Продраться через атмосферу.

Xan> Масло коксуется и работает связкой для ниток.
Xan> Это, конечно, "кухонная" технология, прочность, наверное, будет не такая, как у взрослого УУ.
Xan> Ну, как вариант термостойкого материала!
Xan> Думаю, может сопло попробовать сделать из такого.

А что не просто бакелитовым лаком?

umbriel> А что не просто бакелитовым лаком?

В моей стране ФФ смолы не продают.
Ну никак.

Говорят, половинка обтекателя весит около 60 кг.

---

В общем, взял крайние случаи и сравнил.
Считая, будто тяга регулируется и скорость ограничивается так, чтоб сопротивление воздуха не превышало веса — чтоб был оптимальный режим по сопротивлению, когда это возможно.
И два варианта ограничения по нагреву: скорость не более 700 м/с (до высоты 45, потом разгон), и скорость не более 3500 м/с.
Тогда на высоте 75 км, где остаток атмосферы уже не может сильно добавить температуру, скорость у обоих вариантов получается 3500.
А масса медленной ракеты получается на 9% меньше. (Или стартовая должна быть на 10% больше, чтоб получить одинаковую массу.)
Мне кажется, масса термостойкого обтекателя эти 9 процентов легко сожрёт.

Всё плюс-минус лапоть.

Xan> Говорят, половинка обтекателя весит около 60 кг.
Xan> Мне кажется, масса термостойкого обтекателя эти 9 процентов легко сожрёт.
У меня знакомый работал на НПО им."Хруничева" говорил что там видел похожие обтекатели: карбон-микросфера-карбон, легкие до безобразия.
Мне кажется микросферой таки и можно добится желаемого, 1й плотный слой-абляционная защита 2й-менее плотный теплоизоляция. Главное затраты минимальны.

Рассмотрел, для простоты решения, обратную задачу — сверху в атмосферу влетает ракета в обтекателе, на сколько он нагреется?
Узнав, до какой глубины перегрева за "красную черту" не будет, становится понятно, с какой высоты можно начинать разгоняться.

Пока плотность атмосферы низкая и длина свободного пробега больше размеров ракеты, молекула воздуха стукается, передаёт молекулам обтекателя в среднем половину своей энергии, и навсегда улетает вдаль.
Поэтому суммарную энергию, полученную при движении из бесконечности до некоторой высоты, можно считать так:

E = 1/2 * m * v² / 2 — половина кинетической энергии

E/S = 1/2 * m/S * v² / 2 = 1/2 * P / g * v² / 2 — удельная энергия на площадь

где P — атмосферное давление на заданной высоте, которое, как известно, "равно весу столба на площадь" = m * g / S.

Критерий "длина свободного пробега равна размерам ракеты" довольно неточный. Я за размер взял радиус обтекателя 45 мм, это соответствует высоте 95 км, там длина свободного пробега как раз 45 мм.

После того, как длина свободного пробега станет меньше размеров ракеты, коэффициент передачи энергии начнёт уменьшаться.
Молекулы будут друг с другом сталкиваться, толпиться и мешать передавать энергию.

И уменьшается коэффициент — как корень квадратный из длины свободного пробега.
Ну, такой закон природы, про корень.
Поэтому поглощённая обтекателем энергия растёт совсем не так быстро, как плотность атмосферы.
И для моей любимой скорости 3500 м/с поглощённая энергия получается такая:

км — Дж/см2
95 — 4
90 — 6
80 — 13
70 — 32
60 — 60
50 — 110
40 — 190
30 — 390

Для сравнения:
Чтоб испарить слой воды толщиной 1 мм надо 250 Дж/см2
Чтоб нагреть слой эпоксидки толщиной 4 мм на 170 градусов надо 80 Дж/см2

Ну и разогнать мою ракету до 3500 можно только после высоты примерно 65...70 км, иначе скоростной напор (для моей ракеты) будет слишком большой. Так что энергия получается вполне небольшая.

Получается, кстати, что для кончика обтекателя высота (перехода на корень) будет меньше, так как его характерный размер меньше.
И он нагреется сильнее, так как переход к понижению коэффициента случится позже.

Это всё для вертикального движения, для наклонного надо энергию делить на косинус.

Olegih> Корпус обтекателя: стеклянная корка + наружний абляционный слой из смолы со стеклосферой. В самом впереди баллистический наконечник: люминь; сталь; графит, либо комбинация из перечисленных.

Считали как-то... у нас наконечник разогрева по 1000 град при скорости порядка 1500 м/сек.
Чисто сферы со связкой не очень хороши. Скорость унося сумасшедшая. Нужен нормальный наполнитель из волокна + сферы.

