Ракета легче воздуха

hcube>Мне вот тут в голову пришла ценная мысль : можно сделать ракету легче воздуха.

А мне, как всегда, пришло в голову усовершенствование
Зачем иссушать мозги и рессурсы аэроспейса?
Берем простую ракету, подвешиваем к стратострату и пускаем в стратосферу. Там РД и запускаем
А водород из стратострата выпустим - поверь, это легче, чем его сжимать до давления в камере сгорания ракетного двигателя

Ну, как тебе твоя идея?

Дело не только в аэродинамической нагрузке на корпус носителя, но и в инерциальной нагрузке, если разгон проводить с очень небольшим ускорением, то время работы двигателя будет настолько большим, что его ресурса попросту не хватит, еще встает вопрос о прочности кислородного бака, к которому крепится сама ДУ. Да еще встает проблема, как обслуживать это хозяйство на земле, а так как стенка водородного бака очень тонкая, то следовательно и ТЗП нет, отсюда вытекают большие потери водорода.
Вообщем проблем гораздо больше, чем перспектив.

Мне вот тут в голову пришла ценная мысль : можно сделать ракету легче воздуха. И с очень некислым массовым совершенством.
Бак водорода - продолговатый пузырь из стальной пленки, настолько тонкий, что держится только за счет избыточого давления водорода в 1 атм. Снизу к нему пристыкован бак кислорода, сделанный по той же технологии, только давление в нем повыше - 2-3 атм, что дает некоторую жесткость. Да, снизу - кислород-водородный двигатель. Всё это в целом образует аэростат легче воздуха. Старт выглядит следующим образом : ракету отпускают, она всплывает до уровня 25-30 км, а дальше идет на малой тяге двигателя, компенсируя падение давления (и соответственно подъемной силы) этой тягой. На высоте в 50-70 км двигатель включается на полную мощность, и набирает орбитальную скорость. Штука сбрасывает груз с соответствующим РБ, и подходит к МКС, где ее упаковывают в чемодинчик и отправляют ближайшим шаттлом на Землю.
Всё. Можно ругать.

hcube>Мне вот тут в голову пришла ценная мысль : можно сделать ракету легче воздуха. И с очень некислым массовым совершенством.
hcube>Бак водорода - продолговатый пузырь из стальной пленки, настолько тонкий, что держится только за счет избыточого давления водорода в 1 атм.

Я конечно не копенгаген в водородах разных, а с точки зрения пожарной безопасности эта штука того, не будет полыхать аки Цеппелин на заре авиации?

Хм..а несмотря на всю бредовость, идея то отличная!
НЕ надо делать ее жесткой Пока она летит как стратостат - она мяконькая, и на Земле давление в ей - атмосферное(±), а вот на высоте 20-25 км, она не РАСШИРЯЕТСЯ, как все приличные аэростаты, а ...просто давление внутри остается ТОЖЕ, 1 атм или 1 кгсм2. Ведь именно так был сделан лунный модуль Аполло, стенку которого на Земле можно было пальцем проткнуть И РД у ей НИЗКОГО давления -ведь сопло можно огромное сделать. Можно еще водород ионизировать и добрать Уи за счет работы на МОЛЕКУЛЯРНОМ водороде.Так что стеночку можно сделать НАИЛЕГЧАЙШУЮ, пленочную.

Ник

Единственное НО - насколько тонкой можно сделать стенку? В современных высотных аэростатах вес стенки равен весу воздуха в объеме... правда, воздуха разряженного, на 0.1 атм. Соответственно, водорода будет по весу меньше... раз в 10, и получится массовое совершенство низкое. Соответственно, стеночка должна быть потоньше. Но не просочится ли тогда через нее водород в кислородный бак? И реально ли вообще сделать такую стенку?

Правда, в качестве ПН может выступать и сама стеночка - на нее вполне можно напылить СБ, и полученное электричество использовать для привода ТНА, например..., а на орбите порезать на полоски и использоавть для питания ПН... или порезать на две половинки и использовать как солнечный парус... или как противометиоритный щит...

