ротон ( с маленькой буквы)

 
В вот как насчёт обсудить... РОТОН.

То есть ЖРД, интегрированный с ракетой, в котором роль насоса выполняет центробежная сила.
Представляет из себя Т-образную конструкцию: за головным обтекателем идёт горизонтальное коромысло с 2 камерами сгорания и соплами на концах, за ними - вертикально скомпонованные баки компонентов. Эдакий импеллер. Конструкция интенсивно вращается вокруг вертикальной оси (как одно целое), центробежная сила задавливает компоненты в КС...
Старт производится путём некоторого наддува баков или предварительной раскрутки на стартовом стенде.

Что хочется обсудить. Окупается ли такая конструкция по сравнению с традиционными любительскими моторами? К которым относится рдтт, гибридка, вытеснительный жрд.
То есть, можно ли получить особенно привлекательные ТТХ и какой ценой?

На ум приходит следующее.

- небывалая конструкция интересна сама по себе
- жрд имеют высокий уд импульс
- железяка не так сильно зависит от технологии и качества, как композитные заряды рдтт
- доступные материалы (перикись или LOX - доступный материал?)
- стенки баков разгружены за счёт минимального наддува и "тянущей" схемы
- под давлением Рк находятся элементы небольшого объёма, а не вся ракета
- многоразовость большей части конструкции (одноразовые - вкладыши критсечения?)
- можно попробовать придать "коромыслу" аэродинамические свойства и организовать вертолётную схему спуска

Проблемы.

- сложность отработки
- устойчивость изделия при выработке топлива
- необходимость динамичекской балансировки под полной нагрузкой
- сгорание компонентов в условиях центробежных сил
- конструкция не так чтобы очень простая (например, КС и особенно форсунки)

Чего ради огород городить?

Скажем, если у нас практический импульс будет хотя бы 200 единиц - 2000м/с, при сухой массе 10кг для выполнения задачи (атмосфера+200км) достаточно 35кг заправки, это порядка 30л...
Шашка такой массы, изготовляемя в домашних условиях - это как, более или менее страшно? Во всяком случае, как мне кажется, более сложно, особенно в смысле повторяемости результата.

Готов ловить и складировать в кучу табуретки.
 
Увязать размеры и массу "коромысла", массу сопловых блоков, частоту вращения и давление в камерах. Для начала надо вывести формулу "давление на входе в форсунку = f(RPM)", а так же определить разрывные нагрузки в коромысле (или консолях, или карусели - как назвать лучше?) У КС небольшого размера стеники могут быть весьма толстыми, да? следовательно, давление они выдержат весьма приличное... стальной или титановый стержень на разрыв тоже ничего так нагрузки держит....
Определиться с уд. импульсом - на какую цифру средует сориентироваться, чтобы стало вкусно.
 
+
-
edit
 

avmich

координатор

Мне пока здесь кажется такой вопрос интересным: как себя поведут камеры сгорания при наличии серьёзного бокового ускорения?

Камеры, наверное, надо делать качающимися... чтобы они раскручивали "коромысло", поддерживали его угловую скорость заданной, и при этом толкали вверх...

А коромысло и вправду немаленькие нагрузки должно держать :) может, его лучше сделать, скажем, пятикрылым?..

При этом - полегче, чтобы гиромомент поменьше... а то как поворачивать? Это значит что, композиты?..

Так, боковое ускорение - например, так: нам, скажем, нужны параметры, как у Энергии :) эдак 20 МПа, т.е.

m * w2 * r/2 / S = 20 МПа,

где m - масса топлива в одном луче, S - поперечное сечение трубы, w - угловая скорость...

m = S * r * rho

где rho - средняя плотность топлива, примем, скажем, за 1000 кг/м3... итого

S * r * rho * w2 * r/2 / S = 20 МПа,

откуда при rho = 1000

r2 * w2 * 1е3 / 2 = 2e7

слева размерность м2 * с-2 * кг/м3 = кг / м / с2, справа - кг * м / с2 / м2 = кг / м / с2, так, совпадает :) это хорошо... получается

r2 * w2 = 40000

или

r * w = 200

метров в секунду... скажем, при 10-метровом луче нужна скорость 20 радиан в секунду, или 3 оборота в секунду, или 180 RPM... скорость конца луча будет те самые 200 метров в секунду...
 
