Памятливый45> вы находитесь в Интернете, на Форуме Авиабаза, в разделе, посвящённом вопросу о том, была ли 20-м веке ракета, взлетающая с неподготовленной поверхности.
Напоминаю вам, что мы находимся в разделе "Американцы на Луне - были или нет?" в теме посвящённой вопросу "В 20 веке ракеты не только садиться на неподготовленную поверхность не могли, но и взлететь с неё?". А это означает, что мы тут рассматриваем вопросы не только взлёта, но и посадки в применении к посадке лунного модуля (ЛМ) Аполлона. И в связи с этим возникают следующие вопросы:
1. Что означает термин "неподготовленная поверхность"?
2. Какая связь между неподготовленной поверхностью и технологией вертикального взлёта ракеты?
3. Можно ли перенести опыт, полученный при испытании турболёта, на аппарат с ракетным двигателем? Есть ли разница в технологии взлёта/посадки у этих двух аппаратов?
4. Каким образом неподготовленность поверхности может помешать посадке?
5. Можно ли взлетев на турболёте или ракетолёте с подготовленной бетонной площадки совершить на нём мягкую посадку на неподготовленную поверхность?
Теперь возьмёмся за ответы.
1. Судя по названию раздела, неподготовленной поверхностью мы можем считать поверхность аналогичную той, которая находится в местах посадок Аполлонов на Луне. А что мы имеем на месте посадок? Мы имеем относительно ровную поверхность достаточно плотного лунного грунта (реголита) с неглубоким более рыхлым верхним слоем, на которой кое-где находятся кратеры от падений метеоритов различного диаметра и глубины и камни различного размера и формы.
2. Рассмотрим технологию вертикального взлёта. Что нам нужно, чтобы аппарат взлетел? Нам нужно, чтобы аппарат обладал двигателем создающим достаточное тяговое усилие, по вектору совпадающее с вертикальной осью аппарата. Что нам ещё нужно? Нам нужно, чтобы аппарат не опрокинулся во время взлёта, а для этого нам нужно устройство для стабилизации его вертикального положения в полёте. В качестве такого устройства можно использовать систему ориентации (СО), которая состоит из специальных датчиков отклонения от вертикали, набора небольших ракетных двигателей (ДСО), а также анализирующего и управляющего устройства, которое на основе информации с датчиков может выдавать сигналы на включение и выключение определённых ДСО для необходимой стабилизации.
Теперь посмотрим, каким образом тут участвует неподготовленная поверхность. Для взлёта имеет значение только угол отклонения аппарата от вертикали. Необходимо только, чтобы этот угол не превышал предельно допустимую величину. Неровность самой поверхности на вектор тяги не оказывает никакого влияния, если только аппарат не прижимается соплом вплотную к опорной поверхности. Если же аппарат стоит на специальных опорах, и между соплом и этой поверхностью существует достаточный зазор, то неровность и рыхлость поверхности значения не имеют. Это логически вытекает из того факта, что тяговое усилие создаётся в результате расширения сильно нагретого газа, струя которого истекает из сопла двигателя с большой скоростью, сообщая двигателю импульс в направлении противоположном истечению. При этом молекулы газа, сообщив импульс двигателю, улетают из сопла, как пули из ружья, и уже не оказывают воздействия на двигатель и вектор его тяги. При этом отражения струи от поверхности обратно вверх не происходит, о чём говорят результаты многочисленных экспериментов. Описание одного из них я приведу чуть ниже. Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что на технологию взлёта с неподготовленной поверхности сама поверхность практически никакого влияния не оказывает, т.е. взлёт происходит одинаково в независимости от степени неровности и рыхлости поверхности, более того, это происходит так, как будто поверхности нет вообще.
3. Теперь посмотрим, чем отличается турболёт от ракетолёта. Отличаются они только двигателем. У турболёта двигатель турбореактивный, а у ракетолёта - ракетный. Есть ли между ними разница в технологии взлёта/посадки? Да никакой разницы нет - и там, и там используется реактивный принцип движения. Рабочее тело в камере сгорания нагревается за счёт идущей в нём реакции окисления топлива. Рабочее тело (газ) расширяется в результате сильного нагревания, и струя раскалённого газа с высокой скоростью истекает из сопла двигателя, придавая импульс двигателю по закону сохранения импульса. Так в чём же разница? А разница только в том, что в ракетном двигателе окислитель находится на борту аппарата, а в ТРД окислитель (кислород) берётся из атмосферного воздуха. Только эта разница никак не влияет на технологию взлёта/полёта/посадки, поведение аппаратов с ТРД и с РД будет схожим, и управление ими будет одинаковым. Таким образом мы с уверенностью можем сказать, что опыт, приобретённый при испытаниях турболёта, мы можем использовать при конструировании ракетолёта, а навыки пилота турболёта можно использовать при управлении ракетолётом.
