Избавляемся от баков

[vashu1]

Макгваер Артур http://samlib.ru/a/artur_m/chelowekizniotkudaglawa1.shtml

конструкторы остановились на идее безкорпусной РН, где роль несущего бака играл замороженный керосин, блок которого имел форму трубы, в которую был залит жидкий кислород. Несмотря на несовершенство конструкции, ракета ГИРД-2 стартовала без аварии, и полностью выполнила программу полёта, впервые в мире достигнув высоты в 140 километров, и таким образом, став первым предметом, изготовленным руками человека, который вышел в космическое пространство. При массе в две тонны она подняла капсулу массой в одну тонну. 

Керосин растапливается в двигательном блоке теплом, отводящимся жидкометаллическим теплоносителем - эвтектическим сплавом калий-натрий с температурой затвердевания -11С от сопла РД.
  Выглядит это так: двигательный блок - стакан с установленным внизу РД в процессе работы наддвигается на цилиндр из замороженного керосина с криогенными пластификаторами. В цилиндр залит жидкий переохлаждённый кислород. Турбонасос качает кислород и растапливаемый керосин в РД. 
  В результате, избавляемся от баков, трубопроводов и прочей "бижутерии", отбирающей ПН. Её роль играет заморожённый керосин. На верх трубы из твёрдого керосина водружена ПН. А можно закрепить её и к "стакану" двигательного отсека, аналогично "Бурану" на "Энергии".
  Такая конструкция позволяет избавиться от ступеней - ибо не нужно сбрасывать пустую массу, её просто нет, и приблизиться к теоретическому пределу для ПН на данных топливных компонентах. Для пары керосин-кислород это где-то 10% от общей стартовой массы РН! 10%! В то время как для самой лучшей современной РН на паре водород-кислород это значение около 6%.
  И, самое главное, пожалуй, в этой схеме то, что она позволяет объединить преимущества "одноразов и многоразов", избавившись от их недостатков.
  Двигательный отсек можно после вывода ПН на орбиту, загрузить в грузовой отсек шаттла, если выводиться он. И, далее вернуть на землю, в целости и сохранности. Не нужен обтекатель - его роль на себя берёт обшивка шаттла. И, кроме двигательной установки, требующей осмотра и профилактики, нет более конструкций, которые бы требовали проверки и удорожали бы повторный пуск - поскольку несущий корпус это замороженное топливо.

Прочность твёрдого керосина зависит от присадок. Кроме этого, "стакан" из замороженного керосина можно армировать легкоплавким пластиком типа полиэтилена или полипропилена, устойчивого к действию холода. Этот пластик будет расплавляться в горячем керосине и также сгорать в РД.

 

Моя фантазия - https://vashu11.livejournal.com/8459.html

 

 

Блок твердого топлива, напечатанного на 3д принтере  - APCP или аллюминий с ALICE внутри https://en.wikipedia.org/wiki/ALICE_(propellant)

Пустоты, образуемые при печати позволяют ускорять сгорание до любой разумной цифры.

Блок подается в камеру под собственным весом - размер его меньше чем на схеме, порядка размеров сужения.

 

======

 

Это все любительские фантазии. А какие реальные проекты с использованием топлива в качестве бака вы знаете?

Edited 26 Feb 2018 by vashu1

[Zenitchik]

В варианте с твёрдым топливом - давление в камере сгорания прикладывает к шашке силу, большую, чем вес всей ракеты, поэтому шашка не сможет подаваться под собственным весом. Кроме того, овчинка не стоит выделки: у твёрдых топлив плохой удельный импульс, если мы летим в космос - топливо должно быть жидким.

В варианте с керосином и кислородом - вариант интересный, но смущает потребность в движении части бака. Кроме того, нужна оценка прочностных характеристик твёрдого керосина и информация о растворимости керосина в жидком кислороде.

[Labinnac]

у твёрдых топлив плохой удельный импульс, если мы летим в космос - топливо должно быть жидким

А если мы (и твердое топливо) уже в космосе, на орбите, к примеру, Земли (поднялись орбитальным лифтом) или Луны (аналогично и проще)?

[Граф Цеппелин]

Блок подается в камеру под собственным весом - размер его меньше чем на схеме, порядка размеров сужения.

Эм, простите, но в таком случае ракета превращается в безоткатную пушку; вылет газов из сопла компенсируется вылетом блока из ракеты. И ИМХО, но классической твердотопливной ракетой эта система не является.

[asdetr]

Идея полоскать керосин в жидком кислороде - безусловно, богатая...

[prostak_1982]

Теплоизоляция нужна, однако. А то оперативности у такой ракеты не будет никакой. Только отлил в керосине и сразу же на стол. А где теплоизоляция, там и до обычных стенок недалеко, благо, не нужно будет возиться еще и с криогеникой керосина, при нетривиальных перспективах по его прочности.

К тому же, самого "тяжелого" компонента - топлива, это не устраняет.

Другое дело, сделать многослойную ракету, где во внешних слоях высокотемпературное криотопливо, типа метана, а внутри кислород.

[Zenitchik]

А если мы (и твердое топливо) уже в космосе, на орбите

Там оно не нужно тем более: для орбитальных манёвров оно неудобно потому что его трудно зажигать и снова гасить, а для выхода на межпланетную траекторию - удельный импульс ещё нужнее, чем для взлёта с Земли.

Другое дело, сделать многослойную ракету, где во внешних слоях высокотемпературное криотопливо, типа метана, а внутри кислород.

