Vertikālā Lineāro motoru raķeš katapulta

Lidojošie, rāpojošie un statiskie mehānismi un tajos izmantotās tehnoloģijas, kas paredzētas tuvējā un tālā visuma izpētei

Vertikālā Lineāro motoru raķeš katapulta

Postby Epis » 13 Jun 2012, 14:22

šis ir turpinājums vecajam topikam kur meklējot ceļus tam kā lētāk iedzīt raketi līdz kādam X ātrummam (kādi 200-300m/s) pa viss zemāko cenu un ar samērā augstu energo effektivitāti + tehnologijai jābūt Lētai, un svarā vieglai, jo tā ies līdzi raketei tās lidojumā.
un Risinājums ir 2vi.
1. Viens Lineārais sinhronais elektro motors kas iedos raketei starta vertikālo ātrumu, un vēlāk to balansēs.
2. Lineārā rakeš dzinēju turbīna, proti impulsa turbīnas tips, apmēram kā vecās ūdens dzirnavas, kur ūdens krita uz ratu ar lāpstiņām un to grieza, un šeit ūdens vietā ir Rakeš dzinēja izplūdes gāzes, bet rata vietā vertikāla lāpstu, plākšņu siena un kopā ir 2 turbīn sliedes.

uzzīmēju kā apmēram shematiski varētu tas viss izskatītes, proti paņemu F1 raketes parametrus un degvielas bāku LOX un RP-1 tilpumus, kur 1 un 2 rakeš pakāpei LOX ir 21.5 tonas un RP1 = 8.3 tonas un es sadalīju abas pakāpes vienādi uz 2vām daļām lai izlīdzinātu rakets svaru jo kā redzams bildē ta motori atrodās 30 grādu lenķī un tur ir 4 lejā un 4 vidū un katrs nessīs pussi no raketes massas, tas ir svarīgi ja ir Lieli G paātrinājumi piemēram kā 9G tad šitā novietojot dzinējus samazinās strukturālā slodze, negatīvā puse ir tāda ka pēc katapultēšanas 30 grādu motora lenķis dos mazāk vertikālo paātrinājumu, un apakšējos varēs nolaist vertikāli, bet vidējie nelaidīsies, bet kad nometīs 1 pakāpi ta vidējos varēs nolaist un turpināt ar pilnu jaudu.
bilde ir tāda paplika,jo ir tīri ilustratīva idejas parādīšanai, tā mazā sliede kas piestiprināta degvielas bākām ir Magnētu sliede priekš tā Elektro motora

Vertical_Rocket_catpult_V1Kopa.png
Vertical_Rocket_catpult_V1Kopa.png (1.74 MiB) Viewed 1198 times


vēlāk ielikšu garāku komentāru.
Epis
Brūnais punduris
Brūnais punduris
 
Posts: 146
Joined: 09 Sep 2010, 12:59

Re: Vertikālā Lineāro motoru raķeš katapulta

Postby Epis » 13 Jun 2012, 15:22

Tātad tagat bišķi garāks komentārs un var sākt ar to kāpēc nosaucu šo thenologiju par "Vertikālo Lineāro Motoru Rakeš Katapultu" jeb VLMRK un tāpēc ka:

1.Raketi startē "Vertikāli", kur visas slodzes uz raketi iet pa centra assi vienā virziena/dimensījā, un tas ir daudz vienkāršāk un arī lētāk, jo tās idejas kur ir slīpa katapulta rada problēmas ar to ka slodzes uz raketi ir arī sāniskas, un tas rada problēmas priekš garām,tievām raketēm kas burtiski var salūzt uz pusēm, pa šito es lasīju vienā rakstā un bīj teikts ka visas modernās raketes ja startētu slīpi neizturētu un izjuktu, un lai neizjuktu vaidzētu būvēt daudz izturīgāku smagāku raketes korpusu lai varētu turēt tās sānu slodzes tādēļ arī ja raketi katapultē ta tikai vertikāli. nav ko dzīvi sarežģit tur kur tā jau tā ir sarežģita.