Я повторяю свой вопрос:
Какое давление в камере сгорания выбираем и как будем сжимать водород (да и кислород заодно) до такого давления?

Замечание: существующие ТНА качают жидкие компоненты, так что на них не засматривайтесь.
Просмотритесь к вентиляторам низкого давления и к турбокомпрессорам воздушно-реактивных двигателей.

Дополнительный вопрос:
Сможет ли такой пепелац (с мягким баком) работать вне атмосферы.
Допустим, что сверхпрочной и легкой пленкой нам удасться добиться давления на входе в компрессор 0.001 от атмосферного...

Еще вопрос:
В случае жесткого бака, как будет меняться давление на входе компрессора при выкачивания газа из него? Сколько газа останется в баке к моменту помпажа компрессора?

Вопросы риторические.
Ответив на них можно убедиться, что единственный мало-мальски реальный пут использования аппаратов легче воздуха - это подъем (небольших) ракет.
Кстати, помните, что одна компашка, нацелившаяся на Cats prise, планировала использовать связку иь метеобалонов для подъема ракеты на 20 km?

Ммм, а почему бы вам для начала не сделать хоть какие-то расчеты?

Между прочим плотность газообразного кислорода больше плотности воздуха, а воторода там по массе в 6 раз меньше, чем кислорода.

Давайте считать, пусть ПН - 1 тонна, движок и все оборудование то же 1 тонна.

Для начала сколько кислорода/водорода надо для вывода на орбиту этих 2 тонн? Ну пусть ХС - 9 км/с (хотя гравитационные потери будут чудовищными). а импульс 4500 м/с, тогда отношение массы топлива к массе ПН 7,38, масса топлива 14,77 тонны, при соотношении компонентов 5,5:1 кислорода 12,49 тонн, водорода 2,27 тонн.

Моль кислорода при НУ весит 32 грамма, моль водорода - 2 грамма. Всего молей получиться 1525312,5, а объем в м кубических 34167. Вес соответсвующего объема воздха - 44,23 тонны, соответсвуенно подъемная сила нашего шарика с невесомыми стенками ~27,5 тонны.

Мне не хочеться заморачиваться с неявной функцией веса баков, сами считайте ее, однако для существующей системы я все же бак (он же шар) посчитаю

Итак, объем 34167 м³, что соответсвует шару радиуса 20,13 м. Как известно шар - это наилучшее решение, так что посчитаем для него пока.

Площадь этого шарика 5090 м². Если делать из аллюминиево-магнивой пленки с плотностью 2,0 и толщиной 0,1 мм то вес оболочки составит 1018 кг - всего-то. НА самом деле учитывая все - раза в 2 поболее, но тоже по-божески.

Осталось только расчитать вытержит ли эта пленочка 2 тонны нагрузки внизу? Насколько жестка бужет конструкция - не наденеться ли на дижок этой медухой при разгоне. у и наконец - можно ли вообще работать в "весомости" с такой пленкой?

То есть сам по себе он сможет взлететь примерно до высоты, на которой давление - 1/3 атм. Сколько это бишь по стандартной таблице атмосферы?
Относительно 'наденется' - я же говорил, бак (он же пузырь) - по пропорциям примерно как у Энергии. Да и по размерам, кстати, похож. Внизу - более прочный кислородный бак, в котором избыточное давление повыше. Двигатель с низким давлением, никаких там 30-40 атмосфер! Одна, одна с половиной - вот примерно сколько. Подача топлива - инжекционная, в качестве источника давления используется кислород. По мере выработки давление, ессно, падает , тяга, соответственно, тоже , вместе с нагрузками.
P.S. Люди, какой УИ будет у такого низкодавленного двигателя? Сильно упадет?
И еще вопрос - сможет штуковина затормозить об атмосферу?

CaRRibeaN>Итак, объем 34167 м³, что соответсвует шару радиуса 20,13 м. Как известно шар - это наилучшее решение, так что посчитаем для него пока.

