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[专题专项] 下一代运载火箭方案及CZ-5/6/7中后期改型方案信息汇总贴

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joki 发表于 2014-10-27 07:29 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖所说“下一代”运载火箭,是指新一代火箭(5、6、7)的后继型号,也就是所谓小型火箭、中型火箭、大型火箭。鉴于重型火箭CZ9有专帖,这里不作涉及。主旨是汇总、讨论下一代轨道运载器的各种信息,包括一次性运载火箭、复用火箭、RLV等。
感谢坛友ssizz提供的论文《发动机推力调节能力对系列构型运载火箭总体性能影响研究》,算是本帖第一篇涉及下一代火箭概念性文章。虽然不是明确的方案研究,且有给2500kn发动机找下家的意思。但这也反映出中国的火箭研制者们在新一代火箭临近首飞之际,已经开始思考下一代火箭的发展问题。



感谢Lsquirrel提供了一篇最新的燃料交叉输送技术论文。同时附上10年前一篇类似论文和近期一篇发动机冗余技术论文。结合首篇论文内容,不难发现CBC构型、Cross-feed、发动机推力调节均为近期的技术热点,从这里也可窥见中国航天未来的某些技术趋势。












IAC2015,一院公布“龙”小型运载火箭(Naga-L),预计发射时间2017年底,报价1000万美元。二级构型,一级液氧煤油、二级氢氧,起飞质量约100吨、总长约30米。发射场酒泉,LEO运力1.55吨@41°,SSO运力820kg@500km、620kg@700km。国际合作方面,小倾角的LEO任务可选择在印尼、塔桑尼亚发射,SSO任务可选择在瑞典发射。


更新:
严格来说CZ-3D不能算是下一代火箭,与CZ5/7等型号同为一代,本不应该放在顶楼。但是一来这个型号有望成为国内第一个采用CBC构型的型号,算是个突破。另外总有人反应找不到图,受滞后信息影响由此引发不必要口水。现在把图和资料更新在这里。



CZ-3D:芯一级三液氧煤油模块并联(衍生自CZ724芯级)、直径为3.35 m,二级推测为CZ724二级缩短(4*YF115),三子级使用氢氧末级,GTO运载能力7 t。
CZ-3E:起飞级和二级构型同CZ-3D,三子级使用YF-115发动机,为全液氧煤油构型,GTO运载能力5.2 t。




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本帖被以下淘专辑推荐:

cmj9808 发表于 2014-10-27 11:55 | 显示全部楼层
恕我直言,实在没看出搞250t级引擎有何必要。芯级直接用两台YF100,连游机都省了。
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 楼主| joki 发表于 2014-10-27 14:41 | 显示全部楼层
cmj9808 发表于 2014-10-27 11:55
恕我直言,实在没看出搞250t级引擎有何必要。芯级直接用两台YF100,连游机都省了。

滚控估计是学安加拉,但我也觉得意义不大,整体构型是山寨宇宙神,但是运载系数指标差远了。
以CZ7芯一级状态不变,重新研制一款通用氢氧二级即可。如果要优化性能,可以光杆和双固推助推构型、包括GTO任务沿用老3米氢氧级。四固体助推和液体助推构型用加强的氢氧二级以优化大载荷运力,没必要上CBC。继承性强、研发成本低且运载系数比这个方案更好看,至于最终成本孰优孰劣更是难说。下一代火箭怎么也得10年以后才能进入实际的方案阶段,没准那时候都流行复用设计了。
从整个大盘子考虑,由于登月计划前途不明朗,氢氧+固推最近又呼声很高,YF480前途堪忧。衍生这么个250发动机,有形成系列化找下家的意思,可指标真是太难看。。。
ssizz 发表于 2014-10-27 14:51 | 显示全部楼层
论文里芯级模块长度只有25米,却要装165吨推进剂,你说贮箱共底吧,运载系数却如此难看
跟他上一篇论文里那个啪啦CZ-7各构型运力的表一样OOXX
PS:“氢氧+固推最近又呼声很高”,没明确这呼声是针对CZ-9的吧?
 楼主| joki 发表于 2014-10-27 15:01 | 显示全部楼层
本帖最后由 joki 于 2014-10-28 07:24 编辑

