Эжекторы на РД.

Очередной вопрос из серии "Если это возможно , то почему так не делают?"

В самолетах вертикального взлета используются двигатели с эжекторами : реактивная струя подсасывает воздух , что приводит к увеличению тяги двигателя в 1.5-2 раза . Понятное дело , струя ракетного двигателя в этом плане ни чуть не хуже . Как написано в Абрамовиче легко можно добиться увеличения тяги РД на 35-40 процентов при скорости движения аппарата до 0.2 скорости истечения струи . Это позволяет существенно повысить характеристики например твердотопливных ускорителей или боковых блоков первой ступени ракеты , фактически увеличив их УИ на треть. А теперь внимание , вопрос : Насколько такое реализуемо и почему никто не пользуется этой замечательной возможностью ?


PS Говорят, за десяток секунд УИ ракетчик готов убить . Это правда ?

1. Хуже.

2. Какой УИ, эффективный?

3. К 1 и 2 добавляется сильный рост сухой массы. Импульс растет только на начальном участке траектории полета ступени, а масса - везде. Кроме того, стоит вспомнить и о сложности.

Вывод: возможность замечательна только для ламеров

P.S. 1. Гораздо хуже.

Streamflow, 04.12.2003 22:04:51:

3. К 1 и 2 добавляется сильный рост сухой массы. Импульс растет только на начальном участке траектории полета ступени, а масса - везде. Кроме того, стоит вспомнить и о сложности.

 

 Насколько сильный рост массы? Вы любите, вроде, точные ответы?

Streamflow, чем струя РД так сильно хуже?

Бродяга, 04.12.2003 22:33:02:

Насколько сильный рост массы? Вы любите, вроде, точные ответы?

 

Я Вам чем-нибудь обязан? Этот "точный" ответ является, к тому же, совершенно излишним. Ракетный эжектор просто "запрётся", если чуть-чуть подумать.

P.S. Да и практика, кажется, критерий истины?

Streamflow, 04.12.2003 22:50:05:

Я Вам чем-нибудь обязан? Этот "точный" ответ является, к тому же, совершенно излишним. Ракетный эжектор просто "запрётся", если чуть-чуть подумать.

P.S. Да и практика, кажется, критерий истины?

 

 Нет, необязаны и даже очень. И вообще - "как вам угодно".

[quote|avmich, 04.12.2003 22:48:16:] Streamflow, чем струя РД так сильно хуже?
[/QUOTE]
Это очевидно.

Эжекция струй подобна неупругому удару - импульс перераспределяется с потерей энергии. Чем больше разность скоростей эжектирующей и эжектируемой струй - тем больше потери при эжекции. Разница температур и прочих термодинамических параметров струй также увеличивает потери.

Струя ракетного двигателя имеет гораздо большую скорость, а также температуру, чем поток воздуха на входе в эжектор (отмечу, что струя ВРД менее скоростная и горячая). Поэтому даже на расчетном режиме ракетного эжектора потери будут высоки.

Однако, не надо забывать, что ракета протыкает атмосферу почти вертикально, пока есть заметное количество воздуха. Внешнее давление резко падает, реактивная струя быстро расширяется и заполняет собой весь эжектор - эжектор затыкается.

И это вам надо?

Насчёт того, что эжектор имеет смысл при низких скоростях, понятно. Но если только на первой ступени?.. Ракета при наборе скорости до 1М вроде существенную массу топлива тратит. Правда, первая ступень не до 1М работает обычно... Но ракета набирает 6М ещё в довольно плотной атмосфере, где-нибудь ниже 30 км...

>Как написано в Абрамовиче легко можно добиться увеличения тяги РД на 35-40 процентов при скорости движения аппарата до 0.2 скорости истечения струи .

"Этот результат, качественно справедливый для эжекторной системы с любыми начальными параметрами смешивающихся газов, указывает на то, что такого рода системы могут быть полезны только в тех случаях, когда скорость перемещения аппарата мала по сравнению со скоростью истечения газа из сопла.

Эти условия соответствуют, например, старту и начальному периоду движения ракеты, а также различным режимам полёта аппаратов, использующих реактивную тягу для создания подъёмной силы при небольшой вертикальной скорости..."

(Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика, изд. 4, Наука, 1976, стр.556)

0,2 скорости истечения - это примерно 2М. Эжекторы, наверное, можно сделать относительно лёгкими - композиты? - так что для небольших первых ступеней может быть чистый выигрыш?..

avmich>Насчёт того, что эжектор имеет смысл при низких скоростях, понятно. Но если только на первой ступени?..

А, что, avmich, Вы и на последнюю ступень собирались ставит эжектор?

avmich>"Этот результат, качественно справедливый для эжекторной системы с любыми начальными параметрами смешивающихся газов, указывает на то, что..."
avmich>(Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика, изд. 4, Наука, 1976, стр.556).

Добрый совет - вместо того, чтобы цитировать из прекрасной книги беллетристические пассажи, взяли бы имеющиеся в ней формулы, да и посчитали немного, а также подумали над полученными результатами. Тогда Вы, скорее всего, узнали бы, что применять эжектор при разгоне ракетного носителя - это все равно, что любить женщину, габариты которой многократно изменяются в течение любовного процесса. Вот и эжектор так - то провалится, то застрянет

Результат-то остаётся . Независимо от того, как его приводить...

QUOTE (Streamflow @ 05.12.2003 09:54:58)
Тогда Вы, скорее всего, узнали бы, что применять эжектор при разгоне ракетного носителя - это все равно, что любить женщину, габариты которой многократно изменяются в течение любовного процесса.
 


А мужики-то не знают !
На прилагаемом файле (надеюсь он зааплодится) вы можете наблюдать мужиков в касках возле прототипа , как они его называют , ducted rocket (неамериканское название ramjet rocket) проекта MER Летает на метаноле с жидким кислородом или закисью азота . И хорошо летает .
 
 К вопросу о цифрах
Товарищ Лобановский очень грамотно указал на недостатки предлагаемого девайса , но поленился подумать как с этими недостатками бороться .

1) затыкание эжектора
как уже дважды говорилось эжектор эффективен только до 0.2 скорости струи . То есть где-то до 600 м/с . Такой скорости современные ракеты достигают где-то через 70 секунд после старта на высоте 8-10 километров. Тк ракетные двигатели у земли работают с недорасширением (давление примерно с пол-атмосферы) , то на режим близкий к расчетному они только-только успеют выйти к моменту окончания работы с эжектором. А когда эжектор уже не нужен его можно отстрелить . "Затыкать" будет нечего .

2) о массе
за первую минуту полета ракета жгет уйму топлива , десятки тонн (может даже и больше 100 тонн ) . Улучшение характеристик двигателя на 20-30% эквивалентно экономии массы 15-25 тонн топлива . Думаю этого с лихвой хватит на любые эжекторы.

3) Горячая струя
Это безусловно снижает характеристики по сравнению с ВРД . Но как написано у того же Абрамовича снижает не сильно . Там есть показательная цифра : при увеличении температуры струи втрое , эффективность снижается всего на несколько процентов .

4) немного про эжекторы
Для полноценной работы девайса требуется образно говоря труба . Труба большая и длинная . Для хорошего смешения длина трубы должна раз в 10 превышать характерный размер отверстия . Вспоминая типичные размеры РД становится немного грустно . Однако вполне реально сделать легкую и небольшую конструкцию из набора нескольких блоков с тем же соотношением длина/размер . Кроме того такой двигатель можно сделать масштабируемым (тут сразу вспоминается линейный аэроспайк XRS-2200) . Отработать один модуль , а потом как из конструктора собирать двигатели на нужную тягу .

Mathieus, любопытная картинка. Жаль, маленькая очень. Нет ли покрупнее, а то на этой ни шиша не разглядеть?

Mathieus, 05.12.2003 12:51:30:

А мужики-то не знают !
На прилагаемом файле (надеюсь он зааплодится) вы можете наблюдать мужиков в касках возле прототипа , как они его называют , ducted rocket (неамериканское название ramjet rocket) проекта MER Летает на метаноле с жидким кислородом или закисью азота . И хорошо летает .
 
 К вопросу о цифрах
Товарищ Лобановский очень грамотно указал на недостатки предлагаемого девайса , но поленился подумать как с этими недостатками бороться .

1) затыкание эжектора
как уже дважды говорилось эжектор эффективен только до 0.2 скорости струи . То есть где-то до 600 м/с . Такой скорости современные ракеты достигают где-то через 70 секунд после старта на высоте 8-10 километров. Тк ракетные двигатели у земли работают с недорасширением (давление примерно с пол-атмосферы) , то на режим близкий к расчетному они только-только успеют выйти к моменту окончания работы с эжектором. А когда эжектор уже не нужен его можно отстрелить . "Затыкать" будет нечего .

