VTVL复用与冲压类动力结合,能这样搞吗?

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/28 14:47:10


@楠宫萧vn 认为SPX的火箭动力VTVL好
@支持J8  认为国内的冲压动力空天飞机好

前者已经实现但是性能“嫌不够”
后者可能遥遥无期,性能也不一定高。
有没有可能对二者进行组合取长补短?

设想已经有了类似F9的可复用第一级芯级,对其捆绑2或4个不带燃料不可抛弃的冲压助推器,助推器在冲压模式下的总推力接近火箭主机。然后再把芯级9台主机当中的8台分散安装到各个冲压助推器内嵌套安装形成引射,保留芯级有一台中心发动机用于反推着陆。

这里的冲压发动机包括亚燃、超燃、双模、引射等,不纠结具体种类,推重比10~20。箭体结构最好采用不锈钢(不锈钢气球?)以在无防护的情况下承受4~5M的气动加热。

飞行时序:
0~1M,主要推力由火箭提供,兼有引射
1~2.5M,冲压提供部分推力,火箭节流
2.5~4.5M,冲压提供全部推力,火箭关机
4.5~7M,冲压进入超燃模态或火箭二次点火

约7M,一二级分离。

分离后火箭点火反推,减速到5M再入
再入后转向返航,冲压可能点火补充航程
接近着陆点后冲压关机,拉起失速
芯级火箭点火,节流,反推着陆。

这样的总体设计和飞行时序相对于纯火箭VTVL或空天飞机优势和劣势如何?

@楠宫萧vn 认为SPX的火箭动力VTVL好
@支持J8  认为国内的冲压动力空天飞机好

前者已经实现但是性能“嫌不够”
后者可能遥遥无期,性能也不一定高。
有没有可能对二者进行组合取长补短?

设想已经有了类似F9的可复用第一级芯级,对其捆绑2或4个不带燃料不可抛弃的冲压助推器,助推器在冲压模式下的总推力接近火箭主机。然后再把芯级9台主机当中的8台分散安装到各个冲压助推器内嵌套安装形成引射,保留芯级有一台中心发动机用于反推着陆。

这里的冲压发动机包括亚燃、超燃、双模、引射等,不纠结具体种类,推重比10~20。箭体结构最好采用不锈钢(不锈钢气球?)以在无防护的情况下承受4~5M的气动加热。

飞行时序:
0~1M,主要推力由火箭提供,兼有引射
1~2.5M,冲压提供部分推力,火箭节流
2.5~4.5M,冲压提供全部推力,火箭关机
4.5~7M,冲压进入超燃模态或火箭二次点火

约7M,一二级分离。

分离后火箭点火反推,减速到5M再入
再入后转向返航,冲压可能点火补充航程
接近着陆点后冲压关机,拉起失速
芯级火箭点火,节流,反推着陆。

这样的总体设计和飞行时序相对于纯火箭VTVL或空天飞机优势和劣势如何?
正在吃饭,先简单回下。火箭动力二级RLV是2020年到2035年可以立即期盼的东西,以及实用的,中型超燃冲压现在才开始实验,2025年能搞定就不错了(参考航发原型到工程机),整合火箭或涡轮技术,至少又5~10年(原型到工程机)。能2030年到2035年装机试飞已经很满意了。大家注意一下,这玩意的实验必然和传统火箭和涡轮机实验不一样,地面实验基本很难做。很可能直接结合空中飞行实验来完成研发。也就是说,他可能直接装机完成实验
支持J8 发表于 2015-12-31 21:18
正在吃饭,先简单回下。火箭动力二级RLV是2020年到2035年可以立即期盼的东西,以及实用的,中型超燃冲压现 ...
我觉得短时间内这二者都不靠谱

火箭回收存在性能效率、可靠性和最终真实成本等问题;超燃冲压根本不成熟,就算搞出来,放大到能够和如今的火箭相提并论还要等猴年马月
现在为什么就没人搞三组元发动机了呢


猎鹰9FT返回复用,其运力其实全靠二级顶着。
按埃隆·马斯克的话,一级在返回海里的船上时一级能提供大约8000km/h(2222m/s)的速度增量,在返回陆地发射场能提供一级5000km/h(1390m/s)的速度增量。要进入GTO剩下的大约8000m/s全靠那个巨大的二级提供。
我们的末级能提供的速度增量基本上在5000m/s以下,一级只提供7马赫的速度小了点吧?

