航空航天港

 找回密码
 注册会员

QQ登录

只需一步,快速开始

12下一页
返回列表
查看: 1894|回复: 22
收起左侧

[原创] 两种水面回收火箭方法的设想

  [复制链接]
jiyu_shi 发表于 2018-8-3 14:12 | 显示全部楼层 |阅读模式

对本站感兴趣的话,马上注册成为会员吧,我们将为你提供更专业的资讯和服务,欢迎您的加入!

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?注册会员

x
一楼:水面回收液氧煤油动力芯一级或助推器的设想
二楼:水面回收氢氧动力芯二级或单级入轨级的设想
十三楼:一种利用残余(额外)低温燃料冷却箭体的设想

水面回收液氧煤油动力芯一级或助推器的设想

相对运载火箭一级在陆上回收,水面回收技术要更简易,但传统的水面回收最大的问题是入水冲击对箭体、发动机造成损伤和发动机受水体浸泡造成污染和腐蚀等问题。为此我设想了一种新的伞降+浮囊+注水平衡的水面回收方式。大概说来有以下特点:

一、设调姿发动机,将箭体姿态从自由坠落段的发动机端朝下氧箱端朝上调整为发动机端朝上氧箱端朝下;

(如气动翼作用满足调姿要求,则可不设调姿发动机)

二、在一级箭体的发动机段设降落伞(或翼伞),伞降过程发动机端朝上氧箱端朝下;

三、氧箱设开闭闸,注水调节箭体重心,使漂浮时发动机端保持在水面上;

四、在箱间段设充气浮囊,确保触水、注水阶段发动机端保持在水面上。

过程简述:

1、再入的一级满足开伞条件,调姿发动机点火调姿

再入的一级满足开伞条件,调姿发动机点火调姿

再入的一级满足开伞条件,调姿发动机点火调姿

2、调姿开伞

调姿开伞

调姿开伞

3、以发动机端朝上氧箱端朝下的姿态伞降

以发动机端朝上氧箱端朝下的姿态伞降

以发动机端朝上氧箱端朝下的姿态伞降

4、入水前打开气囊和氧箱注水闸

入水前打开气囊和氧箱注水闸

入水前打开气囊和氧箱注水闸

5、以此姿态持续向氧箱注水

以此姿态持续向氧箱注水

以此姿态持续向氧箱注水

6、最终平衡的水面漂浮状态

最终平衡的水面漂浮状态

最终平衡的水面漂浮状态

此水面回收方式可确保发动机不受损,箭体大部不受损,入水段箭体可能需要修复,氧箱需要清洁和修复。

对于内陆发射的火箭,可以伞降在水库里,比如太原发射可伞降到三门峡,或在河南山东等地选择位置合适的废弃矿坑建成水库(水深应不小于15米);西昌发射可伞降到西南水电群水库等。因为氧箱注水,不会污染水体。水库回收必须使用格栅翼和翼伞。



 楼主| jiyu_shi 发表于 2018-8-3 14:18 | 显示全部楼层
水面回收氢氧动力芯二级或单级入轨级的设想

本设想用于单级入轨或第二级的氢氧动力箭体回收,利用残余液氢填充释放箭载氢气球,为箭体在坠落段减速,最终在海上回收整段氢氧级箭体。

箭体落入40kM高度后,释放保形设计的氢气囊并控制充气,以气球浮力抵消部分重力,控制箭体坠落速度。此时箭体仍应有较高的坠落速度(0.5~1.8Ma),以使气动翼发挥作用,控制箭体轨迹和姿态。箭体进入回收范围后,按类似1楼的方式调姿(如气动翼可以调姿,则不需调姿发动机),释放设在发动机段的主升力气球并控制充气(主气球和保型气囊升力合应略大于重力实现减速),最终以安全速度和姿态触水。触水前释放保形气囊氢气或抛弃保形气囊,以减小整体浮力,使气球浮力和入水箭体排水浮力共同浮起箭体。因发动机端受气球浮力牵拉,可不必设箱间段浮囊,是否给氧箱注水需要计算稳定性。

以长征五号芯一级为例,17.3吨的干重需要约3吨的液氢填充33300m^3的氢气球,半径20米。


由于氢氧动力级分离坠落高度在200kM以上,坠落段须考虑防热。在箭体和氢箱、氧箱间建立可开合的热连接,利用液氢液氧吸收箭体热量,同时汽化氢氧燃料。出于安全考虑,应先加热汽化液氧,液氧和箭体的热连接可用热交换管道,液氧吸热汽化后直接释放。液氧耗尽后再加热汽化液氢,液氢和箭体的热连接见13楼设想,汽化后的高压氢气仍贮存在氢箱里。液氢是比热容最高的液体,可以吸收相当部分箭体热量。可能还要配以超音速伞减速、收放式防热盾(形如DД-30发动机反推装置)等措施,综合使用使箭体不致烧毁。


