Продраться через атмосферу.

RLAN> Но сделать это рабочим в любительских условиях на порядок сложнее

Похоже на то.
Главное — надо делать что-то отличное от просто РДТТ, значит нужны новые знания, материалы, инструменты и т.д.
Проще ещё одну стандартную ступень добавить.

---

Итог.

На симуляции получилось, что ракеты с массовым совершенством как у "взрослых", могут улетать на орбиту имея стартовый вес всего несколько килограммов.

Ошибок в симуляции никто не нашёл, следовательно (логический вывод), её можно считать правильной.

На этом тема может быть закрыта.


Следующий логический шаг — попытаться прикинуть возможность сделать такую ракету.

По управлению предварительные прикидки дают вес аккумулятора, датчиков, электроники и актуаторов рулей около 40 граммов. То есть, вес головы в сборе - "меньше ста граммов".
Осталось попробовать сделать "маленькие, но гордые" движки.
(Мелочи, типа стыковки ступеней, это уже вопрос третьего сорта.)

Для обсуждения таких движков можно создать другой топик. (А можно и не создавать, а просто закруглиться и успокоиться.)

Xan> (Мелочи, типа стыковки ступеней, это уже вопрос третьего сорта.)
Пацталом... Шутка удалась.

> На симуляции получилось, что ракеты с массовым совершенством как у "взрослых", могут улетать на орбиту имея стартовый вес всего несколько килограммов.
Да, а мелочи типа той, что "взрослого" массового совершенства на десятикилограммовой ракете никогда не достичь - это вопрос третьего сорта. То, что объем растет в квадратичной зависимости, а площадь, его прикрывающая - только в линейной... Это все вопросы третьего и прочих сортов... Уморил...

А.С.>> Проблема в том, что моменты и боковые силы (например, подъёмная) создают на этом стыке раскрывающее усилие, и для ракеты удлинением 20 оно будет немаленьким - таким, что ракета "разложится" сильно раньше, чем нужно.
Xan> Ну, это решаемо имхо. Например, "туго обмотать снаружи ниткой, которую пережигать, после отработки двигателя".

Именно что имхо. Надо считать эти самые усилия и моменты.

А.С.>> Опять же, встаёт в полный рост вопрос - как делать стабилизаторы и рули?
Xan> В нижней части каждой ступени, у нижних ступеней побольше, у верхних поменьше. По идее надо получить небольшую устойчивость, почти нулевую, чтоб рулить легче было.

При этом стабилизаторы верхних ступеней будут дестабилизаторами для нижних. И получить даже небольшую устойчивость будет непросто. Кроме того, лобовое и волновое сопротивление от дополнительных стабилизаторов будет немаленькое.

Xan> Рули: или на голове поворотные, или сама голова (без рулей) наклоняющаяся относительно последней ступени. В последнем случае один руль для крена всё-таки нужен.

Рули, способные стабилизировать исходную ракету, будут офигительнейшим дестабилизатором для второй или третьей ступени.

А.С.>> Ну вот профессионально, как раз, так не делают - в настолько маленьких двигателях доля топлива около половины. Несмотря на все ухищрения, типа сферических композитных или титановых корпусов.
Xan> STAR 4G — 65%. УИ * 0.65 = 175. Это как ориентир!
Во-первых, у него время работы маленькое. Во-вторых, нельзя множить УИ на массовое совершенство - в формулу для ХС одно входит напрямую, другое - под логарифмом. В-третьих, у него вакуумное сопло, земной УИ будет меньше.

А.С.> Именно что имхо. Надо считать эти самые усилия и моменты.

Посчитать усилия несколько проще (и выполнимее), чем сделать маленький движок с совершенством большого.

Xan>> В нижней части каждой ступени, у нижних ступеней побольше, у верхних поменьше. По идее надо получить небольшую устойчивость, почти нулевую, чтоб рулить легче было.
А.С.> При этом стабилизаторы верхних ступеней будут дестабилизаторами для нижних.

