль атмосферы. Он, похоже, не совсем гравитационный, так как
температура на 25% меняется.

ДА! Раз горение торцевое, чем будем стенки-то защищать? Если абляционно,
то как это просчитать?

Какие пропорции заряда технологически удобны? Имеет ли смысл делать его
составным?
Вопросы про пропорции к тому, что хоть мотор и супер, а удлинение-то
приличное надо бы обеспечить.

Двигатель 2й ступени надо запускать, если налицо отказ пиротехнической "автоматики". Причем, до потери устойчивости за счет снижения скорости.
Видимо, падение ускорения.

Вопрос от внешнего баллистика к внутреннему (стучу по корпусу - есть там кто?)

Как скорость горения сказывается на параметрах мотора? Кроме скорости расхода массы еще ч-л меняется?
Я тут обнаружил, что расход на импульсе незначительно сказывается... (с точки зрения внешнего баллистика).

Есть, но вечерком постараюсь отписать, связь - хуже не бывает:(((((

Вопрос: по какому событию запускать движок второй ступени? По достижению определённой высоты, истечению времени, или выгоранию топлива? И какая временная диаграмма между выключением двигателя первой ступени, отстрелом первой ступени и включение двигателя второй ступени? В какой последовательности это происходит?

Varban,
обрати внимание на результаты подсчетов по предложенному тобой мотору! По моему, здорово! Надо считать точнее...
На что вообще похож профиль тяги?

И сопротивление на сверхзвуке?
Вроде тут толпа народу из авиационных институтов, подсказали бы чайнику...

© LBS

Продолжение топика CATS Prize: частное суборбитальное ракетопускание II

В этот раз топик начинает ветвится, что хорошо.
Предлагаю здесь обсуждать общие принципы и вопросы решения задачи.



[Редактировалось varban (23-07-2000 в 02:06).]

>Это вам, люди, однако, не "сахарный" ракетомодельный мотор с Isp 100...

Как раз из моих ракетомодельных двигателей схема верхней ступени - только у меня даже бессопловые давали порядка 150...160 единиц, а с соплом - за 200. Отдельная тема, но в 1989 году неоднократно и намного перекрывали мировой рекорд на подъем стандартного груза ФАИ на высоту - неофициально, на полигоне, с собственными двигателями. Потом тему прикрыли:((

Профиль тяги считать прямоугольником - 20 kg за 10 s дадут 520 kgf тяги или 5,2 tf*s суммарного импульса.

Кстати, появились проблемы со схемой двигателя - в своем стремление делать максимальную конструкцию я допустил ошибки, непростительные даже студенту! Заряд-то неэластичный! А корпус дышет под давлением. Придется делать вкладной заряд, а все мои массовые и прочностные расчеты - коту под хвост!

Перед угрозами страшной смерти Ball уступил и кинул бумажную картинку (в письме!!!) на закон об изменении Cx, применимый для ракет. Дело в том, что у меня есть только законы Сиаччи и 1943 года, а они для снарядов. Закон для тел, похожих на ракету...секретен! Блюстителям секретности потороплюсь сказать, что Ball вульгарно отксерил страницу открытой книги, а название послал. А Ball-у выражаю свое неудовольствие - ты же вроде престижный ВУЗ кончал, мог бы и потрудиться регрессионную формулу послать или хотя бы таблицу. 15 лет назад вроде умел;)

К вопросу о чайниках... Что такое профиль тяги? Сх -это и есть сопротивление? А то я ж не из МАИ