2. "Lenārie motori" jo ir 2 tipa motori kas abi ir lineāri, jeb taisni nevis apaļi, viens ir elektro motors un otrs raķeš dzinēja turbīnas tipa (hibrīds)proti ir rakeš motors kas iet pa turbīnas tipa lapstiņu sliedes, un atšķirībā no parstām turbīnām es tur uzīmēju ļoti primitīvas metala plāksnes jo tur nekādu High tech dizainu manprāt nevaig, galvenais lai ir lēti un dotu vajadzīgo effektu, cik daudz tas palielinās raketes dzinēju jaudu īsti nav skaidrs bet cipars varētu būt vairākas reizes lielāks nekā bez.
galvenā ideja te ir Lētums, tā lai cena pret raķetei iedototo delta-V paātrinājumu, jeb kopējo svara samazinājumu nebūtu pārāk augsta un šadā garumā ja katapultas torņa augstums būtu 0.5km (kas ir standart mastu torņu augstuma normas robežās) ta tas nebūtu pārmērīgi dārgs, nu tā spekulējot uz ātro cipars manprāt nevarētu būt lielāks par 10-20 milj $ priekš F1 raketes, proti ja parsts Radio/TV masta tornis 400-500m augsts piķo ap 1-2milj. $ ta šis varētu maksāt 10x dārgāk jo būtu gabarītos platāks un lielākām slodzēm, proti ja F1 rakete sver ap 35 tonām ta pie 9G reālā paātrinājuma tā svērs 315 tonas un ta šo svaru tornim vaidzēs īstermiņā pāris sekundes izturēt, bet tā ir dinamiskā īstermiņa slodze nevis ilgtermiņa un parsti torņu konstrukcijā kalkulējot slodzes liek to rezervi ~10x ko tornis spētu itkā vertikāli noturēt deļ veja, apledojuma un citu tipu slodzēm no laikapstākļiem, līdz ar to ja uzbūvētu torni kas spēj augšā noturēt 35 tonīgu smagu raketi ta tas arī spēs to katapultēt.
un elektro motors domāju ka nebūs visā sliedes garumā jo viņiem parasti ir ātruma limits un ir tā jo ātrāk iet jo lielāku jaudas motoru vaig, proti energijas patēriņš aug kāpjot ātrummam, tākā max motors varētu iedzīt raketi līdz kādiem 25-30m/s ~100km/h lai tas motors neizmaksātu pārāk dārgi, jo tāpat visa lielā jauda tālākam paātrinājumam nāks no raķeš motoriem un kautkādu stabilizācijas funkciju varētu veikt gar malu izvietoti nelieli elektromagnēti kas būtu lētāk par elektro motoru, un patērētu mazāk enerģiju.
es tur bildē paņemu veco raketes modeli ar veco elektro motoru magnētu sliedi un tur tādas bīj 2vas, katrā malā sava un vienkārši sadalot raketi 2 vienādās daļās sanāca vieta otrai sliedei kas vecajā variantā atradās otrā pusē, bet tagat atrodās augšā.

nu itkā izskatās baigi sarežģiti salīdzinot ar parasto raketi, bet tā sarežģitība nomet pašas raketes svaru, ietaupot degvielu, un līdz ar to ietaupītās degvielas massu var aizvietot ar lielākas sarežģītibas sistēmām, dzinējiem, padarīt to stiprāku lielākām G slodzēm un vibrācijām, beigu beigās padarot to raketi daudzkārt izmantojamu.
un Katapulta kā infrastruktūras objekts kas domāts daudz simts, tukstoš reizū startiem sevi noteikti ka laika gaitā atpelnīs, arī pašas daudz sarežītākās raketes ja tās varētu izmantot no pāris desmit reižu līdz pat simts būs daudz reiz lētākas + zemāks Enerģijas patēriņš kopā nesīs ievērojamu ekonomiju.
Epis
Brūnais punduris
Brūnais punduris
 