Прикидки такие:
Первая ступень - дозвуковая, работает до высоты около 10 км, она составляет 30...40 % длины ракеты.
Стабилизаторы второй ступени оказываются при этом ниже центра тяжести, что и требуется. Площадь их, естественно, меньше, чем стабилизаторов первой ступени.
У третьей ступени стабилизаторы оказываются несколько выше центра тяжести полной ракеты, но они и значительно меньше, чем у первой, раза в три. И ниже центра тяжести ракеты без первой ступени.
А дальше уже вакуумные ступени идут, без стабилизаторов!

А.С.> Рули, способные стабилизировать исходную ракету, будут офигительнейшим дестабилизатором для второй или третьей ступени.

Способность лететь прямо зависит от скорости реакции управления.

А.С.> Во-вторых, нельзя множить УИ на массовое совершенство - в формулу для ХС одно входит напрямую, другое - под логарифмом.

Ну, я рассматриваю случай, когда маленький двигатель толкает большую железку. Тогда (в пределе) умножение.

А.С.> В-третьих, у него вакуумное сопло, земной УИ будет меньше.

У него 180 атмосфер. С его коэффициентом расширения (58?) на выходе получается порядка атмосферы.
Не, ну я не говорю, что дома на кухне его можно превзойти. Но стремиться надо!

Non-conformist> Да, а мелочи типа той, что "взрослого" массового совершенства на десятикилограммовой ракете никогда не достичь - это вопрос третьего сорта.

А вот этого я не говорил, не надо.

А.С.>> Именно что имхо. Надо считать эти самые усилия и моменты.
Xan> Посчитать усилия несколько проще (и выполнимее), чем сделать маленький движок с совершенством большого.
Но всё равно надо! что толку в массовом совершенстве движка, если на стенде он будет работать, но мы порвём его при разделении ступеней?

Xan> Прикидки такие:
Xan> Первая ступень - дозвуковая, работает до высоты около 10 км, она составляет 30...40 % длины ракеты.

Нееет, первая ступень - это бустер, который разгоняет ракету до 250 м/с с ускорением не меньше 10 же, иначе растут гравитационные потери, да и управление аэродинамическими рулями невозможно. При разгоне до 250 м/с за 2,5 с гравитационные потери на этом участке равны 25 м/с, а при разгоне на 2 же - за 12,5 секунд (реально - заметно больше, т.к. ускорение будет падать уже при 100 м/с) - 125 м/с. Разница - 100 м/с (реально будет почти 200).

Xan> Стабилизаторы второй ступени оказываются при этом ниже центра тяжести, что и требуется. Площадь их, естественно, меньше, чем стабилизаторов первой ступени.
Xan> У третьей ступени стабилизаторы оказываются несколько выше центра тяжести полной ракеты, но они и значительно меньше, чем у первой, раза в три. И ниже центра тяжести ракеты без первой ступени.
Xan> А дальше уже вакуумные ступени идут, без стабилизаторов!
А.С.>> Рули, способные стабилизировать исходную ракету, будут офигительнейшим дестабилизатором для второй или третьей ступени.
Xan> Способность лететь прямо зависит от скорости реакции управления.

А эта скорость зависит от мощности рулевых машин (актюаторов), их веса, веса аккумуляторов и т.д. В 40 грамм уложиться нельзя, это чересчур грубые прикидки.

А.С.>> Во-вторых, нельзя множить УИ на массовое совершенство - в формулу для ХС одно входит напрямую, другое - под логарифмом.
Xan> Ну, я рассматриваю случай, когда маленький двигатель толкает большую железку. Тогда (в пределе) умножение.

Нельзя одновременно рассматривать число циолковского 16,5 и множить УИ на массовое совершенство.

А.С.>> В-третьих, у него вакуумное сопло, земной УИ будет меньше.
Xan> У него 180 атмосфер. С его коэффициентом расширения (58?) на выходе получается порядка атмосферы.

геометрический 58 - это газодинамический порядка 400-500. Порядка атмосферы редко бывает даже у двигателей первой ступени, например, у РД-107 на срезе сопла 0,4 атмосферы на номинале.

Xan> Не, ну я не говорю, что дома на кухне его можно превзойти. Но стремиться надо!