猎鹰9FT返回复用,其运力其实全靠二级顶着。
按埃隆·马斯克的话,一级在返回海里的船上时一级能提供大约8000km/h(2222m/s)的速度增量,在返回陆地发射场能提供一级5000km/h(1390m/s)的速度增量。要进入GTO剩下的大约8000m/s全靠那个巨大的二级提供。
我们的末级能提供的速度增量基本上在5000m/s以下,一级只提供7马赫的速度小了点吧?

支持J8 发表于 2015-12-31 21:18
正在吃饭,先简单回下。火箭动力二级RLV是2020年到2035年可以立即期盼的东西,以及实用的,中型超燃冲压现 ...


用小的成品亚燃冲压如C-301做实验如何?

C-301的冲压发动机本身就是装在侧面的助推器形式,拿整枚弹直接改就行。弹本身有固体助推器加速到2马赫之后抛掉,所以主火箭发动机也省了。然后弹尾是钝头没有东西,可以装反推发动机及其燃料箱。弹头包括导引头和雷达全拆掉,500多公斤可以装个小二级或者模拟的二级配重。就看能不能找到合适的500公斤级别推力的发动机了,或许可以用上游系列反舰导弹的续航发动机,也是三院出品。。。这些老东西的性能恐怕还要有第三级才能入轨,装个东三的500N发动机或者塞个人工降雨弹,最后能发射个cubesat入轨就算成功了。

然后把弹本身的飞控系统设成打高弹道(恒定动压或恒定质量流量的上升轨迹烧完关机)、把反推发动机的飞控系统设成反推减速回收,发射。说实话,前几次发射不要装反推回收系统,打出设计的效果直到入轨再说。

这种搞法要不了几年,只要还有能拿来改的弹(不知道没列装的东西能生产多少留下多少)。

如果有更多C-301相关的公开数据或论文,哪怕不能做试验也能模拟YY一下。关键在于算结构质量。首先是结构设计理念,这类弹的干质比能到多少?

然后靠载油量间接算,不知道这类冲压发动机是不是按油气接近化学当量混合比燃烧。如果是的话,查到进气口直径就能按飞行速度算出空气流量和燃油流量。

谁能帮忙找到这东西的线条图?

还有个比较恶搞的办法,谁认识三院的人,游说他们把C-301和老上游拼起来改成运载火箭,哪怕仅仅纸面写论文。只要能入轨,不管效果多烂,都是世界上第一枚冲压动力的运载火箭。
支持J8 发表于 2015-12-31 21:18
正在吃饭,先简单回下。火箭动力二级RLV是2020年到2035年可以立即期盼的东西,以及实用的,中型超燃冲压现 ...


用小的成品亚燃冲压如C-301做实验如何?

C-301的冲压发动机本身就是装在侧面的助推器形式,拿整枚弹直接改就行。弹本身有固体助推器加速到2马赫之后抛掉,所以主火箭发动机也省了。然后弹尾是钝头没有东西,可以装反推发动机及其燃料箱。弹头包括导引头和雷达全拆掉,500多公斤可以装个小二级或者模拟的二级配重。就看能不能找到合适的500公斤级别推力的发动机了,或许可以用上游系列反舰导弹的续航发动机,也是三院出品。。。这些老东西的性能恐怕还要有第三级才能入轨,装个东三的500N发动机或者塞个人工降雨弹,最后能发射个cubesat入轨就算成功了。

然后把弹本身的飞控系统设成打高弹道(恒定动压或恒定质量流量的上升轨迹烧完关机)、把反推发动机的飞控系统设成反推减速回收,发射。说实话,前几次发射不要装反推回收系统,打出设计的效果直到入轨再说。

这种搞法要不了几年,只要还有能拿来改的弹(不知道没列装的东西能生产多少留下多少)。

如果有更多C-301相关的公开数据或论文,哪怕不能做试验也能模拟YY一下。关键在于算结构质量。首先是结构设计理念,这类弹的干质比能到多少?

然后靠载油量间接算,不知道这类冲压发动机是不是按油气接近化学当量混合比燃烧。如果是的话,查到进气口直径就能按飞行速度算出空气流量和燃油流量。

谁能帮忙找到这东西的线条图?