Рассказываю поподробнее, что у меня были за проблемы с двигателем. Связка полиэтилен/полиизобутилен ограничено эластична. Не годится для прочноскрепленного варианта. Я ее применял на совсем уж микрогабаритные движки - 20, 40 и 80 N*s суммарный импульс - для моделистов. Там все было вполне благополучно. Думал - ну килограмма до два дойду при малом калибре - там корпус не так деформируется, => не будет опасность расслаивания, тем более если сделать переходной слой из пены под давлением.
Очень хитрая технология, отработана тоже на микрошах - в промеждуточный слой вводится вспениватель, который срабатывает при повышенной температуре, слой наносится на заряд, затем, как на болванке мотается корпус, полимеризуется и после полного отверждения все хозяйство нагревается для вспенивания подслоя. Естественно, давление повышается, заряд сжимается, а корпус - растягивается. Самое главное - не переборщить, а то и разорвать обечайку можно. В принципе доводили технологию с одним лаборантом чуть ли не в подполье, но тогда был молодым и аккуратным - мех. прочность слоя и адгезию успел определить. Работа была несекретная, записки вел в личном блокноте, вот и посмотрел на характеристики, после окончания расчета:( Не тянем, если диаметр камеры больше 40 милиметров:(((. А у меня калибр - 150. Элементарные ошибки... Видно, давно не брал в руках шашку;) А получалось - загляденье. Ракета с рекордным массовым совершенством для своего класса - около 85% от массы - топливо!
Придется переходить на вкладную схему снаряжания. А корпус все равно предлагаю из стеклопластика, чтобы можно было не спускать ничего - груз (в виде проволочек) выстреливается из контейнера, а потом - самоликвидация. Корпус дробится на полоски - там 3 или 4, и на земле ничего опасного не падает. Кстати, выпускать проволочки надо в верхней точки траектории, когда вертикальная скорость равна нулю - как? Вопрос к БРЭО;)

Профиль тяги - R = f(tau), где R - тяга, tau - время. Попросту - в нашем случае двигатель мгновенно выходит на заданную тягу и мгновенно отсекается. Это далеко не так, но считать удобнее, да и точность не сильно снижается.

О Cx - это не сопротивление, а коэффициент лобового сопротивления. Надо бы рассказать, что это такое:

>Вроде тут толпа народу из авиационных институтов...

Вот и рассказали бы, а то за меня столько долгов, что не успеть до конца года все написать.

Может, я насчитал чего не так, но с импульсом 260 и более можно барствовать и сибаритствовать. Например, сделать двуслойный титановый предварительно напряженный корпус. Очень жесткий.
Ну и вернуть его.
А без самоуничтожения никак нельзя?


[Редактировалось LBS (24-07-2000 в 21:34).]

Ракета с самоликвидацией настолько напоминает боевую, что мороз по коже.
Может, не будем взрывать? Я понимаю, тебе хочется ленточных зарядов попроектировать...
Прикидки показывают, что установившаяся скорость 10кг ступени с 1м пузырем (a la Фрегат на уровне моря будет менее 30км/ч. Даже при Сх=1. Может, оно и ладно?
Кстати, было бы четровски интересно большой такой пузырь устроить, чтобы ступень внутри него оказалась. Тогда точно ничего взрывать не надо. Ну получит кто такой штукой по голове... не страшнее, чем волейбольным мячом (соотношение тормозное ускорение/масса такое же).
Кстати, если 2 ступени, то нижнюю из них тоже по ТБ положено того, спускать в виде осколков?

И вообще, никак не дождусь чьей нибудь реакции на результаты подсчетов.
Во! В неподвижной системе отсчета тяга мотора от скорости ракеты точно НЕ зависит?
Что-то мнительным я стал к 30 годам... В F=Pdot не верю...

2Ball
Если ты такой умный, почему строем не ходишь?
Иди на форум;)
Предлагаешь двухслойную напряженную силовую оболочку из стеклопластика-титана. Вот взял бы и посчитал бы. Мне кажется - не сделать.

2LBS
С ходу трудно оценить, но это альтернатива ленточному парашюту. Не знаю как греться будет это хозяйство. На 200 km воздуха почти что нет. ускорится это дело здорово.
Знакомый баллистик (не Ball) проверил влияет ли на результатов расчета реальное поле тяготения Земли. Влияет на уровни процента-другого. Так что можно считать, что ракета летит в постоянном поле с g=9.81.
Тяга ракеты не зависит от скорости никак.
А и первую ступень положено не валить на головы людей;)

Кстати, тут есть смысл подумать насчет унификации двигателей - хотя бы одного калибра делать. Одинаковые камеры - было бы здорово, но врядь ли получится - слышком невыгодно энергетически.

О самоликвидации: Я из каких соображении исхожу - на земле можно только ликвидацию отработать. А парашют, "пузырь" или там стриммер - сомнительно.

Кстати, кинетическая энергия такой ракеты опаснее ленточных зарядов - представь себе 10 кг с V=2000 m/s. Бронебойный снаряд, да и только.
Если прямой наводкой шарахнуть, только танк устоит.

Ага! обсуждают scotto voce мои любимые двуслойные напряженные оболочки..

Про 10кг на 2 км/с. В плотных слоях оно затормозит до 1/10...1/2М, даже если будет валиться носом вниз. Энергия уйдет в атмосферу, 90 проц. минимум. Короче, сначала атмосферу потараним, а уж потом чью-то голову. Ну или там танк.