2) о массе
за первую минуту полета ракета жгет уйму топлива , десятки тонн (может даже и больше 100 тонн ) . Улучшение характеристик двигателя на 20-30% эквивалентно экономии массы 15-25 тонн топлива . Думаю этого с лихвой хватит на любые эжекторы.

3) Горячая струя
Это безусловно снижает характеристики по сравнению с ВРД . Но как написано у того же Абрамовича снижает не сильно . Там есть показательная цифра : при увеличении температуры струи втрое , эффективность снижается всего на несколько процентов .

4) немного про эжекторы
Для полноценной работы девайса требуется образно говоря труба . Труба большая и длинная . Для хорошего смешения длина трубы должна раз в 10 превышать характерный размер отверстия . Вспоминая типичные размеры РД становится немного грустно . Однако вполне реально сделать легкую и небольшую конструкцию из набора нескольких блоков с тем же соотношением длина/размер . Кроме того такой двигатель можно сделать масштабируемым (тут сразу вспоминается линейный аэроспайк XRS-2200) . Отработать один модуль , а потом как из конструктора собирать двигатели на нужную тягу .

 

Mathieus>Товарищ Лобановский очень грамотно указал на недостатки предлагаемого девайса, но поленился подумать...

а) Товарищу Mathieus'у г-н Лобановский не товарищ
b) Г-н Лобановский вообще очень ленив

Mathieus>А мужики-то не знают !

А г-ну Лобановскому, собственно говоря, наплевать на то, о чем не знают и что любят мужики. Речь шла о ракетах-носителях, а с маленькими медлительными штучками любой мужик может делать, что хочет

А теперь без шуток.

1. На малых скоростях может быть эффективен настроенный на этот режим эжектор, а не тот, который вообще не заткнется на первой ступени носителя.

2. a) Mathieus>Улучшение характеристик двигателя на 20-30% эквивалентно экономии массы 15-25 тонн топлива.
Это у дивайса с картинки? Здорово
b) Mathieus>Думаю этого с лихвой хватит на любые эжекторы.
Думать можете что угодно. Но бремя доказательств на Вас.
При этом не забывайте также и о росте аэродинамического сопротивления и нагрузок на конструкцию носителя.

3. Начали читать Абрамовича - уже хорошо. В принципе, этот фактор , действительно, второстепенный, но я и не утверждал обратного. Все-таки, он есть, как и кое-что еще.

4. Mathieus>Для полноценной работы девайса требуется образно говоря труба . Труба большая и длинная . Для хорошего смешения длина трубы должна раз в 10 превышать характерный размер отверстия . Вспоминая типичные размеры РД становится немного грустно .

Ну, вот, уже что-то Все остальное из выступления пока мало понятно.

Mathieus>...(тут сразу вспоминается линейный аэроспайк XRS-2200).

Аэроспайк тем и хорош, что у него нет (почти) внешней стенки сопла, а тут - эжектор снаружи. Где логика?

Маэстро Streamflow нас слегка раззадоривает . Ну что ж... последуем хорошему совету

Немножко не по теме:
  ПВРД начинают работать после достижения какой-то скорости.
1. Кто-то скажет примерно какой?
2. Существуют также проекты РПВРД (ракетно-прямоточные) - внутри трубы ПВРД ставят обычный РД, который и ускоряет машину до скорости зажигания ПВРД.

Вопрос: струя из РД, создавая ежекторный эффект, не уменьшит скорость зажигания ПВРД ?

2 Димитър
Скорость вообщето зависит от конкретного двигателя. Работать то и на дозвуке будет(работало). Эффективно где-то с 1.5М.
Была такая ракета, Гном. При массе около 30т(чуть меньше) забрасывала полтонны к вероятному противнику(на 10ккм). Ускоритель был в корпусе ПВРД, разгонял где-то до 1.5М, потом ракета на ПВРД разгоянялась в атмосфере гдето до 6-8М. Причём это не то 60-е, не то начало 70-х. Почему щас это не используют в ускорителях?