+
-
edit
 

avmich

координатор

Кстати, Факас не даст соврать, при повышении давления в КС УИ, как правило растёт :) на таком давлении можно и, наверное, на 2,5 - 3 километра в секунду рассчитывать даже для любительской конструкции... хотя, конечно, лучше посчитать... но 2 км/с (точнее, 206 секунд) уже покорённый любителями рубеж, на перекись-керосине, и без таких давлений...

А как классно отбрасывать ступени у такой лапочки... снизу...

А какой изумительный УИ будет, когда она будет взлетать по-вертолётному... правда, разогнаться не получится...

Надо прикинуть нагрузку на лопасти - они же целиком стартовый вес поднимают...
 
+
-
edit
 

avmich

координатор

Выглядит очень интересно :) как бы это посчитать...
 
Таак.

Лопастей для простоты - две. Минимум деталей, проще балансировка, проще "ступица".
Увеличивать их количество может пондобиться, чтобы уменьшить размеры КС и сопел.
Как я понимаю, меньшего размера КС проще заставить работать как надо.

Использовать аэродинамическую тягу при старте - ??? это проблематично.
И вряд ли эффективно. А вот на спуске - профилированые определённым образом "лопасти" вполне могут заменить парашютную систему.

Если копрус будет расширятся книзу (юбка) то аэродинамический ЦПС сместится книзу, что улучшит стабилизацию в полёте без применения оперения.

Кто знает, оперение для сверхзвуковой крупной ракетомодели сложно делать?

Конструкция, однако, одноступенчатая, или с компактной твердотопливной второй ступенью, устанавливаемой сверху "коромысла". Разделение ненагруженных баков на ступени - какой смысл?

Радиальные нагрузки на коромысле на порядки выше, чем тангенциальные от тяги двигателей.

Размер я бы ограничил - скажем, не более 2м радиус.
Ускорение на концах пропорционально квадрату w, так вот и крутить побыстрее.

Далее. Давление в камере = давление на входе - падение давления на форсунках.
Причём, чем последнее больше, тем лучше (мельче) распыляются компоненты и тем полнее сгорают (т е уменьшается объём кс).

Вот ещё забавный момент: в канале лопасти возможна кавитация из-за приливных сил, которые создают в столбе жидкости отрицательное давление.
 
+
-
edit
 
LBS>Таак.

Должен огорчить. НАДДУВ это (в общем) использование ЭНЕРГИИ. Либо вы ее запасаете наддувом баков(или в баллонах ВД, или ПАДом)либо получаете на ТНА(или поршнях). В вашем случае энергия наддува=энергия, получаемая за счет центробежных сил. И то, что вы сэкономите на толщине стенок баков или массе привода ТНА вылезет на самой конструкции, которая это ускорение должна "держать"- прямо скажем не самый конструктивный способ.(С)Закон сохранения массы-энергии :)

Ник
Объективная реальность - вариант бреда, обычно вызывается низким уровнем концентрации алкоголя в крови.
 
+
-
edit
 

avmich

координатор

Ник, не путай :) ТНА всё же делают с пользой.... о нарушении ЗСМЭ речь не идёт, только о весе баков.
 
Ник, соображение сугубо качественное и непродуманное. Не надо пытаться применить законы сохранения, не понимая, как они для данной конструкции работают.
"Коромысло" совершенно не обязательно тяжелее ТНА с газогенератором. Всё зависит от применяемого материала и общей оптимизации конструкции. Ни один закон сохранения этим не нарушается.

В случае ротона энергия для закачки компонентов берётся из них же. Разгон топлива до значительной радиальной скорости = расход энергии. Разумеется, КПД ротона ниже, чем ТНА с газогенератором на топливных компонентах.
Если моторы вырубаются и тяга исчезает, вращение остановится - будет заторможено текущей по радиальным каналам жидкостью.

БЯКА в том, что положительная обратная связь не способствует стабилизации RPM.

Можно добавить, скажем, 10 атм за счёт наддува тонких стеклопластиковых баков. Это придаст им дополнительную жесткость и обеспечит старт ротона.
 