保型气囊

保型气囊

释放主氢气球

释放主氢气球
回复 支持 1 反对 0

使用道具 举报

zimu 发表于 2018-8-3 18:45 | 显示全部楼层
主要是储箱内壁泡海水腐蚀后还能不能用的问题. 航天飞机的SRB入水后就是注水竖起的, 但人家那是很厚的自支撑的钢壳,可以这么玩.没有超压支持的液体火箭储箱非常脆弱(可回收的一定是这样, 否则干质比太低回收的经济性就没了). 带压状态下你得有个不太小的泵和电源把水压入箱体.

氧箱内还有剩余的液氧呢.. 注水的话第一时间就冻住了.
回复 支持 1 反对 0

使用道具 举报

hyperion 发表于 2018-8-3 19:34 | 显示全部楼层
就用挤压循环火箭助推器搞水面溅落回收怎么样?挤压循环火箭非常坚固,回收受力不是问题,火箭发动机结构简单硬抗落水冲击和海水腐蚀也不难。复用远比固体助推器简单,清洗之后灌推进剂试车即可。
 楼主| jiyu_shi 发表于 2018-8-3 20:43 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
zimu 发表于 2018-8-3 18:45
主要是储箱内壁泡海水腐蚀后还能不能用的问题. 航天飞机的SRB入水后就是注水竖起的, 但人家那是很厚的自支 ...

一边泄压一边自然注水,残余液氧提前放掉。
杨聪1024 发表于 2018-8-4 23:38 | 显示全部楼层
楼主你觉得拉住速度数马赫,质量几十吨的火箭,其降落伞重量要多少??
回复 支持 1 反对 0

使用道具 举报

 楼主| jiyu_shi 发表于 2018-8-4 23:50 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
杨聪1024 发表于 2018-8-4 23:38
楼主你觉得拉住速度数马赫,质量几十吨的火箭,其降落伞重量要多少??

哪来的数马赫?!又不是弹头再入。一级掉下来是亚音速,就是个空罐子,如果是二级回收,也可以先开超音速伞。
喵科动物 发表于 2018-8-4 23:53 | 显示全部楼层
hyperion 发表于 2018-8-3 19:34
就用挤压循环火箭助推器搞水面溅落回收怎么样?挤压循环火箭非常坚固,回收受力不是问题,火箭发动机结构简 ...

航天飞机助推器早期方案,可回收挤压助推器,后来因为成本原因换成SRB。
回复 支持 0 反对 1

使用道具 举报

ysz 发表于 2018-8-7 20:42 | 显示全部楼层
zimu 发表于 2018-8-3 18:45
主要是储箱内壁泡海水腐蚀后还能不能用的问题. 航天飞机的SRB入水后就是注水竖起的, 但人家那是很厚的自支 ...

有液氧的时候,里面气压还挺大吧?会被水压压坏?
zimu 发表于 2018-8-9 12:06 | 显示全部楼层
ysz 发表于 2018-8-7 20:42
有液氧的时候,里面气压还挺大吧?会被水压压坏?

你仔细看我的话. 加压时强度不是问题, 是水进不去的问题. 想带压注水就得泵压
registered 发表于 2018-8-15 11:24 | 显示全部楼层
jiyu_shi 发表于 2018-8-4 23:50
哪来的数马赫?!又不是弹头再入。一级掉下来是亚音速,就是个空罐子,如果是二级回收,也可以先开超音速 ...

看看F9回收一级的速度变化吧,穿音速高度8km,反推点火高度3km,从穿音速开始总共40几秒时间,这还是在前面还有反推减速的情况下。
ysz 发表于 2018-8-17 23:35 | 显示全部楼层
zimu 发表于 2018-8-9 12:06
你仔细看我的话. 加压时强度不是问题, 是水进不去的问题. 想带压注水就得泵压

为啥要注水?里面还有燃料啊,能保持平衡的啊
 楼主| jiyu_shi 发表于 2018-9-12 10:13 | 显示全部楼层

一种利用残余(额外)低温燃料冷却箭体的设想


火箭发射载荷后总是有部分燃料无法使用残留在燃料箱中,对于使用低温燃料(液氢、甲烷)的复用火箭,可利用残余(额外)低温燃料,冷却返回段发热的箭体和发动机。

以图示为例,在燃烧剂进入燃烧室前设控制筏,设冷却箭体受热区域并返回燃料箱的冷却管路,低温燃料在冷却喷管后不再进入燃烧室,而是流向歧管冷却箭体后最终返回燃料箱,走一个封闭回路。箭体冷却管路为螺旋形环绕箭体受热区域。