Можно получить в самодельном движке УИ чуть больше 200 - есть на форуме люди, успешно экспериментировавшие с ПХА. Можно получить время работы 20 секунд. Но не одновременно то и другое в одном движке. Я уж не говорю про массовое совершенство.

Я тут в ратмановском спредшите экспериментирую с разными комбинациями того-сего. Получается, что в пределе, располагая STAR13A и STAR6A (а лучше - их "искровскими" аналогами), и первой ступенью на ЖРД с УИ 205 у земли и 232 в вакууме, при тяге в 1 тонну у земли, можно вывести килограмм-полтора сверх веса пустого движка на орбиту 175х200 км, при том, что ГО будет весить около 1 кг и будет сброшен на 140-й секунде, но, главное, 2-я и 3-я ступени обе стабилизируются вращением, а весь разворот по тангажу делает первая. При этом, правда, массовое совершенство первой ступени должно быть около 9.

А.С.> В 40 грамм уложиться нельзя, это чересчур грубые прикидки.

Три актуатора 06A S2 ----- 3.42 * 3 = 10.26 г
Батарея 3.6 В, 0.30 Ач --- 8.0 г
Электроника и датчики:
медь (2 стороны по 17 мкм) 0.31 г/см2
основа (0.5 мм) ---------- 0.11 г/см2
Компоненты --------------- 0.1 г/см2
На 50 см2 получается ---- 25.5 г — (скорее меньше 50 см2)
Итого: 10.26 + 8 + 25.5 = 43.76 г

А.С.> Можно получить в самодельном движке УИ чуть больше 200 - есть на форуме люди, успешно экспериментировавшие с ПХА. Можно получить время работы 20 секунд. Но не одновременно то и другое в одном движке. Я уж не говорю про массовое совершенство.

Можно атмосферную ступень попробовать жидкостную.
А дальше уже ТТ.

А.С.> Я тут в ратмановском спредшите экспериментирую с разными комбинациями того-сего. Получается, что в пределе, располагая STAR13A и STAR6A

С покупными движками x-prize не выиграть!

А.С.>> В 40 грамм уложиться нельзя, это чересчур грубые прикидки.
Xan> Три актуатора 06A S2 ----- 3.42 * 3 = 10.26 г
А почему именно эти? А хватит ли их, чтобы обеспечить требуемые моменты на управляющих органах? Ведь то, что рули стоят в носу, здорово повышает требования к быстродействию!
Xan> Батарея 3.6 В, 0.30 Ач --- 8.0 г
А сможет ли эта батарея обеспечить мощность, необходимую для актюаторов, во время максимального скоростного напора и трансзвука?
Xan> Электроника и датчики:
Xan> медь (2 стороны по 17 мкм) 0.31 г/см2
Xan> основа (0.5 мм) ---------- 0.11 г/см2
Xan> Компоненты --------------- 0.1 г/см2
Xan> На 50 см2 получается ---- 25.5 г — (скорее меньше 50 см2)
Xan> Итого: 10.26 + 8 + 25.5 = 43.76 г

А теплоотвод, вибростенд и т.д.? Циферки можно написать любые. Но они ничем не подкреплены - нормы для РЭА общего назначения не годятся для того, что полетит на твердотопливной ракете.

А.С.>> Можно получить в самодельном движке УИ чуть больше 200 - есть на форуме люди, успешно экспериментировавшие с ПХА. Можно получить время работы 20 секунд. Но не одновременно то и другое в одном движке. Я уж не говорю про массовое совершенство.
Xan> Можно атмосферную ступень попробовать жидкостную.

Ну, пока в России нет ни одного отработанного хотя бы до 70% готовности ЖРД с УИ 200 или больше. РДТТ есть.

Xan> А дальше уже ТТ.
А.С.>> Я тут в ратмановском спредшите экспериментирую с разными комбинациями того-сего. Получается, что в пределе, располагая STAR13A и STAR6A
Xan> С покупными движками x-prize не выиграть!