还有个比较恶搞的办法,谁认识三院的人,游说他们把C-301和老上游拼起来改成运载火箭,哪怕仅仅纸面写论文。只要能入轨,不管效果多烂,都是世界上第一枚冲压动力的运载火箭。


仔细看海平面2马赫100公里的指标,低空超音速非常费结构和费油。相应的最大动压、过载、油箱容量都比运载火箭超了几倍。这种情况下还能3.6吨起飞、带300~500公斤弹头已经很不错了。如果按运载火箭的要求重新设计,结构质量减重到几分之一都有可能。

仔细看海平面2马赫100公里的指标,低空超音速非常费结构和费油。相应的最大动压、过载、油箱容量都比运载火箭超了几倍。这种情况下还能3.6吨起飞、带300~500公斤弹头已经很不错了。如果按运载火箭的要求重新设计,结构质量减重到几分之一都有可能。
唯快不破,兔子现在是要打航母,可控滑翔弹前景最好,怕太快起黑障让卫星在后面中继行吗,弹体后方没黑障了吧
唯快不破,兔子现在是要打航母,可控滑翔弹前景最好,怕太快起黑障让卫星在后面中继行吗,弹体后方没黑障了 ...
不是做弹,是拿弹改运载火箭
其实国内的方案,超燃主要工作在5~6马赫
到7~8马赫的时候,又用回火箭动力
其实国内的方案,超燃主要工作在5~6马赫
到7~8马赫的时候,又用回火箭动力

这个dv有点小了吧?貌似更适合巡航弹。
亚燃可以从0.8M~1.5M加速到4.5M左右。

国内超燃研制单位的假想目标和经费来源也是打航母,没人相信空天飞机。
冲压除非能达到15马赫,5-6万米高度,否则作为空天机的复用方案没啥大用。

对于无匹的地球引力井而言,5马赫还是太慢了。

冲压除非能达到15马赫,5-6万米高度,否则作为空天机的复用方案没啥大用。

对于无匹的地球引力井而言,5 ...
这次SPX一二级分离速度1667m/s,5马赫出头
区区两马赫的dv还要专门一个发动机不是毫无必要么
喔,不过一级是从零开始加速到5马赫的,冲压则是需要3-4马赫才能点燃发动机,起飞还是需要火箭发动机,然 ...
超燃才需要3~4马赫开始点火,因此亚燃提供的dv实际上大于超燃。
还有亚燃的工作高度更低,在低空能补偿初始上升阶段的重力损失和空气阻力损失更多。
重力损失和空气阻力损失一般合计约1.5km/s,接近5马赫。
acoustics 发表于 2016-1-1 13:54
超燃才需要3~4马赫开始点火,因此亚燃提供的dv实际上大于超燃。
还有亚燃的工作高度更低,在低空能补偿 ...
明白了,你的意思是用亚燃和火箭发动机配合完成一级复用,而不是SPX的纯火箭发动机一级复用是吗?
acoustics 发表于 2016-1-1 13:41
这次SPX一二级分离速度1667m/s,5马赫出头
这还是得益于此次的ORBCOMM OG2卫星质量小,一颗才172千克。要是按近5吨的通讯卫星载荷算,一二级分离速度更小。
倒是来个亚燃+火箭发动机带机翼的一级(垂直起飞,水平着陆)能否复用?亚燃版XS-1
导弹武库核潜艇 发表于 2016-1-1 14:03
倒是来个亚燃+火箭发动机带机翼的一级(垂直起飞,水平着陆)能否复用?亚燃版XS-1

对我们来说,复用是没问题,就是运力不大。
如上面说的,我们现在的二、三级火箭(上面级),加上载荷后质量比低,能提供的速度增量小,在最大设计运力时,基本还没超过5000m/s的。用一级复用火箭,要想达到足够的速度增量,只能降低载荷质量。