残余燃料冷却

残余燃料冷却

箭体冷却管路

箭体冷却管路

整个封闭式冷却回路仍使用燃料泵驱动,冷却时泵不用很高转速,只需起到循环泵作用,其驱动力有两种设想:
1、燃料泵和燃气涡轮解耦,由电机驱动燃料泵,需要付出电机和电池的代价;
2、以迎风气流驱动燃气涡轮,直接带动燃料泵,需要付出进气系统和与预燃室切换的代价。

冷却时燃料泵可能吸不进足够低温液体,而是吸入了低温气体,这也一样会有冷却效果,最终热量总是由全部残余(额外)低温燃料吸收。冷却完成后,燃料箱中充满的是高压燃烧剂气体,如果是氢,则可用来填充氢气球(囊)。

火箭残余的液氧也是可利用的冷却液。可以使用类似的箭体冷却管路冷却箭体,且不用氧泵驱动,直接由加压氧箱压出更简单,但是不能再使用氧气自生加压。

 楼主| jiyu_shi 发表于 2018-9-23 17:19 | 显示全部楼层
和业内的一位哥们儿交流了以下,提了三点问题:
1、发动机段的高温对伞或气球的伤害怎么解决;
2、他认为我对长五芯一级氢气球回收的测算错了,可我觉得没错,有能力算的网友也帮忙算一下吧;
3、氢箱承受不了高压,所以冷却箭体后被加热的氢气存不住。

问题一应该比较好解决:用液氧冷却。布置液氧管路冷却伞仓,然后再进入发动机。或者液氧管路环绕发动机,使整个发动机段获得比较好的温度环境,还可以布置其他设备。

液氧冷却

液氧冷却

问题二,我是参考氢气飞艇估算的:
http://blog.sciencenet.cn/blog-3057882-962812.html
问题三貌似暂时解决不了,要靠新材料氢箱了

 楼主| jiyu_shi 发表于 2018-9-26 11:45 | 显示全部楼层

今天用谷歌地球搜了一下内陆发射的火箭水面回收的可能地点,颇有发现,先看酒泉的:

酒泉南部的刘家峡、龙羊峡水库,还有鄂陵湖、冬给措纳湖都可以使用,尤其适合发射SSO卫星。刘家峡偏东,也许能回收打LEO的火箭。


jiuquan.png
 楼主| jiyu_shi 发表于 2018-9-26 12:22 | 显示全部楼层

太原南方有三门峡、小浪底、丹江口,三门峡和小浪底距太原都是400+公里,太近。丹江口680公里,比较合适SSO任务。东南方向山东境内有岸堤水库距离680公里,日照水库780公里,回收LEO偏近,也许能用。


taiyuan.png
 楼主| jiyu_shi 发表于 2018-9-26 12:39 | 显示全部楼层

西昌:南方偏西有很多大坝,图上只标了四座,其实有n多,都是近年兴建的西南水电基地,回收SSO任务应该没问题,不过西昌不太打SSO。再看东南方向,也有n多水库,标出来的最近的澄碧河660公里,最远的鹤地水库1100公里,总有一座适合LEO。

xichang.png

水库大多是毛时代修建的,在此缅怀一下伟人!


 楼主| jiyu_shi 发表于 2018-10-15 10:11 | 显示全部楼层
居然5年前就有人想过第一种方法了
http://bbs.9ifly.cn/forum.php?mo ... 2&fromuid=37411
喵科动物 发表于 2018-10-15 11:13 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
jiyu_shi 发表于 2018-9-26 11:45
今天用谷歌地球搜了一下内陆发射的火箭水面回收的可能地点,颇有发现,先看酒泉的:
酒泉南部的刘家峡、龙 ...

火箭掉水库砸了大坝,下游怎么办?
喵科动物 发表于 2018-10-15 11:13 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
jiyu_shi 发表于 2018-9-26 11:45
今天用谷歌地球搜了一下内陆发射的火箭水面回收的可能地点,颇有发现,先看酒泉的:
酒泉南部的刘家峡、龙 ...

火箭掉水库砸了大坝,下游怎么办?
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册会员

本版积分规则

QQ|申请友链|旗下论坛|小黑屋|手机版|航空航天港 ( 豫ICP备12024513号 )

GMT+8, 2018-11-19 01:24 , Processed in 0.347659 second(s), 24 queries , Gzip On.

Powered by Discuz! X3.2

© 2001-2013 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表