Мыслилось как-то так, что внутренний слой из углепластика на эпоксидке горячего отверждения. На него углеволокно с ФФ и процентов 20 микросфер. Наконечник стальной, установлен в стакан с прокладкой из азбеста. Вариант старый, конечно.
Наверно все проще, ибо на ракетках для метеозондов стабилизаторы и обтекатель бакелитовый лак с каким-то волокном. Может и хб.
Композиция из микросфер с резиной в камере сгорания прекрасно работала. Нужна мясорубка для процесса.... это минус, конечно Резина для ремонта покрышек.

FRC> Считали как-то... у нас наконечник разогрева по 1000 град при скорости порядка 1500 м/сек.

Для 3500 м/с получается вообще 6000 градусов!
Но это для стационарного случая.

FRC> Резина для ремонта покрышек.

Это которая "сырая"?

Xan> Для 3500 м/с получается вообще 6000 градусов!

ужас.

FRC>> Резина для ремонта покрышек.
Xan> Это которая "сырая"?

Да, двухкомпонентная. Зело удобная штука. После недели работы на мясорубке, можно смело сдавать нормы ГТО.

Задачу надо упростит.Примерно так.Стартовая маса M1.Первая ступен должна работат до 20 килоометров. Должна поднят груз M2. Вторая ступен - 60 килоометров. Должна поднят масу М3.
И т.д. в зависимости от число ступеней которъйе не должно бъйт слишком велико. 4-5 максимум.После етого надо конструироват двигатели и наконец въйчислит стабилност полета.10 килограм не будет , даже да болших ракетъй маса топливо/ груз болше 10:1. Дла самоделка реално может бъйт 200:1 тоест для килограма в орбите необходимо минимум 200 кг топливо ну для запаса можно и 500 килограм. Все есествено будет на твердотопливнъе двигатели, другие слишком сложнъйе.Примерно на спейсшатле 70% тяги до 45 километров въйсотъй дается твердотопливнъйе ускорители.Меня занимает вопрос еше уппростит задачу -двигатели безсопловники на топливо калиевъй нитрат + сахара.Никогда не забъйват что главное ограничение самоделок ета технология, точност изработки и дешевъйе материали.

umbriel>> А что не просто бакелитовым лаком?
Xan> В моей стране ФФ смолы не продают.
Xan> Ну никак.

А БФ-2? Там, вроде бы, только 2% не-ФФ.

umbriel>>> А что не просто бакелитовым лаком?
Xan>> В моей стране ФФ смолы не продают.
Xan>> Ну никак.
umbriel> А БФ-2? Там, вроде бы, только 2% не-ФФ.

Этого тоже в продаже не нашёл.
В продаже есть лак МЛ-92, надо его попробовать на термостойкость.

Впал в задумчивость, не сделать ли сразу углерод-углерод.
Намотать угленитку, пропитать её растительным маслом (льняным), и в печке закоксовать его.

Xan> Намотать угленитку, пропитать её растительным маслом (льняным), и в печке закоксовать его.

Там же акролеин и прочий бутор от пиролиза. Вонять будет мерзостно

Xan>> Намотать угленитку, пропитать её растительным маслом (льняным), и в печке закоксовать его.
umbriel> Там же акролеин и прочий бутор от пиролиза. Вонять будет мерзостно

Ну я ж не в кальяне буду обжигать!

Выведу вентиляцию в форточку, пусть соседи наслаждаются — "сковородку забыл на огне"!!!

Но лучше бы, конечно, мазать лаком и мирно сушить.

Xan> Выведу вентиляцию в форточку, пусть соседи наслаждаются — "сковородку забыл на огне"!!!
Xan> Но лучше бы, конечно, мазать лаком и мирно сушить.

От акролеина, наверное, можно избавиться, если сварить из масла мыло, а мыло уксусом похреначить.
Вообще имхо лучше делать самодельный "текстолит" (ткань + масло + сковородка) и потом уже из него резать что надо.
Или просто графит.

umbriel> Скорость разгара примерно пропорциональна давлению в 1й степени

Это если конденсированной фазы мало. Если её много, всё меняется.

umbriel>> Скорость разгара примерно пропорциональна давлению в 1й степени
Б.г.> Это если конденсированной фазы мало. Если её много, всё меняется.

Там график 14 - и без металла, и с 15%алюминия

umbriel> Скорость разгара примерно пропорциональна давлению в 1й степени

Школьный химический закон в действии!

umbriel> Там график 14 - и без металла, и с 15%алюминия

Там вообще какие-то скорости эрозии очень маленькие. Доли миллиметров для любительских времён работы.

Ну и меня всё время волнует вопрос:
А если перед соплом поместить полиэтиленовое кольцо, чтоб оно испарялось и делало завесу из неокислительного газа у поверхности сопла?
Вроде завесы в ЖРД.