4. Теперь рассмотрим помехи для посадки, создаваемые неподготовленностью лунной поверхности. При посадке верхний более рыхлый слой реголита раздувается реактивной струёй - образуется большое количество пыли, которая сильно ограничивает видимость в зоне посадки. Но Лунный модуль снабжён радаром и другими специальными приборами, определяющими вертикальную и горизонтальную скорость посадки, а также высоту над поверхностью. К тому же есть устройство автоматического отключения двигателя в момент касания поверхности. Таким образом пилот может сажать модуль практически вслепую, используя только показания приборов. Для посадок Аполлонов заранее выбирались площадки с "морским" типом рельефа, т.е, относительно ровные почти горизонтальные поверхности с небольшим количеством кратеров. Как мы выяснили выше, неровность поверхности не оказывает влияния на вектор тяги двигателя аппарата, а это означает, что остаётся только риск опрокидывания аппарата, если при посадке опоры попадут на крупный камень или на крутой склон какого-либо кратера. Для этого, несмотря на наличие специального режима полностью автоматической посадки, реализуемого в виде подпрограммы в бортовом компьютере, пилоты лунных модулей обычно пользовались полуавтоматическим режимом, и сами выбирали место для посадки. Опоры у ЛМ были регулируемые по высоте, это значит, что ЛМ прочно вставал на относительно неровную в определённых пределах поверхность всеми четырьмя опорами.
5. Исходя из всего вышесказанного мы можем ответить и на пятый вопрос. Да, взлетев с бетонированной площадки турболёт или ракетолёт мог приземлиться на неподготовленную поверхность типа той, которая была на Луне в местах посадки Аполлонов. Он мог приземлиться и на относительно неровную в определённых пределах, конечно, грунтовую площадку, и на песчанный пляж, и на травку, и на поверхность с небольшими камнями и кратерами. А это означает, что для отработки технологии посадки на неподготовленную поверхность вовсе необязательно взлетать с такой поверхности, тем более, что задача такая не ставилась - ЛМ должен был только сесть, а взлетала уже вторая ступень, первая оставалась на поверхности Луны.
И наконец, мы можем сказать, что всё выше сказанное имеет прямое отношение к заявленной теме, ибо показывает, что для отработки технологии мягкой вертикальной посадки аппарата с ракетным двигателем на неподготовленную поверхность, вовсе не обязательно иметь прототип умеющий взлетать с неё, а достаточно отработать отдельные моменты причём на разных аппаратах, например, так, как это было сделано в программе "Аполлон". Как? Смотри ниже.
Памятливый45> Вопрос задал Памятливый69 - ортодокс, не верящий, что без испытания можно запускать людей в полёт
А испытания были. Только не такие, как их себе представляет Памятливый45. Как я только что сказал, достаточно было отработать отдельные моменты, разбив испытания на три этапа. Взлёт/полёт/посадку отработать на специальном турболёте LLRV, в качестве поверхности для взлёта/посадки используя бетонную площадку. Посадку на поверхность Луны отработать на беспилотных аппаратах Surveyor. А собственно LM испытать три раза во время полётов Аполлонов -5, -9 и -10, только имитируя реальную посадку. Первый раз в беспилотном режиме, а остальные в пилотируемом. Кроме этого было проведено большое количество различных испытаний отдельных элементов конструкции на Земле на специальных стендах, включая испытания в вакуумных установках, где ЛМ помещался целиком. Пилоты же тренировались на LLRV/LLTV, налетав на них десятки часов, а также на специальных тренажёрах, имитирующих кабину лунного модуля и различные режимы посадки.
Памятливый45> Максимально близко Вы подошли к запрошенной мною ракете, распространяя пропаганду НАСА о том, что Сюрвейер6 смог взлететь на высоту 3 метров на Луне.
Учите матчасть, Памятливый45.
"17 ноября проведен эксперимент по перемещению аппарата над лунной поверхностью.
В 10 час. 32 мин. по команде с Земли были включены ЖРД, которые проработали 2,5 сек при общей тяге 68 кГ. Аппарат оторвался от лунной поверхности, поднялся на высоту 3 м и опустился на расстоянии 2,4 м от места первоначальной посадки. В полете аппарат находился 8,5 сек. В 11 час. 07 мин. снова началась передача телевизионных изображений. Эксперимент по перемещению аппарата предназначался (30, 38) для исследования проблем посадки и старта с Луны, в частности, воздействия истекающей струи на лунный грунт, получения телевизионных изображений следов, оставленных на грунте посадочными опорами аппарата в месте первоначальной посадки, и стереоскопических изображений элементов поверхности (производится съемка одних и тех же элементов поверхности под разными углами). Съемка с двух точек позволяет повысить точность определения расстояния между элементами рельефа поверхности, попавшим в кадр. Часть этих задач увязана с изучением проблемы посадки и старта с Луны лунной кабины корабля Apollo. Эксперимент по перемещению аппарата прошел успешно."