Posts: 146
Joined: 09 Sep 2010, 12:59

Re: Vertikālā Lineāro motoru raķeš katapulta

Postby Epis » 14 Jul 2012, 16:41

Pērādījās pirmās bildes kur redzams SpaceX grasshoper http://spaceflightnow.com/news/n1207/10grasshopper/ (tas ir daudzkārt izmantojamas VTVL raketes protatips ar ko veiks pirmos pacelšanās un nosešanās lidojumus) un protams ka visi baigi fano pa tām bildēm, un atkal vairākos raktstos tiek runāts ka tā būs baigā revolūcija, bet man gan tā neliekās un reku mans skats kādeļ tas tomēr būs dārgi salīdzinot ar daudzkārt izmantojamu katapultējamu kādu no maniem rakeš versij modeļiem.
tātad lai panāktu daudzkārt izmantojamību viņi palielielina raketes degvielas apjomu pa ap 40% un ja ar X apzīmē pašreizējo Falcon9 raketes massu ta daudzkārt izmantojamās raķetes massa būs 1.4X, savkārt ja to pašu F1 raketi katapultētu un ietaupītu ap 25-30% degvielas ta tās massa būtu 0.7-0.75X un ja salīdzina 1.4x ar 0.7-0.75x ta skaidri radzams ka katapultējamā daudzkārt izmantoajmā rakete ir gandrīz uz pusi vieglāka, arī energo effektīvāka, un energo effektīvāks dizains sev līdzi nes ar lētumu, proti uz pusi vieglāka rakete nozīmē pusi mazākas jaudas dzinējus, degvielas tvertnes un mazāku gabarītu infrastruktūru priekš būvniecības/transporta, karoči cena krīt uzreiz pa 2x.
un paši spaceX domā ka degvielas cena ir sīkums, bet ja tā var teikt ka ir aizmirsuši to ka galvenā problēma ir nevis degvielas cena un tur ka 40% vairāk degvielas pa maku nesitīs, bet gan massa, jeb degvielas svars un +40% raketes svara pieaugums ir daudz lielāka problēma nekā degvielas cena. un šito sakarību arī parādīs tā viņu raketes pakalpojuma cena kas pēc dažādiem resursiem un prognozēm svarstās ap 1000$/kg, proti vienīgais kas prognozē daudzkārtizmantojamas raketes to super zemo ceno ir pats spaceX un visi citi kas +- nodarbojās ar to rēķinašau neprognozē neko baigi lētāku par tiem 1000$/kg.
vispār spaceX panākumi man liekās ir bišķi pārspīlēti jo es te lasīju par ķīnu un viņu rakeš programmu un tur viņi pa virs 10 gadiem ir iztērējuši virs 6 mijardi $ un rezultāts ir pašiem sava kosmosa stacija, pirmais cilvēku lidojums un dzīvošana kosmosā, un tā cena ir patiešām ļoti zema, un viņi iet to pašu attšitības scenarīju, jeb līdzīgu kā spaceX, proti izmanto visas esošās zināšanas un tehnologijas un izvēlās lētākās, + vienkāršiba, masu ražošana, un lēts darbaspēks+lēti resursi, un man liekās ka ķīniešu raketes ir lētākas nekā spaceX.
bet jebkurā gadijumā vai tie būtu ķīnieši vai kāds cits, ja gribēs nāktnē vēl mazināt rakešu un Leo transporta cenu ta nāksies būvēt kāda tipa katapultu.
tagat pa pašu kataultu pēdējās pārdomas:
domāju ka vaig to lineāro turbinas lāpstu sliedi šaurāku un tas nozīmētu vairāk mazāka izmēra raķeš motorus vienmērīgāk izvietotus gar malu vissā garumā, jo te strādā tāpate lētuma ideja kā lineārā elektriskā motora gadījumā, kur motors kas ir garāks ar mazākas jaudas,izmēra segmentu, jeb vienu polu (turbīnas variantā tas pols būs rakeš motors un tā izmērs) kam vaig šaurāku mazjaudīgāku,lētāku sliedi būs daudz izdevīgāks, un skatoties uz to zīmējumu kur katrā malā ir 4 lieli rakeš dzinēji uzzimēti ar lielu platu vertikālo spārnu sliedi, tā vien liekās ka tas viss baigi dārgi izmaksātu, un ne jau tikai cenā ir tā problēma, bet arī airodinamikā, proti tornis būs garš un augsts un tāda plata sliede radīs ļoti lielu veja sānisko slodzi uz torņa, faktiski vēja slodze būs lielāka nekā pašas raketes starta slodze, un tā logiski secinot sanāk ka samazinot to turbīnas sliedes platumu ietaupījums būtu daudzkārt lielāks, pat ja pate rakete sanāktu krietni dārgāka un sarežģitāka.
+ šaurāka sliede nozīmē arī vieglāku svara ziņā sliedi, un tākā pa vienu sliedes posmu ies vairāki dzinēji pāri ta sliedes noslodze būs lielāka starta laikā, kas palielina sliedes ekonomisko izdevīgumu.
tātad ar šaurāku sliedi piemēram 2-3x šaurāku katapultas tornis būs krietni lētāks deļ mazākas vēja pretestības, vieglākas sliedes un vispār svara ziņā vieglāka konstruckija.
pate rakete ar mazākiem dzinējiem varētu būt nedaudz dārgāka un smagāka, bet tākā pats tornis būs lētāks, un vieglāks svara ziņā ta tīri teorētiski pa vien un to pašu naudu varētu uzbūvēt garāku, augstāku torni, kas palielinātu raketes izejas ātrumu un starta augstumu, kas atsvērtu, kompensētu papild konstrukcijas sarežģītūbu un zemākus parametrus.
un te vēl var skatīties tāda šķērsgriezumā, kur varētu salīdzināt torņa lineārā turbo motora platumu ar tā cenu un augstumu + pašas raketes motora izmēru un LEO kravas/svara attiecību, kur tā likne varētu būt tāda ka lielāki rakeš motori dotu labāku raketes LEO kravas/svara attiecību, bet dārgāku, smagāku,īsāku starta katapultu, līdz ar to labāk ja būtu vairāk motoru nekā mazāk.
vēlviena intresanta lieta kas ienāca prātā, proti ja raķeš motori stāv ar leņķikādi kādi 20-30 grādi tad tas nebūt nenozīmē ka jaudas zudumi būs visu laiku, jo ja uztaisa tā ka motori ir grozāmi pa vienu rotējošo assi šeit es runāju pa asi kas iet vertikāli caur raķetes centru, nevis horizontālo asi, lenķi kurā paši motori stāv, ta ja pagriež motorus pa 90 grādi sāniski viņi varētu mainīt raķetes slīpumu un tad ja pate raķete nostājās tajā motoru slīpumā sanāk ka motoru spēks tiks izmantots 100% tādu manevru un motoru griešanu varētu veikt ka raķete ir jau virs 35km augstumā kur vairs nav atmosfēras, un tad sanāktu ka raķete lido slīpi uz priekšu, atmosfērā tādu lidojuma trajektorīju nav prāta darbs veikt ja nu vienīgi priekš atgriešanās un bremzēšanas manevriem, iespējams ka nolaisties tā pa slīpo varētu vismaz kādu ceļa posmu. šitas slīpā motora pagrieziens un slīpā raketes lidošana atrisina to efektivitātes problēmu, kas rastos no jaudas zuduma ja rakete visu laiku deļ motora slūpuma zaudētu pārdesmit % savas jaudas, bet tagat izskatās ka lielāko lidojuma daļu šādi jaudas zudumi nebūtu. no tehniskās puses tas bišķi sarežģi visu konstrukciju bet ieguvumi atsver paaugstināto sarežģītību. tā man vismaz liekās.
Epis
Brūnais punduris
Brūnais punduris
 