+
-
edit
 
LBS>Можно добавить, скажем, 10 атм за счёт наддува тонких стеклопластиковых баков. Это придаст им дополнительную жесткость и обеспечит старт ротона.
Очень трудно изготовить жесткий композитный бак на 10 атм. МИНИМУМ на 20-30 получится :)

Ник
Объективная реальность - вариант бреда, обычно вызывается низким уровнем концентрации алкоголя в крови.
 
То есть? А я вот сейчас возьму разрывную нагрузку для стеклоткани 0.2 мм, подставлю в простейшее уравнение для цилиндрического баллона, впишу туда 1МПа (10атм) да и получу соответствующий предельный диаметр!
И как будет выглядеть после этого уважаемый мной за недоступное мне знание химии Nick Crack?
Правда, баллон в самом деле может оказаться здоровенный... считать лень ;-)
Для N2O2 получались стенки порядка 1мм при диаметре порядка 100мм.
 
+
-
edit
 
LBS>То есть? А я вот сейчас возьму разрывную нагрузку для стеклоткани 0.2 мм, подставлю в простейшее уравнение для цилиндрического баллона, впишу туда 1МПа (10атм) да и получу соответствующий предельный диаметр!
LBS>И как будет выглядеть после этого уважаемый мной за недоступное мне знание химии Nick Crack?
LBS>Правда, баллон в самом деле может оказаться здоровенный... считать лень ;-)

Это если СЧИТАТЬ :) А если ДЕЛАТЬ, то для того, что бы стенка хотя бы не сминалась пальцАми и под своим весом, придется взять минимум два слоя. Сверхтонкую ткань тоже не найдешь, эпоксидку максимально "выжать" тоже не получится ...и в результате РЕАЛЬНО сделать изделие со стенкой не тоньше 1,5-2 мм(а чаще все 3 мм)- как раз под 30 атм :)
LBS>Для N2O2 получались стенки порядка 1мм при диаметре порядка 100мм.
Не N2O2, а (как минимум :D ) N2O :lol: А если N2O2 - то это минимум Нобелевка за открытие "неизвестных свойств азота", а вот если NO2(он же N2O4, азотный тетроксид) - то как минимум - больница :)

Ник
Объективная реальность - вариант бреда, обычно вызывается низким уровнем концентрации алкоголя в крови.
 
+
-
edit
 

Serge77

модератор

Nick_Crak>Очень трудно изготовить жесткий композитный бак на 10 атм. МИНИМУМ на 20-30 получится :)

А понадобится и на больше, если предлагается крутить всю ракету вместе с баками, а радиус коромысла относительно мал. Ведь баки разнесёт центробежная сила.
+
-
edit
 

avmich

координатор

Предлагается, конечно, крутить только коромысло.

Идея, как я понимаю, вот в чём: это простой центробежный насос. Зачем нужны насосы, тут же говорилось :) цепочка такая: УИ - давление в камере - вес баков - насос; то, что насос трудно сделать любителю (да и не любителю) - это тоже известно. Поэтому интересуют именно простые насосы...
 
+
-
edit
 

Serge77

модератор

avmich>Предлагается, конечно, крутить только коромысло.

Это сам ROTON предлагал. А товарищ LBS, как я понял, предлагает крутить всё сразу:

"Конструкция интенсивно вращается вокруг вертикальной оси (как одно целое), центробежная сила задавливает компоненты в КС..."

Или я неправильно понял?

Если крутить только коромысло, то другая проблема: герметизация стыка неподвижных топливопроводов, идущих от баков, с вращающимися топливопроводами коромысла.
И как в этой схеме удержать ракету от раскручивания?
+
-
edit
 

avmich

координатор

Герметизация стыка, конечно, проблема, но, надеюсь :) решаемая: там же давления низкие.

Ракета не раскручивается :) она же не крутит коромысло - коромысло крутится само, от момента двигателей... Есть, конечно, трение в оси, но момент трения можно и парировать чем-нибудь.
 
+
-
edit
 

avmich

координатор

Хм, а может, я не так LBS понял...

Можно, наверное, и целиком ракету вращать. Но тут проблем, мне кажется, больше, чем стык герметить. Проблемы с управлением...

