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楼主: swsdlz
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[原创] 使用燃料交叉输送技术让非光杆火箭也有并联冗余设计

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joki 发表于 2018-10-12 13:37 | 显示全部楼层
CZ5轻易不会改,需求也不旺盛。CZ7、CZ8本身发动机数量不多。
CF比较适合民营的商业火箭,比如蓝箭这样的,发动机推力偏小、CBC构型发动机数量多。使用CF既能提高性能,也兼顾动力冗余备份。
 楼主| swsdlz 发表于 2018-10-12 13:38 | 显示全部楼层
joki 发表于 2018-10-12 13:31
CZ5翻过页,少说也得十几二十年。
从芯级和助推质量分布比例看,倒是适合助推VTVL。或许可以改成芯级高 ...

从芯级和助推质量分布比例怎么看出适合助推VTVL的?
joki 发表于 2018-10-12 13:47 | 显示全部楼层
swsdlz 发表于 2018-10-12 13:38
从芯级和助推质量分布比例怎么看出适合助推VTVL的?

一级关机速度比较低有利于VTVL回收,不然为了避免再入烧毁还得更多动力减速,这样开销就大了。
二级或者二级以上合计规模较大的时候,相对来说一级关机速度较低,所以说适合VTVL。CZ5芯一级规模接近200吨、四个助推合计约630吨。如果改为芯级高空点火,相当于一二级接近1:3的比例,有利于降低一级关机速度。
参考F9,一二级比例大约1:4,但由于一级是燃气循环,所以落区回收模式下一级关机速度一般不超过7M,再入开销可以小一些。
 楼主| swsdlz 发表于 2018-10-12 13:48 | 显示全部楼层
joki 发表于 2018-10-12 13:37
CZ5轻易不会改,需求也不旺盛。CZ7、CZ8本身发动机数量不多。
CF比较适合民营的商业火箭,比如蓝箭这样的 ...

CZ7、CZ8的6台是有点少,并联的冗余度有点低,从推力上看,只有在火箭工作的中后期才能保证失去一台发动机以后,火箭仍然继续飞行。

我看并联冗余设计,好像基本要在7台以上?新格伦是7台,土星1原来是7台设计,后来加了一台,成8台设计了。
joki 发表于 2018-10-12 14:14 | 显示全部楼层
swsdlz 发表于 2018-10-12 13:48
CZ7、CZ8的6台是有点少,并联的冗余度有点低,从推力上看,只有在火箭工作的中后期才能保证失去一台发动 ...

F9其实也就9台发动机,算不上是特别多。而且打了这么多发,只有早期爆过一台,虽然有动力冗余还是导致次级载荷提前再入。所以这个技术虽好、要彻底保险还是需要空出一些运力余量的。
动力冗余技术出现的比较早,之所以没有都搞这个,主要是因为起飞级发动机可靠性还是比较高的,且一级工作时间短。比如YF20从诞生到现在没出过毛病,这都打了多少发了。YF100如果质量过硬,现有构型确实必要性不足。但如果堆到几十台这种量级没有冗余确实要打鼓。不过话说回来,补燃机搞这个一直有争议,因为不出毛病则已,出毛病搞不好就是大爆炸,到底能不能保证其他发动机不受影响,现在还有争议。所以,等着看看BFR的实际效果吧。但Raptor用的是抗氧化合金,也很难说这个经验就适合抗氧化涂层的YF100。不经过充分试验,这种方案还是不容易上的。
相对来说,我比较看好蓝箭这样的。燃气循环甲烷机,富燃的室压低固有安全性好。用CF潜力比较大,为了提升运力就值得一试。
oaki911 发表于 2018-10-12 14:19 | 显示全部楼层
swsdlz 发表于 2018-10-12 13:48
CZ7、CZ8的6台是有点少,并联的冗余度有点低,从推力上看,只有在火箭工作的中后期才能保证失去一台发动 ...

看来,最偷懒的方式,就是增加两枚2.25米直径助推器,达到6枚助推器、6个助推发动机,加上芯级的2台,共计8台,冗余备份一台,还是有把握的。

运力足够富裕,发射质量小的卫星时就节流,必要时也可以增加适当数量的铅块配重来降低起飞推重比。
joki 发表于 2018-10-12 14:22 | 显示全部楼层
oaki911 发表于 2018-10-12 14:19
看来,最偷懒的方式,就是增加两枚2.25米直径助推器,达到6枚助推器、6个助推发动机,加上芯级的2台,共 ...

直接上3.35米5CBC不就行了,10台发动机起飞,捆绑点也不用改。
oaki911 发表于 2018-10-12 14:42 | 显示全部楼层
joki 发表于 2018-10-12 14:22
直接上3.35米5CBC不就行了,10台发动机起飞,捆绑点也不用改。

嗯,可以,国家确实应该不断投资这些小项目,让很多航天年轻技术人员有具体事情做。

除了整机,还有各种发动机项目,什么10吨级甲烷、100吨级甲烷、全流量等实实在在都干起来、烧起来,不能只是画图、仿真。
joki 发表于 2018-10-12 14:44 | 显示全部楼层
oaki911 发表于 2018-10-12 14:42
嗯,可以,国家确实应该不断投资这些小项目,让很多航天年轻技术人员有具体事情做。

除了整机,还有各 ...