При чём тут X-prize? Он уже выигран, притом, с покупным движком, как бы Рутан ни клялся, что он разработан исключительно силами его конторы. Притом, в правилах икс-прайза ничего не говорилось про то, что движок нельзя покупать - требовалось лишь, чтобы в нём не было элементов, изготовленных или разработанных на деньги государства и чтобы кроме топлива, в аппарате от полёта к полёту заменялось не больше 10% взлётной массы.

Xan>> Три актуатора 06A S2 ----- 3.42 * 3 = 10.26 г
А.С.> А почему именно эти? А хватит ли их, чтобы обеспечить требуемые моменты на управляющих органах? Ведь то, что рули стоят в носу, здорово повышает требования к быстродействию!

Двигатель с редуктором имеет момент 0.0375, скорость 2.5 рад/с, массу 2.9 г.
Актуатор на той же основе имеет массу 3.42 г, усилие 2.4 (скорость 2.5 мм/с) или 24 Н (скорость 0.5 мм/с).
Ну и можно сделать свой актуатор с нужной скоростью.
Я, всё-таки, нацеливаюсь на наклоняющуюся голову, а не на рули.

Xan>> Батарея 3.6 В, 0.30 Ач --- 8.0 г
А.С.> А сможет ли эта батарея обеспечить мощность, необходимую для актюаторов, во время максимального скоростного напора и трансзвука?
3.6 вольта 8 ампер (литиевая).
На те моторчики - с огромным избытком, просто более лёгкую не нашёл, эта самая маленькая из мощных.

Xan>> Электроника и датчики:
А.С.> А теплоотвод, вибростенд и т.д.? Циферки можно написать любые. Но они ничем не подкреплены
Тю!
Греться там особенно нечему. Ну, я периодически свои изделия в духовке жарю - наплевать им на жару.
Когда-то (ещё при коммунизме, на советских компонентах) сделал самодельный ацп, ну и постепенно повышал ему температуру, а он вдруг - раз! - перестал работать! Что-то у него там отпаялось. А для пайки я всегда использую только пос-62 - 187 градусов.

Вот батарейка - она, конечно, не жаростойкая.

А.С.> - нормы для РЭА общего назначения не годятся для того, что полетит на твердотопливной ракете.

Маленькие устройства гораздо устойчивее больших к вибрациям и ускорениям. Масштабный фактор, однако.


Xan>> С покупными движками x-prize не выиграть!
А.С.> При чём тут X-prize? Он уже выигран

Ай! Страшная апучатка!
Конечно, N-prize!

umbriel> Кто-нибудь знает, как изменяется мол. масса воздуха с высотой?
umbriel> Понятно что уменьшается

С чего бы это ей уменьшаться?
За счёт вариации количества паров воды?

Состав и мол.масса практически неизменны, вот поэтому и не находится!

Xan> С чего бы это ей уменьшаться?

Ага, сенкс!

В зависимости от состава газа в атмосфере выделяют гомосферу и гетеросферу. Гетеросфера — это область, где гравитация оказывает влияние на разделение газов, так как их перемешивание на такой высоте незначительно. Отсюда следует переменный состав гетеросферы. Ниже её лежит хорошо перемешанная, однородная по составу часть атмосферы, называемая гомосфера. Граница между этими слоями называется турбопаузой, она лежит на высоте около 120 км.

umbriel> В зависимости от состава газа в атмосфере выделяют гомосферу и гетеросферу. Гетеросфера — это область, где гравитация оказывает влияние на разделение газов, так как их перемешивание на такой высоте незначительно. Отсюда следует переменный состав гетеросферы.

Ну, выше 120 км, там уже воздуха мало, и мне непонятно, кого может там интересовать его состав.
С практической точки зрения.

Понятно, что водород (из диссоциировавшей воды) будет улетать в космос.
Аргон наоборот, постарается высоко не подниматься.
Азот и кислород очень близки по мол.массе, сильного разделения не произойдёт.
Итого: ракетомоделисты могут считать, что состав атмосферы постоянен.

А откуда вообще такой вопрос возник?