А ЦИЛИНДР - лучшая форма для РН Кстати, подъемная сила водорода на уровне моря -1,140 кг/м3.

CaRRibeaN>Площадь этого шарика 5090 м². Если делать из аллюминиево-магнивой пленки с плотностью 2,0 и толщиной 0,1 мм то вес оболочки составит 1018 кг - всего-то. НА самом деле учитывая все - раза в 2 поболее, но тоже по-божески.

Существуют МАЙЛАР, ЛАВСАН и ДАКРОН. Плотность ихняя 0,95-0,97, прочность ВЫШЕ, чем у металлов, непроницаемость достигается нанесением спецпокрытий (например тефлоновых). Кстати, дакроновый ПАРУС, который не рвут все ветра -как раз 0,1 мм толщиной. Так что 1 атм он выдержит

CaRRibeaN>Осталось только расчитать вытержит ли эта пленочка 2 тонны нагрузки внизу? Насколько жестка бужет конструкция - не наденеться ли на дижок этой медухой при разгоне. у и наконец - можно ли вообще работать в "весомости" с такой пленкой?

Так ить работают А в момент кады ей надо будет ракетой обернутся -у нее запасик по жесткости в 1кгсм² будет

hcube>Двигатель с низким давлением, никаких там 30-40 атмосфер! Одна, одна с половиной - вот примерно сколько.

Смело Зато тяжелое сопло не нужно - просто дырку оставим. Так или иначе не будет достигнута критскорость.

> Подача топлива - инжекционная, в качестве источника давления используется кислород. По мере выработки давление, ессно, падает , тяга, соответственно, тоже , вместе с нагрузками.

А половина топлива останется неиспользованной hcube>P.S. Люди, какой УИ будет у такого низкодавленного двигателя? Сильно упадет?

Навскидку - в разы.
Я такие давления считать не умею. Необходимое условие для моих расчетов - гарантированное достижение критскорости.
Кстати, в случае недостижения критскорости на давление в камере сгорания будет влиять внешнее давление.

Кстати, знаешь во скольку раз надо увеличивать объем камеры для сохранения тяги? В нулевом приближении - во сколько именьшил давление.
А охлаждать чем будем?

Не-а! Ракета-то взлетает! И давление у нее за бортом падает. Если на орбите останется 0.05 атм. в баках - это будет нормально?
И, кстати, УИ - он зависит от скорости истечения, так? А скорость зависит от температуры и соотношения давлений в КС и за бортом (давление-то за бортом того... от 0.3 атм и ниже... вплоть до нуля)? А температура - только от теплотворной способности пары кислород-водород?
Кислород для 'атмосферного' участка оно сможет, вообще-то, брать из той самой атмосферы, сквозь которую летит , так что на малой тяге можно использовать не ГРД, а ПВРД. На водороде. С одним и тем же соплом, что и у ГРД. И охлаждать тоже получится водородом - его, к примеру, при старте можно (и нужно) в баке захолодить. Или не нужно... обмерзать будет... Опять же, при расширении водород тоже должен охлаждаться...

P.S. ПН мала, зато какой блеск запуск! Практически нужен один ядерный авианосец с газгольдерами и электролизером, он же контрольный пункт. Доставляем на него оболочку, двигатель и ПН транспортным самолетом, собираем, надуваем и запускаем. Если что и рванет при включении двигателя - то в 20 километрах над головой . Можно будет выловить ПН из океана, заказать еще один ракетостат и пускать заново ). Разве только курить нельзя на борту ;-((

Сначала надо поинтересоваться, в какой области давления горит смесь водород-кислород, а потом обдумывать детали
Но в вакууме - точно не горит

А удельный импульс при прочьих других равных условиях зависит от отношения давления в камере и на срезе сопла в степени около 0.25.