Однако, придется AeroLAB запускать. Образрвавать про сопротивление никто не хочет... А как же сопротивление стабилизатора считать?

Про переменное g это ж очевидно... да и не беспокоился я насчет него...
Я наверное имел ввиду ускорение ракеты на активном участке в единицах g?

Короче, Варбан, получается одной ступенью. Только соптимизировать стартовую массу и тягу надо. Так что про вторую можно завязывать потихоньку.

Если недотянем маленько, то можно стартовый баллиститный "бочонок" из толстого железа снизу приделать. Такой ведь просто делать?

Пузирь отрабатывается вполне. Путем "продувки" посредством буксировки автомобилем. Или катапультировать вниз резинкой со строящегося 50м здания.
Надувание - что бы не отработать? Заряд сделать на наддув +1атм от номинала. Запасы прочности 10-кратные с учетом ударных нагрузок. Что там может не сработать?

И вот еще. А если ликвидатор тяпнет, это опаснее нештатного зажигания или там детонации двигателя?

Еще тема. Нравятся мне модельные гибридники своей поистине дубовой простотой. Чисто механическое изделие, делается на коленке. Нельзя ли эту конструкцию гипертрофировать до нужного нам размера?
И чтоб импульс был 200+ ?
Самое взрывоопасное в нем, неработающем - баллон сжиженной NO под давлением 45атм при 20С, так это совсем не проблема. Он даже не нагревается, а охлаждается при работе от интенсивного испарения.
Это схема наддува как в маломощных "вонючих" моторах, да?
Есть некоторая дубоватая американская схема счета таких гибридников, хочешь пришлю?
Мне кажется, основная проблема - обеспечение "плотной" реакции, полного сгорания компонентов. Как я понял, это достигается путем регулировки скорости впрыска окислителя в канал заряда. Как я понял из сопоставления экспериментальных и расчетных параметров, эта величина составляет 0.8-0.9 массы обоих компонентов!
Вот вопросец. Как по твоему, ПВХ горит только на поверхности или поверхность разрушаются и мелкие частицы догорают уже "на лету"?
И как такое сказывается на параметрах мотора?

Подумал тут вот... дилетантизм мой по обсуждаемой теме так же бросается в глаза, как мне режет оный глаз же добрая половина трепа в БРЭО...
Кстати, Alerxandro молодец, обратил внимание на проблему "гипотенузы".

Одной ступени не получится! Двигатель не выдержит время работы, больше чем в 10...20 секунд. Я чро такое 2500 m/s в плотных слоях? Надо две ступени - пусть одна вынесет изделие выше плотных слоев, а вторая - пусть разгоняет до 2000 м/с (но пока есть еще атмосфера, а то стабиллизация прикажет долго жить!)

О пузыре - в соответствующем топике мало-мало написал. Давай и ты туда.

На баллистите можно строить двигатель, только если достать заряды. Согласен, его легче отработать, чем рекордный с композитным корпусом. Но унификация великая вещь - зачем делать второй, даже простой. Проще обойтись одним, подработав слегка форму заряда для увеличения тяги. Это, если расчеты позволят.
И еще - рано я начал считать - тут концепция ой как еще не ясна. И мне, по моторам, и по всей ракете.

О нештатных срабатывании самоликвидатора - в соотв. топике написал.

2varban

Я так понял, давление и температура взаимосвязаны со скоростью горения в
обе стороны.
А можно вот так сделать?
Проволочки закладывать не на всю длину, а например на 60% заряда от
днища мотора.
Для компенсации снижения полного импульса увеличиваем массу.
В результате плотные слои (например, до 10км) пройдем на "малом газу",
затем преходной режим 1сек и "полный газ", и скорость уйдет за 3М уже
при давлении типа 20кПа.
А время горения при этом будет 11-13с вместо 7.5с (см. предыдущий
подсчёт), причем первая половина при пониженном давлении и температуре.
Цифры почти от балды, кроме самой последней.

Чем не унификация?
Минус одна ступень, а нижняя ступень - это та же ракета только без
обтекателя и блока брэо.

Если дашь мне скорости истечения и горения с проволочками и без, а так
же ресурс мотора, то я могу зарядить всё в свою численноинтегрирующую
таблицу и посчитать, чтоб былО оптимально.