[quote|MIKLE, 05.12.2003 17:05:48:] Была такая ракета, Гном. Ускоритель был в корпусе ПВРД, разгонял где-то до 1.5М, потом ракета на ПВРД разгоянялась в атмосфере гдето до 6-8М. Причём это не то 60-е, не то начало 70-х.
[/QUOTE]
Оказывается, летали ПВРД до 6 - 8 М !
И на каком топливе?
Ссылки есть?

1. Не летали, а разрабатывали. И не до M = 6 - 8, а до M = 5.5 (в скобках, как синерджет, к чему бы это?).

2. Gnom

1. Для того, чтобы газовая тепловая машина работала, газ перед нагревом надо сжимать.

При адиабатическом сжатии p/p = (1 + 0.5*(kap - 1)M²)^{(kap/(kap - 1)}, где p - давление торможения, p - статическое давление набегающего потока, kap - показатель адиабаты (для воздуха в первом приближении kap = 1.4).

Потери (на сверхзвуке, в основном в скачках уплотнения) в воздухозаборнике учитываются с помощью так называемого коэффициента воостановления sigma. Для некоего стандартного (хорошего) гиперзвукового воздухозаборника при M = 1 sigma = 0.95, при М = 3 - 0.73, при М = 6 - 0.18 (примерно).

Таким образом, при M = 1 p/p ~ 1.8, то есть уже можно что-то малоэффективно сжигать в ПВРД.

2. Да. Но все это давно многократно было рассмотрено, и ничего особенно хорошего не получилось. Гораздо лучше для носителей оказались ракетно-турбинные двигатели, из них наиболее хороши, пожалуй, пароводородные, ну и синерджет среди них всех, в принципе, вне конкуренции

avmich, 05.12.2003 15:21:14:

Маэстро Streamflow нас слегка раззадоривает . Ну что ж... последуем хорошему совету

 

Нельзя же так откровенно выдавать мои секреты...

Удивительное рядом .
Пока просвещался в эжекторах набрел на некоего Овчинникова А.А. из МАИ с установкой "эжекторного увеличителя тяги" . Заявлено увеличение тяги вдвое , что в 5 раз превышает жалкие 20% от Абрамовича и достигается нестанционарностью течения . Перевод с "английского" : "В обычном случае потоки взаимодействуют на границе за счет вязкости , что приводит к росту энтропии и низкой эффективности устройства. В нестанционарном течении обмен энергией происходит на гораздо меньшей дистанции и при меньших потерях." И далее : "At MAI considerable advances in this technology were. This was confirmed in tests."
 Вот так . Хотелось бы чтоб просвещенные в газодинамике товарищи (и г-да) разъяснили ситуацию , ибо в случае реализуемости таких эжекторов идея установки их на ракету становится еще более привлекательной . "Это техническое решение позволяет увеличить массу полезной нагрузки на 20%", пишет Овчинников .

[quote|Mathieus, 05.12.2003 23:59:43:] Удивительное рядом...

[/QUOTE]
Я посмотрел то, на что Вы набрели: http://www.tech-db.ru/istc/db/pra.nsf/we/4047

Это - заявка на грант в МНТЦ для проведения исследований, не более того. Написана, чтобы получить "$480,000 in 3 years". Доказательств того, что действитвительно будет достигнуто то, что заявляют податели сего документа, пока нет. Хотя, порыться в области нестационарного взаимодействия потоков может быть и иметь смысл.

Отмечу также: "The offered concept is based on the work contained in a diploma research, at the Moscow Aviation Institute and registered in 1986: "Phenomenon of anomalous growth of thrust in the gas ejection process with pulse active flow feed". The authors: Kudrin O.I., Kvasnikov A.V., Chelomei V.N. The collection SN USSR on the inventions and opening. 1986 Application for opening 1 No-89-18. The diploma #1314". Напомню, что В.Н. Челомей умер в 1984 году.

Streamflow, 06.12.2003 11:44:34:

The authors: Kudrin O.I., Kvasnikov A.V., Chelomei V.N. The collection SN USSR on the inventions and opening. 1986 Application for opening 1 No-89-18. The diploma #1314". Напомню, что В.Н. Челомей умер в 1984 году.

 

Челомей умер в 1984 году, а диплому получил, наверное значительно раньше. Вас это сильно удивляет? Поставили имя для авторитета ...

"Хотя, порыться в области нестационарного взаимодействия потоков может быть и иметь смысл."
Всегда имеет смысл проверить то, что не исследовано.