Nick_Crack>Существуют МАЙЛАР, ЛАВСАН и ДАКРОН. Плотность ихняя 0,95-0,97, прочность ВЫШЕ, чем у металлов, непроницаемость достигается нанесением спецпокрытий (например тефлоновых). Кстати, дакроновый ПАРУС, который не рвут все ветра -как раз 0,1 мм толщиной. Так что 1 атм он выдержит

Нашел вот - пленка как раз на одну атмосферу из дакрона весит 170 г/м²

Т.е. 5090 метров будет весить 865 кг. Если вы не верите - приводите ссылочки. Да еще надо не забыть про вес покрытия "противоводородного", иначе это дело будет на глазах сдуваться (тонкий полиэтеленовый пакет, с толщиной стенок 0,3 мм наполненый гелием при совсем не большом добавочном давлении - что-то порядка 0,1-0,2 атм сдулся за 10 часов на моих глазах, шарики из резины такой-же толщины, а то и потольще, тоже с гелием, сдувались за сутки).

Nick_Crack>Так ить работают

Так ить металлические (т.е. изначально гораздо более жесткие, чем органические пленки) стенки определенной конфигурации работают, а не аморфная конструкция. И наддув там посерьезнее - несколько атм, а не <1.

Nick_Crack>А в момент кады ей надо будет ракетой обернутся -у нее запасик по жесткости в 1кгсм2 будет

Это как это? Ты модуль жесткости посчитай

Nick_Crack>А ЦИЛИНДР - лучшая форма для РН Кстати, подъемная сила водорода на уровне моря -1,140 кг/м3

А по массе все же шарик лучше, да и цилиндр именно потому что через атмосферу прем, а так лучше шар. По весовым показателям.

Насчет подъемной силы - не забывай что там кроме водорода еще кислорода дофига, который тяжелее воздуха.

CaRRibeaN>Это как это? Ты модуль жесткости посчитай

Нет не посчитал Но посчитал другое:

Пепелац "ПуХ-Тучка-Энергия"
Высота -100м (метеозонды и выше бывают)
Диаметер -20м
Объем -32000м³
Две КОАКСИАЛЬНЫЕ ОБОЛОЧКИ
Внешняя - площадь 6200м²
Внутренняя- площадь -3800м²
Масса 1м²-200гр.(170 дакрон+30 тефлон, время диффузионной безопастности - 4 часа)
Масса оболочки - 2 000 кг -2т

Объем Н2 -22000м³
Объем О2 -10000м³
Подъемная сила Н2=25 000кг -25т.
На конструкцию и ПН - 23т.
Но сей "ПуХ-Энергия" - НЕРЕАЛЕН!
Почему?



Ник

varban>Берем простую ракету, подвешиваем к стратострату и пускаем в стратосферу. Там РД и запускаем

varban>Ну, как тебе твоя идея?

Это старая идея. Причем японцы уже пытались ее осуществить аж в 84 году. Только у них обломилось Аэростат не поднялся до расчетной высоты.

Если о более скромных высотах, не только японцы.

>Но сей "ПуХ-Энергия" - НЕРЕАЛЕН!
Почему?

Может потому что вы его не считали? Итак - радиус 10 м, соотвественно площадь для внешней оболочки, крышек 2*3,14*10²=628 кв м, обечайки - 100*3,14*10=3140 кв м, в сумме 3768.

Откуда вы взяли число 6200 ума не приложу

Теперь объем, очень просто 314*100=31400

>Объем -32000м3

Согласен.

>Масса 1м2-200гр.(170 дакрон+30 тефлон, время диффузионной безопастности - 4 часа)

Как я понимаю про массу тефлона, и диффузионную безопасность высосанно из пальца по моим и подобным примерам?

Ну да хрен с ним.

>Масса оболочки - 2 000 кг -2т

На самом деле даже меньше.

Объем Н2 -22000м3
Объем О2 -10000м3

Из последнего можно сделать вывод, что внутренюю оболочку вы сделали радиусом 5,64 м, соответсвенно ее площадь будет 1972 кв м, вес ~400 кг.