"Специалисты NASA рассматривали вопрос о возможности перемещения 24 ноября аппарата на расстояние до 300 м на склон близлежащего кратера. Этот эксперимент предназначался для решения задач по исследованию проблем посадки и старта с Луны, испытанию радиолокационного оборудования, обеспечивающего мягкую посадку и получению крупноплановых изображений больших камней, находящихся на склоне указанного кратера. Расчеты показали, что запас топлива недостаточен для проведения такого эксперимента. Отказ от его проведения был мотивирован руководителями программы тем, что остаток топлива мог обеспечить перемещение аппарата на небольшое расстояние, в пределах которого не было достаточно интересных элементов рельефа (на расстоянии до 300 м не наблюдалось топографических условий, сколько-нибудь отличающихся от места посадки)..."
Как мы видим, аппарат был способен на перелёт до 300 м от места посадки.Опаньки69>> Реактивный двигатель сочетает в себе собственно двигатель с движителем, то есть он создаёт тяговое усилие только за счёт взаимодействия с рабочим телом, без опоры или контакта с другими телами.Памятливый45> Ну здесь сразу вас надо остановить как заговорившегося в неправильною сторону (ТРД имеет контакт воздухозаборником примерно в 30% тяги).
И что? Этот контакт не используется напрямую для создания тягового усилия.
"В турбореактивном двигателе (ТРД, англоязычный термин — turbojet engine) сжатие рабочего тела на входе в камеру сгорания и высокое значение расхода воздуха через двигатель достигается за счёт совместного действия встречного потока воздуха и компрессора, размещённого в тракте ТРД сразу после входного устройства, перед камерой сгорания. Компрессор приводится в движение турбиной, смонтированной на одном валу с ним, и работающей на том же рабочем теле, нагретом в камере сгорания, из которого образуется реактивная струя. Во входном устройстве осуществляется рост статического давления воздуха за счёт торможения воздушного потока. В компрессоре осуществляется рост полного давления воздуха за счёт совершаемой компрессором механической работы."
То есть турбина компрессора
не создаёт тяговое усилие двигателя, а, наоборот,
берёт часть энергии реактивной струи для своей работы.
Памятливый45> Опаньки69 под Ваше определение реактивного двигателя -движителя подпадаут и вертолётные установки.
Не подпадут. Вертолётный двигатель не использует для создания тягового усилия струю раскалённых газов, получающуюся в результате теплового расширения рабочего тела и придающую по закону сохранения импульса двигателю импульс обратный по направлению импульсу реактивной струи.
Опаньки69>> ... Легко видеть, что качество поверхности, с которой вертикально взлетает или на которую совершает вертикальную мягкую посадку аппарат с реактивным двигателем, никак не влияет ни на тягу двигателя, ни на направление вектора этой тяги.Памятливый45> Опаньки69 ! Смею развеять Вашу недограмотность, но кроме тяги ракета нуждается и некоторых других технических параметах , например в устойчивости и управляемости.
Устойчивость и управляемость при взлёте турболётов и ракетолётов типа LLRV, Surveyor и LM осуществлялась помощью системы ориентации (СО), состоящей из датчиков, анализирующего и управляющего устройства и специальных небольших ракетных двигателей (ДСО). Причём на LLRV и LM в качестве анализирующего и управляющего устройства использовалась бортовая ЭВМ.
Опаньки69>> На LLRV отрабатывались общие принципы полёта, вертикального взлёта и посадки для подобных аппаратов (LM, Surveyor), а вопросы подготовленности поверхности для отработки этих принципов значения не имели.Памятливый45> Опаньки69 -Вы немного врете.Памятливый45> "Чтобы изучить проблемы устойчивости и управляемости реактивных вертикально взлетающих самолётов, строят специальные летающие стенды, которые внешне мало напоминают летательный аппарат. У нас в стране проходит испытание летающий стенд "Турбулет", построенный под руководством А.Н.Рафаэльянца и В.Н.Матвеева"("Безаэродромная авиация" Е.И.Ружицкий, Москва 1959 г.)
А вот здесь я приведу описание обещанного выше эксперимента.
"Научным руководителем этих работ являлся В.Н. Матвеев, ведущим инженером А.И. Квашнин, главным конструктором турболета А.Н. Рафаэлянц, инженером-конструктором Г.Н. Лапшин, инженером по эксплуатации Г.И. Кобец, ведущим летчиком-испытателем Ю.А. Гарнаев. Облетывал аппарат в 1957 г. летчик-испытатель Г.Н. Захаров.