Xan> Ну и меня всё время волнует вопрос:
Xan> А если перед соплом поместить полиэтиленовое кольцо, чтоб оно испарялось и делало завесу из неокислительного газа у поверхности сопла?
Xan> Вроде завесы в ЖРД.

Думаю, замучаешься режимы подбирать.
А вот хорошую пористую керамику пропитать полиэтиленом - самое то.
Осталось получить эту качественную пористую керамику из чего то хорошего, типа окиси циркония или нитрида бора. Делов то

RLAN> Думаю, замучаешься режимы подбирать.

Чего там мучиться?
Положил с запасом, прожёг, посмотрел, сколько осталось лишнего.

RLAN> Осталось получить эту качественную пористую керамику из чего то хорошего, типа окиси циркония или нитрида бора. Делов то

Обычная углеткань — очень качественная и пористая!
И не хрупкая.

Xan> Обычная углеткань — очень качественная и пористая!
Xan> И не хрупкая.

Да, согласен, забыл.
Есть у меня заготовки для критики из УУКМ, если когда то руки дойдут и до дома доберусь - надо попробовать.

umbriel>> Скорость разгара примерно пропорциональна давлению в 1й степени
Xan> Школьный химический закон в действии!

Вот тут в действии какой-то другой закон

Как уже писалось в предыдущих древних сериях древнего треда, для вертикального подъёма в атмосфере есть оптимальная (по затратам топлива) скорость.
Она получается, когда сила аэродинамического сопротивления равна силе веса ракеты.

m * g = Cx * rho * v² / 2

Если б у ракеты был двигатель с регулируемой тягой, то всё было бы очень просто.
Но если двигатели твёрдотопливные, то регулировать скорость подъёма можно только управляя длительностью пауз между включениями двигателей очередных ступеней.
График скорости при этом будет пилой, скорость будет то больше оптимальной, то меньше.
Что, конечно, приведёт к излишнему расходу топлива.

Возникает вопрос, насколько сильно скорость может отклоняться от оптимальной, чтоб потери были небольшие?
Ну и насколько "небольшие" они будут?

Ну вот, посчитал.
(Предполагая, что коэффициент сопротивления не зависит от скорости.)

В терминах "КПД" — приняв, что при оптимальной скорости КПД = 100%.
Ну и в таблицах оптимальная скорость = 1.

Скорость — КПД

1. 0.27      50
2. 0.33      60
3. 0.41      70
4. 0.50      80
5. 0.63      90
6. 1.00     100
7. 1.60      90
8. 2.00      80
9. 2.44      70
10. 3.00      60
11. 3.74      50

Получилась интересная симметрия для v и 1/v
Наверное, надо разгонять ракету до некоторой скорости v, а потом ждать, когда скорость упадёт до 1/v, тогда включать следующий двигатель и получится оптимальный режим.

Но в общем, при отклонениии скорости от оптимальной аж в два раза, КПД падает всего на 20%, что немного. Казалось, что будет хуже.

Если при этом учесть, что график скорости = пила, и скорость болтается между крайними значениями — бывает и ближе к оптимальной, среднее значение КПД за период пилы будет выше.
Вот этот средний КПД:

размах_скорости — КПД

1. 1.00 ... 1.00   100
2. 1.60 ... 0.63    97
3. 2.00 ... 0.50    93
4. 2.44 ... 0.41    88
5. 3.00 ... 0.33    83
6. 3.74 ... 0.27    76

При скорости 3.74 сила сопротивления будет аж в 14 раз больше веса. Дофига! Но всё равно КПД падает всего на четверть.

Xan> Как уже писалось в предыдущих древних сериях древнего треда, для вертикального подъёма в атмосфере есть оптимальная (по затратам топлива) скорость.
Хан тъй математик? Я практик хотя и с математического образования:) Какая цель етого проекта? Только над атмосферу? Сколько над атмосферу? Что принимается для граница атмосферъй? Если 100 км то какая проблема? 3 ступенчатая не особо болшая любителская ракета в смъйсле всего 3-4 метра ето может сделать я бъй сказал немедленно на существующих любительских технологиях и двигателях на перхлорате амония:)Ну а то любителская ракета уже на орбите вот ето предизвикательство:) Хотя и спутник всего 300 грам:)

SaturnVnew> Хан

aleXANder

SaturnVnew> Ксан тъй математик?

Нет!
Математику не люблю!!! Но приходится использовать!

SaturnVnew> Какая цель етого проекта? Только над атмосферу? Сколько над атмосферу?

SaturnVnew> Ну а то любителская ракета уже на орбите

Нет.
Любительских спутников, которые запущены "взрослыми" ракетами, полно.
Но чтоб "детская" ракета вышла на орбиту — такого не было.