Топливо с октогеном - так это ж детонирующее топливо! Как в боевых
ракетах, например,
пзрк Стрела 2 А если грохнется оземь? Ну или попадет в
автомодорожное происшествие при перевозке? Это всё ниже предела детонации?
А много октоген добавляет по части Isp?
Если его убрать, то этот супермотор может сравняться по показателям с
той констрюкцией, что меня заинтресовала своей дубовостью и
безопасностью (и без всяких там асфальто-мешалочных проблем) - см. выше.
Взрывоопасность и вонючесть на уровне баллона пропана, заряд горит
изнутри, греется при работе
1/3 ракеты (2/3 охлаждатся!), топливо продают в магазинах "Всё для
ремонта" (правда не того типоразмера) и даже тяга регулируется, включая
аккуратную аварийную отсечку, без фейерверка.
Только вот импульс не фонтан, 175-200 (экспериментальные цифры, не расчетные).
Счас прикину, можно ли на этом улететь..
Прикинул. Можно, но сложно. Битва за вес, однако, и старт вялый - типа
60кг масса, 7g ускорение.
Конечная масса 10кг. Анизотропный стеклопластик, блин. Но зато если
регулировать тягу, можно сэкономить известное к-во топлива в плотных слоях.

А вот чем мне мотор M200Н1 нравиться, с его 2.6км/с из сопла и 1.7
плотностью, так это что на массовое совершенство в общем-то наплевать,
хоть 10кг ГЧ на него привесь и еще запас по высоте останется...

Кстати, Варбан, не желаешь поделиться формулами по Cx на сверхзвуке,
которые ты вытянул у Ball'a? Закинь, будь добр, на мой e-mail в том же
виде, т.е. написано от руки на бумажке, отсканировано и ужато. Мне
кажется, с дозвуком и связываться неинтересно, т.к. 200Н 1М достигнет на
высоте менее 500м... так что до старта надо уши заткнуть, а рот
открыть... или находиться ближе полкилометра от старта.

Последний вопрос. Сколько сопловой блок для 200Н весить будет?

Проволочки вообще-то закладывают во всю длину заряда, но в нашем случае можно - они закладываются между витками полотна. И можно их закладывать не во всю длину, а хоть штрихпунктиром:) Если серьезно - здесь открывается широкое поле эксперимента - можно сделать даже двумя-тремя ступенями скорость горения путем применения разных проволочек - серебро-медь-алюминий. Ты молодец - грамотно рассуждаешь! А вот импульс из-за изменения рабочего давления в камере ненамного изменится - на пару процентов. Впрочен, надо посчитать.

>Цифры почти от балды,

Вот тут ты imho ошибаешся - плотные слои считаем до 20...30 км? или даже до 50? Посчитай, как ракета пройдет эти километры даже за 20 s! Скорость-то опять гиперзвуковая!

Об унификации - точно это имел ввиду:
> - а нижняя ступень - это та же ракета только без обтекателя и блока брэо.

И добавлю - с другим профилем тяги - за счет проволочек или пропилов в бронировке

>Если дашь мне скорости...

Все дам, только давай сначала остановимся на что-то твердое - третый раз пересчитываю;(
И еще винду переставлял - пока в математическом плане еще не приручил.

Топливо с октогеном может быть детонирующим, особенно если содержание выше 20%. А вот в ПЗРК Стрела-2...10 применяется недетонирующее топливо. Только в ПЗРК Игла топливо детонирует от боевого заряда. Кстати, совсем немного таких ракет в мире.
Насчет перевозки - раз на вооружение Игла принята, то это означает, что топливо безопасно в обрашение. Фраза "с 7 метров на угол об бетон" - это отнюдь не преувеличение. Другое дело, что если какой-то из детонаторов сработает, и ракетное топливо перейдет в детонацию. А у нас это-то недопустимо. И зачем?
А октоген добавляет около 50 N*s/kg к импульсу хорошо скомпонованного (так говорят!) топлива. Другое дело, что к селитренному он и 200 добавит. Так что ты снова прав - убирая, не проигрываем сильно, а безопасность и мороки резко снижаются. Да и потом - это компонент, который частные лица не купят так просто - я в шутку сказал, что у друзей выклянчу.

А если ты настаиваешь, давай прикинем, насколько реально использовать гибридку - показатели будут как у баллиститного мотора, кстати, без преимуществ. Потому как проще двигателя на баллиститном топливе еще никто ничего не придумал. Проще него - только китайский, и то только по конструкции - если хочешь сделать именно заданный - мозги свихнешь от расчетов! - критический диаметр "сопла" меняется!