А велик ли в этом смысл? Не проиграем ли на массе баков?

[vashu1]

давление в камере сгорания прикладывает к шашке силу, большую, чем вес всей ракеты, поэтому шашка не сможет подаваться под собственным весом.

 

Эм, простите, но в таком случае ракета превращается в безоткатную пушку; вылет газов из сопла компенсируется вылетом блока из ракеты.

 

Простой мысленный эксперимент - берем двигатель с заданной тягой и уменьшаем размер шашки. Тяга остается одинаковой, а сила действующая на шашку уменьшается пропорционально уменьшению сечения, рано или поздно они сравняются.

 

Пусть у нас сотня тонн топлива и полсотни тонн второй ступени, старт на тройке ж. Тогда при давлении десяток атмосфер = 100 тонн на м2, мы можем засунуть шашку сечением до 4.5 м2

 

По мере сгорания давление придется уменьшить при сохранении тяги - те дополнительные сопла у камеры сгорания, которые открываются позже.

 

Скажем делаем сечение 3 м2, шашка в виде трубы - 0.5 м толщиной примерно 2 метра диаметром, при плотности в 1.5 кг/л это длина 20 метров. Кольцевая камера сгорания и несколько подсоединенных сопел.

 

у твёрдых топлив плохой удельный импульс

 

Что не мешает им использоваться, особенно на первых ступенях. Первая ступень фалькона разгоняет вторую примерно до 2 км/с, это даже меньше скорости истечения APCP

 

Второй вариант, твердотопливный, это для первой ступени.

Edited 26 Feb 2018 by vashu1

[vashu1]

Скажем ускорители шаттла.

 

Height	45.46 m (149.16 ft)
Diameter	3.71 m (12.17 ft)
Gross mass	590,000 kg (1,300,000 lb)

 

  1/2 inch thick steel casing

 

Те боковая стенка больше 50 тонн - почти десять процентов от веса ускорителя

 

a specific impulse of 242 seconds (2.37 km/s) at sea level or 268 seconds (2.63 km/s) in a vacuum.

[prostak_1982]

А велик ли в этом смысл? Не проиграем ли на массе баков?

Нужен многофакторный расчет, а как к такому подступиться, на моем уровне понимания, мне, откровенно говоря, неизвестно.

[Curioz]

Те боковая стенка больше 50 тонн - почти десять процентов от веса ускорителя

Для твердотопливных это сравнительно немного, даже для одноразовых ракет (а SSRB должны были выдерживать падение в окиян и неоднократные полеты с перезарядкой). Даже у воздушностартующего Пегаса первая ступень 18 т полной массы и почти 3 сухой.

[vashu1]

Похоже идея называется Autophage motor

 

Недавняя работа на тему http://sci-hub.tw/10.2514/1.A34153 

 

The propellant rod itself would make up the body of the rocket, and as the vehicle climbed the engine would work its way up, consuming the body from base to tip...

 

if pulsed combustion can be achieved by exploiting this behavior, the propellant feed force need only exceed the chamber pressure during its minimum cycle to deliver fuel and oxidizer.

 

chamber pressures of between approximately 300 and 700 kPa

 

Небольшой движок с внешним приводом подачи топлива.

 

1960 год https://patents.google.com/patent/US3250216 Сп№%ли, буржуи проклятые.

[vashu1]

Забавно, первым идею высказал аж Цандер(возможно аж в 1911), хотя детали он не углублялся

 

Во время полета ракетою необходимо втягивать несущих поверхностей (пропеллера, двигатель и другие части аэроплана), расплавлять их в особом сосуде или котле и выбрасывать расплавляемый металл для увеличения действия ракеты. Для этой цели аэроплан должен иметь соответственную конструкцию: должен снабжаться тросами и приспособлениями для производства всех необходимых движений.

 

http://www.mediagnosis.ru/HISTORY/HTML/LITER/HRESTOM/C/Cander_01.htm

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fe/Перелеты_на_другие_планеты._Статья_2_(Цандер%2C_1937).pdf

 

[Zenitchik]

первым идею высказал аж Цандер

Читал. Размышления - интересные, как реализовать - непонятно.

Теоретически можно в космосе организовать производство алюминиевой пыли из отработанных ступеней, а эту пыль потом отправлять на планеты с атмосферой из CO2 для использования в качестве горючего. Мне попадалась статья про систему на четырёхкомпонентном топливе НДМГ-АТ-CO2-Al - первых двух требуется относительно мало. Годится как источник энергии для марсохода, а может быть, как двигатель для полётов (плавания?) на Венере.

[vashu1]

Необычный поворот

 

«При производстве еды можно использовать большинство технологий, которые применяются 
для создания пластиковых изделий», – говорил Уорф, имея в виду не только контейнеры 
для еды, но и элементы космических кораблей, которые обычно оставляются на месте 
работы перед возвращением домой. Другими словами, вместо того чтобы оставить лунный 
модуль на поверхности спутника Земли, команда «Аполлона-11» могла разобрать его на 
кусочки и использовать в качестве пищи во время обратного пути. Таким образом, количество 
необходимой астронавтам еды автоматически сокращалось. Воображение Уорфа рисовало 
ему астронавтов, жующих наборы инструментов и части мотора и запивающих это содержимым 
топливного бака. Так и хочется сказать: не забудьте оставить место для десерта! 
Предложенные Уорфом «прозрачные стекла из сахара» пришлись бы здесь очень кстати.

Edited 11 Oct 2018 by vashu1