Posts: 146
Joined: 09 Sep 2010, 12:59

Re: Vertikālā Lineāro motoru raķeš katapulta

Postby Epis » 21 Jul 2012, 22:39

izdomāju ka labāk to lineāro turbīnu apgriezt otrādies, kur dzinēji ir uz sliedes un raķetes sānos ir piestiprināta turbīnas sliede, jo tas tā ideja instalēt raketē sānisko dzinēju rindu tomēr ir tāda pa traka un kautkā liekās bišķi nereāla, daudz lētāk būtu salikt tajā torņa sliedē cietās degvielas rakeš dzinējus (neliela izmēra) kas izdeg ļoti ātri ap 0.5-1 sekundē un salikt elektriskos detonātorus un raketei ejot augšā pēc kārta detonēt, apmēram izskatītos kā liels gaismas uguņošanas šovs.
līdzīgas idejas ja kas bīj arī agrāk, kur sliedē saliek degvielu, bet tur bīj tā ka itkā ietu rakeš dzinējs un aizdedzinātu viņu, bet tākā lienārie dzinēji viss lielāko labumu dod tad kad ir izstiepti garumā un plānāki ta šādi modeļi ka izmanto rakeš dzinēju rindu kas ietu pa sliedi īsti nebūs izdevīgi, vismaz tehnologiski tur ir sarežģita tā lieta.
tā vietā šitā "pirotehniskā" lineārā turbo katapulta varētu būt daudz lētāk, un to sliedes turbīnas daļu ko stiprina klāt raketei visā tās garumā pēc starta uzreiz varētu mest nost, jo tā sliedie būs parats bleķis ar izsistām turbīnas kabatām, kautkas lēts un vienkārš.
Tātad uzlabotā ideja ir tāda:
1. cietās degvielas rakeš dzinēju salādēta torņa sliede 0,2-0.5km augsta, degšanas ilgumu katram lādiņam vaidzētu mainīt jo startā tiem ir jādeg ilgāk bet ka rakete iedzenās ta degšanas laiks var samazināties,
2. metāla kabatu lineārā turbīnas sliede piestiprināta pie abiem raketes sāniem visā tās garumā.
3. liels G paātrinājums 9-18m/s ir iespējams jo šajā konfigurāicjā cietās degvielas salādētā torņa motoru jaudai nav limita, proti cik vaig tik var salikt, jo tas nepalielina raketes svaru, un pate raketes lineārā metala sliede būs relatīvi viegla, ja salīdina tās radīto jaudu pret pašsmasu ta tai jābūt vismaz idejiski vairākas reizes vieglākai kā rakeš motoriem, nu priekš >9g paātrinājuma sliede varētu svērt tik pat cik 1 pakāpes rakeš motori kopā ņemot, proti, svaram šeit īsti nav nozīmes jo startējot rakete nenes līdzi degvielas svaru.
4. un skaidrs ka šādā konfigurācijā ir iespējami lielāks paātrinājums, un ja rakete nenes cilvēkus ta kādeļ lai gan to nekatapultēt ar kādu 200-300m/s/s paātirnājumu tad torņa augstums ievērojami sarūk.
piemēram ja torņa garums ir 0.5m tad ar vertikālo paātrinājumu 90m/s/s var sasniegt ātrumu 300m/s, bet ja dubūlto paātrinājumu līdz 180m/s/s ta lai sasniegtu to pašu ātrumu 300m/s vaig jau tikai 250m augstu torni, skaidrs ka izdevīgāk ir iedzīties ātrāk, un taisīt zemāku torni, un tāds lēts tornis varētu būt 150 augsts bet ta vaig 30G paātrinājumu, priekš necilvēku kravu raketes tāds paātrinājums raketei problēmas nekādas radīt nevar, cilvēki protams ir cita lieta.
piemēram jair tornis pus kilomtru augsts, pa kuru cilvēkus startē ar 9G+1Gzeme=10G(ko cilvēki var izturēt) un iedzen raketi līdz 300 m/s (ap Mach1) ātrumam, ta ja startētu kravas raketi ar 30G+1G(zeme)=31G pa to pašu torni ta tā iedzītos jau līdz 547m/s (mach 2 )ātrumam, tas ir pa 1.8X reiz lielāks starta ātrums kravai nekā ja startē cilvēkus.
karoči šitās idejas Bonus, izdevīgums būtu tajā ka varētu viegli startēt vien un to pašu raketi dažādos režimos, proti pa lēno ar 9G vai ātro 30G, ielādējot torī attiecīgā stipruma cietās degvielas raketes sliedi, raketes pusē nekas nemainītos, vienkārši jātaisa tāda rakete kura var izturēt 30G startu ar attiecīgu turbo sliedi, un cilvēkus startējot vienkārši būs zemāka LEO krava.

5. un galvenais bonus ko minēju ir tas ka šitā startējot uz raķetes neatrodās degviela ko izmanto startam, proti nav raketei jānes sev līdzi lieks svars, un tas protams samazina pašas raketes svaru, kas noved pie tā ka vaig mazāk energijas, jaudas starta sliedes motorus, vecajā versija kur rakeš motori atradās uz raketes(viss bīj otrādies) raketei vaidzētu ness sevī arī starta degvielu, un ja piemēram izmantotu cietās degvielas raketes sliedi kā tagat, tikai apgrieztu otrādies un tā būtu pie raketes ta arī tad sanāktu ka rakete svērtu vairāk, deļ cietās degvielas massas, un tas nozīmētu ka vaidzētu lielākas jaudas cietdegvielas motorus, un finālā samazinātos energo effektivitāte, jo tiko tiek samazināta pašas raketes massa, tā arī samazinās energija ko vaig lai to paātrinātu, proti šitā shēma tīri teorētiski ir viss ekonomiskākā ka izmanto ārpus raketes energijas avotu lai paātrinātu pašu raketi.

vispār šādam startam nav limitu ātruma ziņā, proti tik pat labi varētu iedzīt raketi līdz pat mach 3-4 lielam ātrummam ta vaidzētu virs 1km garu starta ceļu un pāri 300m/s/s paātrinājumu.

velāk megināšu kautko uzzimēt.
Epis
Brūnais punduris
Brūnais punduris
 
Posts: 146
Joined: 09 Sep 2010, 12:59


Return to Tehnoloģijas

Who is online

Users browsing this forum: No registered users and 1 guest