Xan> Двигатель с редуктором имеет момент 0.0375, скорость 2.5 рад/с, массу 2.9 г.
Xan> Актуатор на той же основе имеет массу 3.42 г, усилие 2.4 (скорость 2.5 мм/с) или 24 Н (скорость 0.5 мм/с).
Xan> Ну и можно сделать свой актуатор с нужной скоростью.

И что? Где расчёт потребных управляющих моментов?

Xan> Я, всё-таки, нацеливаюсь на наклоняющуюся голову, а не на рули.

Её оторвёт на максимальном скоростном напоре.

Xan>>> Батарея 3.6 В, 0.30 Ач --- 8.0 г
А.С.>> А сможет ли эта батарея обеспечить мощность, необходимую для актюаторов, во время максимального скоростного напора и трансзвука?
Xan> 3.6 вольта 8 ампер (литиевая).
Xan> На те моторчики - с огромным избытком, просто более лёгкую не нашёл, эта самая маленькая из мощных.

Это при комнатной температуре, а при +40? а при +55? а сколько будет в голове во время прохождения Qmax?

Xan> Ай! Страшная апучатка!
Xan> Конечно, N-prize!

N-prize не выиграть ни с какими движками - ибо разрешение на запуск (а альтернатива - турма по обвинению в тыраризме) уже стоит дороже, чем разрешено правилами этого контеста.

Xan> А откуда вообще такой вопрос возник?

Хочу смоделировать собственное предложение.

А.С.> И что? Где расчёт потребных управляющих моментов?
Xan>> Я, всё-таки, нацеливаюсь на наклоняющуюся голову, а не на рули.
А.С.> Её оторвёт на максимальном скоростном напоре.

Ну с чего бы?
Если сила лобового сопротивления порядка веса ракеты, то и рулёжные нагрузки такие же или меньше.

Xan>> На те моторчики - с огромным избытком, просто более лёгкую не нашёл, эта самая маленькая из мощных.
А.С.> Это при комнатной температуре, а при +40? а при +55? а сколько будет в голове во время прохождения Qmax?

Там снаружи горячо будет всего секунд 40 (от 1.5 до 3 маха), а дальше атмосфера кончится.
Скорее всего даже специально теплоизолировать не надо.

А.С.> N-prize не выиграть ни с какими движками - ибо разрешение на запуск

Выехать в Гондурас, там договориться и пустить.
И гондурас станет космической державой!!!

А.С.>> И что? Где расчёт потребных управляющих моментов?
Xan> Xan>> Я, всё-таки, нацеливаюсь на наклоняющуюся голову, а не на рули.
А.С.>> Её оторвёт на максимальном скоростном напоре.
Xan> Ну с чего бы?
Xan> Если сила лобового сопротивления порядка веса ракеты, то и рулёжные нагрузки такие же или меньше.

Саш, ты наивен, как семь копеек одной монетой. Даже без учёта вибраций это не так - рулёжные нагрузки прямо пропорциональны потребной полосе пропускания, тебе же нужно преодолевать не только аэродинамические силы, но и момент инерции башки. А с учётом акустических нагрузок, флаттера и собственных резонансных частот конструкции - два порядка, как из пушки. Ну, в общем, оторвёт, будь уверен.

Xan> Скорее всего даже специально теплоизолировать не надо.

Ну, посмотрим

А.С.>> N-prize не выиграть ни с какими движками - ибо разрешение на запуск
Xan> Выехать в Гондурас, там договориться и пустить.
Xan> И гондурас станет космической державой!!!

А ты уверен, что сможешь найти нужные контакты в Гондурасе, чтоб договориться? Более реалистично, кстати, на Кубе. Только пускать надо с гор в восточной оконечности острова.

А, да. Договариваться придётся, как минимум, ещё с казахскими таможенниками. Чтобы вывезти "изделие".

Xan> Я, всё-таки, нацеливаюсь на наклоняющуюся голову, а не на рули.

Почему? Там же рычаг будет капитальный?
Какие же нужны тяги..


Xan> Выехать в Гондурас, там договориться и пустить.
Xan> И гондурас станет космической державой!!!

Кто же тебя в гондурас с ракетой выпустит))

А.С.> N-prize не выиграть ни с какими движками - ибо разрешение на запуск (а альтернатива - турма по обвинению в тыраризме) уже стоит дороже, чем разрешено правилами этого контеста.