Баки не очень толстые - радиус баков меньше "радиуса" коромысла, соответственно, силы меньше... но всё равно...
 
+
-
edit
 

Serge77

модератор

avmich>Ракета не раскручивается :) она же не крутит коромысло - коромысло крутится само, от момента двигателей...

Это понятно.

avmich> Есть, конечно, трение в оси

Вот я об этом.

avmich> но момент трения можно и парировать чем-нибудь.

ЧЕМ??? Это дополнительное устройство (двигатель) - потери в массе/эффективности.
+
-
edit
 

avmich

координатор

Ну, там же момент-то небольшой будет? Вы на какое трение рассчитываете, товарищ Жюков? Ну, хорошо :) поставьте пару маленьких движков, всё равно для системы управления понадобятся... и даже не пара...
 
+
-
edit
 

avmich

координатор

Любая ведь ракета (с активной системой управления) имеет возможность изменять pitch, yaw, roll, виноват, тангаж, рыскание. вращение (или это в авиации так зовут?) Вот эта система и будет поддерживать ракету невращающейся.

О какой потере эффективности речь?..
 
+
-
edit
 

Serge77

модератор

avmich>О какой потере эффективности речь?..

Я не спец, я только из общих соображений: при наличии крутящегося коромысла система стабилизации должна быть намного (не знаю насколько) мощнее, чем обычно. Соответственно более тяжёлые двигатели стабилизации.
+
-
edit
 
avmich>>О какой потере эффективности речь?..
Serge77>Я не спец, я только из общих соображений: при наличии крутящегося коромысла система стабилизации должна быть намного (не знаю насколько) мощнее, чем обычно. Соответственно более тяжёлые двигатели стабилизации.

Сережа, не система СТАБИЛИЗАЦИИ(её вообще может не быть, раскрутка и есть стабилизация :) )а система УПРАВЛЕНИЯ. Если же девайс предполагается пускать просто вверх, на радость детишкам, то ничего больше и не надо.

Ник
Объективная реальность - вариант бреда, обычно вызывается низким уровнем концентрации алкоголя в крови.
 
+
-
edit
 

Serge77

модератор

Nick_Crak>Сережа, не система СТАБИЛИЗАЦИИ(её вообще может не быть, раскрутка и есть стабилизация :) )а система УПРАВЛЕНИЯ.

Я имел в виду предотвращение раскручивания ракеты в конструкции, в которой коромысло вращается отдельно от всего остального. Т.е. всё остальное не должно вращаться. В этом смысле раскрутка - это дестабилизация.

Nick_Crak> Если же девайс предполагается пускать просто вверх, на радость детишкам, то ничего больше и не надо.

Тогда и парашюта не надо, пусть падает на голову детишкам. Всё равно не раскроется, если его выбросить из раскрученной ракеты.

LBS

старожил
Конечно, конструкция интересее как одно целое, без хитрого-прехитрого подшипника с топливом и окислителем внутри.

Конечно, изделие следует делать только с пассивной стабилизацией, т е закруткой и аэродинамикой.
Конечно, летать следует вертикально вверх.
Лично я слабо представляю управляемый полёт 50кг дуры с ХС 3 км/с по настильной, так сказать, тракетории :-)

Баки тонкие, сминающиеся под руками - это то, что надо. Пример - ПЭТФ бутылки от газировки. В наддутом виде имеют каменную жёсткость.

Центробежная сила пропорциональна квадрату w, правильно?
Поэтому вполне реально иметь на стенках баков умеренные нагрузки, по сравнению с теми, что на концах коромысла.

Про расчёт бака: N2O, конечно. Очепятка.

Про устойчивость Т-образного изделия в процессе вращения может кто-нибудь чего-нибудь сказать? Есть ощущение, что оно будет устойчивее на высоких rpm, чем обычная ракета такой же массы, особенно, при выработке топлива.


Кстати.
В список положительных свойств ротона следует добавить
- большая безопасность баков под низким давлением.
 
А мне нравится.
Только за место коромысла поставить лопасть от вертолета.
И шаг в зависимости от w , после апогея переходим на авторотацию.
Но будет это уже не ракета
 

в начало страницы | новое
 
Поиск
Настройки
Твиттер сайта
Статистика
Рейтинг@Mail.ru