При давлении во внешнем коаксиале 2 атм, а во внутреннем 3 атм (допустим, уж по максимуму) получаем веса
H2 - 3928 кг
O2 - 42857 кг.

Я конечно не такой спец в кислородно водородных...ммм. ГазРД, но соотношение коспонентов 1:11 мне кажеться завышенным Как вариант - сделать оболочки равного давления - тогда получиться соотношение как раз нормальное наверное на это и проектировалось Итак - окончательно кислорода 21428

Окончательно вес заправленной баковой системы - ~1000+~500+25356=26856

>Подъемная сила Н2=25 000кг -25т.

Гм, я заправил при большом давлении, у меня при объеме 32000 м³ получился вес ~30000 кг, с ПН если считать, то подъемная сила ~11500 кг.

Кстати при массовом совершенстве 30/5=6 удельный импульс потребный для выхода на орбиту 551 американская секунда Придеться наш шарик фтором надувать

Представляете что будет если на этот шарик сядет птичка, и он лопнет?

ratman> Я вот думаю, может все-таки запитать маломощный турбонасос от нормального топлива ?

Не насос; насос - для жидкостей.
Придется компрессор пришпингаливать.
Получится как раз турбореактивный двигатель с одной турбиной и с друмя компрессорами.

ratman> А на вырученные деньги создать нормальное давление в камере сгорания ?

Мало этих денег будет... Послушайте старого человека - отвяжитесь от этого пузыря на высоте и запускайте нормальную ракету. Заодно поднимется намного выше - не будет ограничена объемом баков. Ведь оболочки стратостратов наполняют на 1/10 на земле...

hcube>P.S. Люди, какой УИ будет у такого низкодавленного двигателя? Сильно упадет?

Взял одно и то же топливо и посчитал для двух случаев:

1) Рк = 4 МРа, Ра = 0.001 МРа . Температура в камере - 3782 К, полный импульс - 3486 m/s

2) Pк = 0.1 МРа, Ра - 0.001 МРа. Температура в камере - 3289 К, полный импульс - 2943 m/s

Лень бымо считать для водорода/кислорода, но соотношение будет то же самое. Если не хуже - я там не буду 4 МРа закладывать, а 50

Ну и пусть сдувается. Пока оно стоит на старте, ее можно поддувать. Хоть в реальном масштабе времени - электролизеры никто не отменял. А когда оно взлетело... все равно больше часа вывод на орбиту не займет, как ни крути.
Относительно коаксиальных балонов - IMHO будет хуже, чем упрочненный балон кислорода 'внизу', в 'классической' Энергиевской компоновке. Да, баллон нужен будет прочнее, зато его можно сделать сферическим - выигрыш в площади и распределении нагрузок. Еще, правда, нужен двигатель... но он явно будет проще, чем таковые у Энергии или Шаттла. Никаких ТНА, здоровенное одноразовое сопло из углепластика, с абляционной теплозащитой. Вокруг сопла - тор для служебных систем и ПН. Вся эта бяка расчитана на работу с давлением в КС от 2х до 0.1 атм. И, соответственно, внешним давлением от 0.3 до 0.01. Более того, такую бяку можно попробовать сделать 'на заднем дворе', криогенка ей не нужна, ТНА не нужен, баки не нужны... нужен дакрон и клей , ну еще немного состава для обмазывания сопла и КС... из того же дакрона

Неохлаждаемый абляционный двигатель будет работать не сильно долго. Секунд 100...300. А ты о часах говоришь ----
А мой ракетчик где-нибудь сидит
и мыслит в миллионах и в парсеках...

Но раз давление в камере сгорания определилось, задайте тягу.
Посчитайте массовый расход компонентов.
О перепаде давления в смесительной головке спросим Факаса или сами примем 30% от камерного давления.
Из перепада давления и расход оцените размеры трубопровода. Я не буду отнимать это удовольствие у вас... скажу, что вас ждет сюрприз

А, удельный импульс выше 3000 брать не стоит