发现一个比较有趣的内容,120吨固推助推器。
这个东西出现的比较早了,珠海航展也展出过。但除了推力量级一直没有更多信息,这下基本都清楚了:
直径2米、长度14米,推力1150KN、地面比冲2334,约合117吨、238s。横向比较跟EELV和H2A所用固推有一定差距,比冲指标偏低,只比印度固推略高一些。比较可惜的是没有公布全重数据,无从判断干质比。考虑到壳体材料是钢,估计也不会太好看。
唯一让人眼前一亮,或者说大感意外的是,120固推装药量居然高达75吨。根据以上数据计算其燃烧时间超过152s,后面时序附表中的152.22s也验证了这一点。对于固推而言,这个工作时间绝对算是长的了,印象里可能是最长的。相较而言,航天飞机的固推工作120s、阿5的固推也不过工作130s,常见的百吨级小固推,一般就90~100s而已。国产120固推实属另类。







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 楼主| joki 发表于 2014-10-27 15:21 | 显示全部楼层
ssizz 发表于 2014-10-27 14:51
论文里芯级模块长度只有25米,却要装165吨推进剂,你说贮箱共底吧,运载系数却如此难看
跟他上一篇论文里 ...

这应该就是个毛估,哪里刚好整米连零头都没有。运载系数表现这么差,也不太可能是用共底储箱设计。
目前CZ7芯一级高度似乎是27米,但这是包括级间段的。扣除级间段高度可能比论文里这个还短。
从数据看只比目前CZ7芯一级加注量多了约10吨,储箱长度增加1米,这个应该是可以接受。2500kn发动机采用泵后摇摆且室压提升至20Mpa以上,发动机高度和常平座高度得到控制。
另外,我并不觉得他这篇论文中的数据有什么特别不合常理,有空推敲一下。之前那篇文章除了GTO写成GEO以外,运力数据基本可以跟总冲计算对上。光杆构型性能降低,可能跟通用氢氧二级有关系。最大要顶15吨载荷,结构要补强很多。而且,也不排除了为降低成本,二级没用共底。
“氢氧+固推最近又呼声很高”指的就是CZ9,这是专贴中“老王是好人”放的消息。。。
 楼主| joki 发表于 2014-10-27 15:33 | 显示全部楼层
@rhZhao
也许未来航天成本是第一考虑的因素,技术作为储备就行了。就像美国分明在80年代就能开展载人火星探测,但是迟迟没有进行却把几个干重80吨载重22吨的轨道器往太空发射了一百多次的原因吧。


未必成本就好看,运载系数还不如长三系列,3CBC的GTO运力赶不上光杆F9v1.1,性价比从何谈起。好在也就是个论文而已,真的方案这么做,还不得让人骂死。
ddeell72 发表于 2014-10-27 15:42 | 显示全部楼层
我支持把长7魔改成兔版安家啦
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 楼主| joki 发表于 2014-10-27 15:50 | 显示全部楼层
ddeell72 发表于 2014-10-27 15:42
我支持把长7魔改成兔版安家啦

这个是改成宇宙神5的节奏,就是指标还不如现在。。。
ddeell72 发表于 2014-10-27 16:03 | 显示全部楼层
586执政以来,政治改革风险和经济转型压力实在太大了,前所未有,所以大家对全新一代航天器、航天工程与建设恐怕不能报太高期望了,我觉得要做好这个思想准备。所以我才提“魔改”

只有武器装备会坚定推进下去

说不定未来二三十年国际格局会有什么剧变
 楼主| joki 发表于 2014-10-27 16:08 | 显示全部楼层
ddeell72 发表于 2014-10-27 16:03
586执政以来,政治改革风险和经济转型压力实在太大了,前所未有,所以大家对全新一代航天器、航天工程与建 ...

不要想太多,虽然火箭跟国家基础和支持力度有关系。但就这个论文而言根本是个具体构型取舍问题,属于细节。
另外本帖不要跑题讨论武器装备什么的,畅谈版有专帖。
 楼主| joki 发表于 2014-10-27 16:26 | 显示全部楼层
本帖最后由 joki 于 2014-10-27 16:48 编辑