Андрей, а почем сейчас запуск, если не секрет?

А.С.> Саш, ты наивен, как семь копеек одной монетой.

Ну - да!
Но механические проекты у меня получаются успешно.

А.С.> А с учётом акустических нагрузок, флаттера и собственных резонансных частот конструкции - два порядка, как из пушки. Ну, в общем, оторвёт, будь уверен.

"Два порядка" - не похоже на реальность.
Ну, если дозрею до практики, посмотрим.

А.С.> А ты уверен, что сможешь найти нужные контакты в Гондурасе, чтоб договориться?

Под гондурасом я подразумеваю любую страну третьего сорта.

А.С.> А, да. Договариваться придётся, как минимум, ещё с казахскими таможенниками.

Везти можно электронику россыпью. Топливо и движки делать на месте.
Ессно, предварительно всё отработав дома.

Xan> Везти можно электронику россыпью. Топливо и движки делать на месте.
Xan> Ессно, предварительно всё отработав дома.

И как ты собираешься добывать гидразин, углепластик и прочее в стране третьего мира?
Вот кстати, очень рекомендую Кирибати — Википедия
План таков: нужен робот, который умеет делать станции, которые умеют делать таких же роботов. Отправляем одного такого в полинезию посылкой по почте, там он выбирается и заполоняет все необитаемые острова. Кроме того, желательно чтобы станции по производству роботов умели делать гидразин, амил, ракеты, пушки, танки, самолеты - вобщем все чтоб захватить этот выродившийся мир и построить Великую Империю Полинезийцев.
Да здравствует Император!

RLAN> Эмуляторы дают сильное падение сопротивления на гиперзвуковых скоростях.

Нет.
Падение КОЭФФИЦИЕНТА сопротивления.
А он ещё на квадрат скорости умножается.

Ну вот если кто разберётся в каракулях в прикреплённом файле...

Там взята типичная зависимость Cx от скорости.
И посчитан расход тяги на подъём на единицу высоты в зависимости от плотности ракеты (масса на сечение) к плотности атмосферы.

Первая кривулька - для совсем лёгких ракет (сотни граммов). Там лучшая скорость (минимум кривой) - она значительно меньше звука.
Потом (три следующих кривульки) лучшая скорость близка к звуку, около 0.9, примерно там, где коэффициент начинает резко расти.
Пятая кривая имеет два минимума, на дозвуке и на сверхзвуке. (Два минимума на одинаковом уровне.)
Когда ракета добирается до такого отношения плотностей, имеет смысл перепрыгнуть в сверхзвуковую область.
Следующие кривые - для тяжелых ракет - там сразу надо разгонаться в сверхзвук.

У ракеты, способной выбраться из атмосферы, по мере подъёма её плотность относительно плотности воздуха постоянно растёт.
То есть, вначале она соответствут первым кривым, а потом соответствует всё более последним.

Получается, что для ракет в диапазоне стартовых масс примерно 1...10 кг лучший режим такой:
быстрый разгон до 0.9 звука;
долгий неспешный подъём на этой скорости до момента, когда сопротивление станёт 13% от текущего веса ракеты;
рывок до скорости около 2 маха (сопротивление при этом становится в два раза выше веса);
поддержание скорости, при которой сопротивление раза в полтора-два выше веса.

umbriel> И как ты собираешься добывать гидразин, углепластик и прочее в стране третьего мира?

Туда почта ходит.
Причём часто даже лучше, чем в СНГ.

umbriel> Да здравствует Император!

Слава Робатам!
Убить всех людишек!!!

Xan>> Я, всё-таки, нацеливаюсь на наклоняющуюся голову, а не на рули.
umbriel> Почему? Там же рычаг будет капитальный?

Наклон головы позволяет одними и теми же моторчиками рулить и в атмосфере и в вакууме. Одним и тем же софтом.

umbriel> Какие же нужны тяги..

Сила сопротивления, действующая на голову, примерно около половины веса ракеты - несколько кГ.
Так что усилия там не шибко большие.