>М200Н1 - индекс двигателя первой ступени? Если так, подходяво:)

Закину закон в понедельнике или вечерком в табличном виде: Сх от М

>Последний вопрос. Сколько сопловой блок для 200Н весить будет?
А черт его знает. Он-то в последнюю очередь считается. Килограмм - не больше, если калибр под 200 mm и срез сопла - по калибру. Он же тоже композитный должен быть, с вставкой из пирографита, как у Стрел.

[Редактировалось varban (07-08-2000 в 00:42).]

> А вот импульс из-за изменения рабочего давления в
> камере ненамного изменится - на пару процентов. Впрочен, надо посчитать.

Я так думаю, что при изменении давления изменится также температура, а значит и скорость истечения, к-рая весьма сильно влияет на импульс, т к это практически одно и то же.
Или Tc зависит только от природы компонентов?

Про плотные слои. Их "плотность" - диссипация энергии - зависит от скорости, на коей их проходить, от сечения ракеты и, кажется, от конструкции стабилизаторов, т к они, однако, создадут бОльшую часть скачков уплотнения/разряжения.
Помещаю в "справочник" таблицу атмосферного давления. Сам суди, докуда они там плотные слои.
Но в общем, думаю, можно методом грубой силы действовать... Недаром у мощных любительских ракет конусы с тугоплавкими наконечниками.
А так, попробую сообразить оптимальный профиль тяги.

Возможен занятный эффект изменения аэродинамического удлинения конструкции за счет выхлопа, истекающего с заднего конца (нижнего т.е.) А это снижение сопротивления.

Кстати! Про перед и зад мотора! Вот кальмар, головогогое такое, довольно вкусное (обожаю), плават под реактивной тягой головой назад! И компоновка у него - "утка" с несущим фюзеляжем...

Для стабилизации скорости проворачивания (закрутки) можно применить роллероны как на пзрк.
Как они действуют, не понимаю, т к не представляю их конструкцию/геометрию и слабо разбираюсь в динамике гироскопов.

>М200Н1 - индекс двигателя первой ступени? Если так, подходяво:)
Неее, первой ступени будет M200H1.1

Давай посчитаем как пойдет с ГИБРИДКОЙ.
Туго, конечно. Плотность получается около 1, размер огого, уд. импульс 170-200, что неприятно сказывается на стартовой массе. Теперь я понял, как важна плотность компонентов.

Но зато - очень простой, дешевый, технологичный и безопасный с виду мотор.
Труба с перегородкой, верхняя часть - бак с налитой туда NO, наддутый парами, давление до 55 атм при 20С, в перегородке дыра с пироклапаном, в нижней части - шашка, выточенная из ПВХ, с центральным каналом, ниже - сопло. Могу тебе свалить расчет такой штуковины.
Думаю, что при наших размерах конструкция с одним каналом будет не особенно хорошо работать, с неполным сгоранием. Нужно либо форсунку сорганизовать, либо несколько каналов.
С зажиганием не разбирался.
Выхлоп имеет весьма неприятный запах.
В моделях в качестве материала применяют алюминиевые или дюралевые трубы.
55 (70 для надежности) атм будет держать плотный стеклопластик 2-2.5мм. Если применить анизотропную стеклоткань (вдоль ракеты слабее), то стеклопластик будет на 20% полегче обычного.
Законцовки делать непонятно как.
Кстати, у амов, похоже, есть такой бизнес - заказные детали из углепластика, по совершенно удивительным ценам. Школьнику денег хватит. Вроде уже С2 (структурный тип углеродных волокон) процесс освоили, так там вообще bargain получается.

NO вроде как "биологически активный" компонент, ненамного ядовитее N2O. Говорят, баллон с жидким кислородом намного опаснее. Где эту штуку берут - понятия не имею. Вроде бы, промежуточный продукт при производстве азотки, бывает в 1000-тонном количестве, но чтоб чистая окись и сжиженая, в баллоне - такого не встречал. Могу спросить у коллеги, у него родители на хим. пр-ве работают.

Ешо про сопло. А как проще делать - 3х70мм или 1х200мм?
То есть, в случае гибридника, каждому топливному каналу - свое сопло...

Да! ЦМ у гибридника в полете на так сильно смещается, стабилизировать проще.