对于首贴论文中所说的落区问题,我在地图上做了测量统计,结论如下。
1、酒泉卫星发射中心:
(1)42.4°LEO任务,光杆构型落区安全、双固推构型落区不行(不可用)、四固推构型勉强出东海、CBC构型落区在苏岩礁附近。
(2)SSO任务,光杆构型落区安全,双固推、四固推、CBC构型落区均在外国领土(不可用)。
2、太原卫星发射中心:
SSO任务,光杆构型落区安全,双固推构型落区不行(不可用)、四固推、CBC构型落区安全(南海)。
3、西昌卫星发射中心:
GTO任务,光杆构型落区安全,双固推构型落区不行(不可用)、四固推、CBC构型落区安全(台湾以东)。
4、文昌卫星发射中心:
(1)42.4°LEO任务,光杆构型落区安全、双固推构型勉强可用、四固推构型掉菲律宾(不可用)、CBC构型落区安全。
(2)SSO任务,四个构型均落区安全。
(3)GTO任务,四个构型均落区安全。
------------------------------------------------
小结:1、光杆构型在4个发射场均可使用,CBC构型适应性仅次于光杆(除酒泉无法执行SSO任务),双固推构型限制较多。2、LEO任务中两个发射基地均有一款固推构型无法使用,从运力需求看光杆和CBC构型是执行LEO任务主力。3、固推构型在太原、文昌两个基地执行SSO任务适应性强,只有双固推不可用。3、GTO任务在西昌、文昌适应良好,只有双助推构型在西昌无法使用。


纸飞机 发表于 2014-10-27 16:55 | 显示全部楼层
S-200的海平面比冲是227
但固体助推器燃烧时间长这是坏事呀……
ddeell72 发表于 2014-10-27 18:05 | 显示全部楼层
joki 发表于 2014-10-27 16:08
不要想太多,虽然火箭跟国家基础和支持力度有关系。但就这个论文而言根本是个具体构型取舍问题,属于细节 ...

没有的啦 我只是说说我的想法的背景
cmj9808 发表于 2014-10-27 22:37 | 显示全部楼层
本帖最后由 cmj9808 于 2014-10-27 22:38 编辑
ssizz 发表于 2014-10-27 14:51
论文里芯级模块长度只有25米,却要装165吨推进剂,你说贮箱共底吧,运载系数却如此难看
跟他上一篇论文里 ...

长5助推器在设计时的初始参数是长26.3m,携带147t推进剂,这篇文章里则是25m长对应165t推进剂,唯一的解释就是共底,而且箱间段还得长的有点离谱。
padamsli 发表于 2014-10-27 23:04 | 显示全部楼层
这个帖子是长征567的中后期改型吧,G还是H?
Nighthawk 发表于 2014-10-27 23:36 | 显示全部楼层
padamsli 发表于 2014-10-27 23:04
这个帖子是长征567的中后期改型吧,G还是H?

也就是说帖子标题为“新一代运载火箭中后期改型方案”可能合适些?
turbopump 发表于 2014-10-28 00:23 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
joki 发表于 2014-10-27 15:01  发现一个比较有趣的内容,120吨固推助推器。  这个东西出现的比较早了,珠海航展也展出过。但除了推力量级 ...

这个确实可喜可贺
 楼主| joki 发表于 2014-10-28 07:12 | 显示全部楼层
cmj9808 发表于 2014-10-27 22:37
长5助推器在设计时的初始参数是长26.3m,携带147t推进剂,这篇文章里则是25m长对应165t推进剂,唯一的解 ...

长五助推器长度包含头锥,扣掉头锥小于23米。
传统上喜欢将级间段计入芯一级长度,比如CZ7芯一级的27米多就包含级间段,扣除这部分以后CZ7芯级和CZ5助推储箱部分长度差异在一米左右。156-147=9吨,加注量的差异跟储箱长度差异刚好对得上。
论文中的3.35米芯一级加注量增加到165吨,所以储箱部分(含发动机)总长25米是可信的,且25米就是火箭运输槽车的内长极限,文章后面的图表标注中提到级间段按4米计算。以上因素前后印证25米是不包括级间段的,再考虑到火箭运载系数的表现,应该没用共底设计。
 楼主| joki 发表于 2014-10-28 07:16 | 显示全部楼层
@Nighthawk @padamsli

一级发动机换了、储箱有延长,二级是全新设计,型谱上引入固体助推器和CBC构型,这还能算是改进型么。。。技术跨度比CZ-2F/H还大,好歹人后来也正式改叫CZ7,这么大改动获得一个新系列编号是应该的。
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