起飞重量比CZ5还大,肯定不算小项目,只是理论可行而已。
oaki911 发表于 2018-10-12 14:49 | 显示全部楼层
joki 发表于 2018-10-12 14:44
起飞重量比CZ5还大,肯定不算小项目,只是理论可行而已。

设计一款卖给中东土豪沙特、伊朗等,学习当年拿着捆绑式火箭图纸就去卖的传统和精神,当年也卖过东风。
joki 发表于 2018-10-12 14:52 | 显示全部楼层
oaki911 发表于 2018-10-12 14:49
设计一款卖给中东土豪沙特、伊朗等,学习当年拿着捆绑式火箭图纸就去卖的传统和精神,当年也卖过东风。

液氧煤油火箭不涉及战略武器,他们要买的话早就卖了,还用等到现在。NAGA-L为什么夭折,就是想卖出去在国外发射没人接盘。
topzdx 发表于 2018-10-12 20:49 | 显示全部楼层
cross-feed 本来很看好的,X 好象遇到不少问题,近期可能看不到飞行实例了。
FH 本来任务就不多。
jiyu_shi 发表于 2018-10-12 20:55 | 显示全部楼层

长五助推发动机停一台,做好姿控可以不用关对称的一台。就像长七二级是两台双摆两台固定,允许停任意一台一样。现在的长五四个助推有一台单摆,改为双摆,即使停一台推力不平衡,也可以控制姿态。芯级停一台机也会不平衡,助推停一台只是不平衡度更高,但也是可以控制的。

简单估算一下,当飞到135秒左右时,如果抛两个助推,剩下两个助推半推进剂,芯一级烧掉约44吨推进剂,此时全箭重约368吨,按620吨推力算有1.68的推重比。而现在的长五在135秒时推重比是2.86。差得比较大,但是火箭能飞。

另外,使用变推力发动机的火箭在飞行过程中会几次降低推力,避免大的动压和过载,其实整箭有一定的推力裕度。参见以下图,在50秒前后和120秒以后都会降推力,50秒时跨音速,避免大动压,120秒以后避免大过载(注意,上面的长五135秒抛两个助推已经在大过载范围,实际上中国的火箭因为发动机不能变推力,都太坚固太重,所以干重大)。如果YF100K能变推力,那么长五整个结构都不必如现在这样坚固,可以更轻,结构等于重新设计,那时也应该把先后抛助推的结构问题一并解决。同时,120秒以后可以通过延迟抛助推来补偿意外停机。

至于说当长五满运力情况下的停机能力,只能说停机本来就是要留出运力裕度的。现在的长五也许是为满运力而牺牲了一定的可靠性,但是按交叉输送和变推力改进的长五,则既能执行现在运力高于可靠性的任务,又能执行高可靠性而运力有余量的任务,比如载人任务。

此外,这能为长五捆绑更多助推提供可能,否则,即便YF100单机可靠性再高,也没法补偿无冗余多并联故障率升高的数学规律。


PS:高凉陈君一定是支持这样改进长五的


Atlas.png
jiyu_shi 发表于 2018-10-12 21:44 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
joki 发表于 2018-10-12 14:22
直接上3.35米5CBC不就行了,10台发动机起飞,捆绑点也不用改。


5CBC装不下氢氧二级,那长径比上天了
oaki911 发表于 2018-10-12 21:51 | 显示全部楼层
jiyu_shi 发表于 2018-10-12 21:44
5CBC装不下氢氧二级,那长径比上了

氢氧二级采用5米直径,长五芯一级现成的,可以的。
joki 发表于 2018-10-13 09:27 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
jiyu_shi 发表于 2018-10-12 21:44
5CBC装不下氢氧二级,那长径比上天了


可以用小型氢氧模块,3.35米径30吨级。
芯一级需要节流工作或是CF先用助推推进剂。
jiyu_shi 发表于 2018-10-13 09:51 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
joki 发表于 2018-10-13 09:27
可以用小型氢氧模块,3.35米径30吨级。
芯一级需要节流工作或是CF先用助推推进剂。


这个一二级比就和宇宙神五差不多了。是否可把芯级YF100装上延长喷管,作二级用?这样四个C在180秒附近分离,芯级B在250秒附近分离。250秒的3.35米模块会超长到32米左右,如果降低推力到平均75%可以保持25米长度。
ssizz 发表于 2018-10-13 12:10 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
joki 发表于 2018-10-12 13:47
一级关机速度比较低有利于VTVL回收,不然为了避免再入烧毁还得更多动力减速,这样开销就大了。
二级或者 ...

芯一二级加载荷接近250吨,推力140吨不大够
ssizz 发表于 2018-10-13 12:21 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
jiyu_shi 发表于 2018-10-13 09:51
这个一二级比就和宇宙神五差不多了。是否可把芯级YF100装上延长喷管,作二级用?这样四个C在180秒附近 ...

芯一级装不下两个大喷管。
论起飞推重比,芯一级单发即可,反正发展自CZ-5助推器,捆绑点承受得住。也不用节流,工作300多秒是“二级发动机”的份内事。
joki 发表于 2018-10-13 12:44 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
ssizz 发表于 2018-10-13 12:10
芯一二级加载荷接近250吨,推力140吨不大够

芯级改高空点火,动力配置就得改了。
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