На турболете было решено установить двигатель РД-9БП в вертикальном положении. Для исследования работы двигателя в такой нестандартной ситуации построили под руководством О. Константинова специальный стенд, где весной 1955 г. группа инженера С. Щербакова приступила к проведению ряда последовательных экспериментов. По воспоминаниям их участника, инженера О.А.Богомягкова, стенд представлял собой четырехгранную пирамиду, смонтированную в виде фермы из профильных стальных балок на бетонном основании. В центре закреплялся двигатель, в нижней части конструкции устанавливались температурные датчики и термосвидетели.
На первом этапе использовался двигатель РД-45Ф с центробежным компрессором, установленный на истребителе МиГ-15.
На втором этапе ТРД находился в вертикальном положении. Управление двигателем осуществлялось РУДом через длинный трос или гидропривод. Для питания использолась не штатная бортовая топливная система, а установленный на безопасное расстояние топливный бак.
На заключительном этапе, летом 1956 г., исследовалс вертикальном положении двигатель РД-9БП с осевым компрессором, предназначенный для турболета. Чтобы облегчить ТРД, вместо форсажной камеры с соответствующей топливной аппаратурой установили нерегулируемое реактивное сопло.
Результаты экспериментов показали работоспособность ТРД в необычной позиции. Оказалось, что выхлопная газовая струя растекается равномерно во все стороны тонкой веерообразной пеленой над ВПП от места ее удара, не поднимаясь вверх. Таким образом, двигатель работает в благоприятных для старта условиях.
Серьезной проблемой оставалось недостаточные устойчивость и управляемость турболета. Малейшая допущенная пилотом неточность - и аппарат мог опрокинуться.
Весьма опасался этого Ю.А. Гарнаев, которому поручили испытывать «летающий стенд». Полеты выполнялись на незначительной высоте, поэтому о применении парашюта не могло быть и речи.
Турболет не имел ни фюзеляжа, ни крыльев, ни винта. Вся конструкция -сварная ферма, посередине которой находился двигатель и кабина пилота. Его устойчивость в воздухе обеспечивали газовые и струйные рули, управлять которыми оказалось не так-то просто. По воспоминаниям Богомягкова, в ЛИИ придумали специальные приспособление регулирования тяги."
http://vtol.boom.ru//limg.imgsmail.ru/r/speeddial.png [not image]
Национальная почтовая служба @Mail.ru — лучшая бесплатная почта. Доступ к почте через POP/SMTP, веб- и wap-интерфейс. Также на портале: поиск в интернете, авто, новости, спорт, музыка, работа, знакомства, анекдоты, открытки, погода
// vtol.boom.ru
Как мы видим проблемы для устойчивости и управляемости создавала вовсе не поверхность стартовой площадки, а сама конструкция аппарата, где средняя точка приложения тягового усилия находилась ниже центра масс аппарата, и таким образом конструкция получалась неустойчивой, как карандаш поставленный на остриё. Проблема эта была одинаково острой как вблизи поверхности, так и на достаточной высоте. К тому же советские инженеры и конструкторы решали эти проблемы ещё в 1956 году причём без применения бортовых ЭВМ, а используя только ручные механические и пневматические приспособления, типа газовых и струйных рулей.
"Десятки раз поднимал Гарнаев в воздух этот уникальный летательный аппарат. Он вспоминал, что в основном во время испытаний выясняли, с помощью каких рулей можно лучше управлять самолетом вертикального взлета и посадки. Имеются, как упомянуто выше, два вида рулей: газовые и струйные. Первые размещаются в струе газов, выходящих за двигателем, поэтому тесно связаны с режимом его работы и тягой. Вторые работают при помощи сжатого воздуха, который подается из компрессора реактивного двигателя. Оказалось, что сочетание этих двух типов рулей обеспечивает управляемость вертикально взлетающих аппаратов, а также дает возможность летать в любом направлении."
ДСО LLRV и LM по принципу управления аналогичны газовым рулям советского турболёта.
Памятливый45> ЛМ садился по тому же принципу, что и Сюрвейер (с попадающей орбиты).
Что вы имеете ввиду под термином "попадающая орбита"? Если траекторию, по которой аппарат от Земли попадал на поверхность Луны, то тут вы ошибаетесь. Аполлон сперва выходил на окололунную (селеноцентрическую, как тогда говорили) орбиту. Затем лунный модуль отстыковывался от основного командно-служебного модуля и начинал торможение, переходя на посадочную траекторию. Причём торможение и посадка проходили в три этапа, которые достаточно хорошо описаны у Шунейко, и на каждом этапе использовались несколько программ для бортовой ЭВМ по выбору пилота - автоматический, полуавтоматический и полностью ручной режимы.