这么折腾不如直接上液氢燃料涡轮火箭发动机了,最高速度5马赫,可0速启动,比冲高于火箭引射,可串联亚燃冲压进一步提高比冲
RL10的爹就是普惠当年研发的一款液氢动力涡轮火箭发动机,后来XB70的后继机型取消研发,普惠直接把压气机之前的高速涡轮和齿轮传动系统抽了出来,以此为基础研发了RL10
楠宫萧vn 发表于 2016-1-1 14:49
RL10的爹就是普惠当年研发的一款液氢动力涡轮火箭发动机,后来XB70的后继机型取消研发,普惠直接把压气机之 ...
液氢动力涡轮火箭发动机和普通的液氧液氢火箭发动机有什么区别?
明白了,你的意思是用亚燃和火箭发动机配合完成一级复用,而不是SPX的纯火箭发动机一级复用是吗?
对,SPX的纯火箭复用差的那一点dv用亚燃补
液氢动力涡轮火箭发动机和普通的液氧液氢火箭发动机有什么区别?
涡轮火箭发动机就是自带氧化剂的涡喷,和火箭发动机差别非常大
液氢燃料涡轮火箭发动机有个优点,就是不必携带氧化剂,可以依靠膨胀循环驱动压气机,但是膨胀循环涡轮转速太高,不能直接驱动压气机,需要齿轮传动降低转速,这点对于普惠之外的航发和火箭发动机企业都是非常大的挑战
至于普惠,上面那句话当我没说←_←
RL10的爹就是普惠当年研发的一款液氢动力涡轮火箭发动机,后来XB70的后继机型取消研发,普惠直接把压气机之 ...

膨胀循环的ATR?那东西有不少问题,从未达到过全状态,记得有些讲黑鸟的文章里说实际只达到了百分之几十的设计性能。

六院的煤油燃气发生器ATR倒是不错。

火箭+亚燃组合,如果不纠结引射模态可怜的那点增推性能,直接把C-301和红旗2、上游1这几样老掉牙的东西拆开拼起来都能飞,入不入的了轨不好说。
acoustics 发表于 2016-1-1 15:01
对,SPX的纯火箭复用差的那一点dv用亚燃补
哦,原来是这个意思,我觉着吧,这个办法没准是一个可行的办法,但是在中国不知道是否有人完成这个伟大的实践,看看可行性。在中国办类似SPX那种大发射市场私企航天太困难了。

卢龙守将 发表于 2016-1-1 14:08
对我们来说,复用是没问题,就是运力不大。
如上面说的,我们现在的二、三级火箭(上面级),加上载荷 ...
我兔干质比一直不咋地,材料科学技术还是有一定差距。

这系统复杂性,能把人弄死
卢龙守将 发表于 2016-1-1 01:21
猎鹰9FT返回复用,其运力其实全靠二级顶着。
按埃隆·马斯克的话,一级在返回海里的船上时一级能提供大约8 ...
F9的二级算不上巨大,总重约100吨而已,类似的CZ724二级差不多也是这么个规模。
关键是它干重小,干质比超过25。以100吨的规模,干重和不可用推进剂合计约5吨,加上Merlin1D+真空版比冲提升到348s,以GTO载荷5吨计算,大概能提供8024m/s的Dv。

论坛游侠 发表于 2016-1-4 14:58
F9的二级算不上巨大,总重约100吨而已,类似的CZ724二级差不多也是这么个规模。
关键是它干重小,干质比 ...


这次发射F9FT的二级加载荷是125吨,二级估计是120吨级的。在中大型火箭里面,除了质子火箭,还没有比它大的吧?

200X35786km 的GTO轨道的近地点速度大约是10240m/s,实际进入这个GTO轨道所需的速度增量比10240要多,大约是12000m/s。
如果一级返回,看埃隆·马斯克说的数据,一级最多只能提供大约2223m/s的速度增量,剩下的速度增量,二级加上5吨的载荷后能提供吗?
论坛游侠 发表于 2016-1-4 14:58
F9的二级算不上巨大,总重约100吨而已,类似的CZ724二级差不多也是这么个规模。
关键是它干重小,干质比 ...


这次发射F9FT的二级加载荷是125吨,二级估计是120吨级的。在中大型火箭里面,除了质子火箭,还没有比它大的吧?

200X35786km 的GTO轨道的近地点速度大约是10240m/s,实际进入这个GTO轨道所需的速度增量比10240要多,大约是12000m/s。
如果一级返回,看埃隆·马斯克说的数据,一级最多只能提供大约2223m/s的速度增量,剩下的速度增量,二级加上5吨的载荷后能提供吗?
冲压那系统已经复杂的不得了,还加火箭,真是闲的。到时候回来维修估计都得一年,成本比航天飞机还高
卢龙守将 发表于 2016-1-5 13:49
这次发射F9FT的二级加载荷是125吨,二级估计是120吨级的。在中大型火箭里面,除了质子火箭,还没有比它 ...
Spx一直没有发布F9系列的详细数据,而且F9系列一直在改进,新的F9-FT数据有所变化。二级加长一米,质量增加十几吨是可能的。另外,同类推进剂火箭比较才有可比性,F9系列的一级质量达到400多吨,二级100~120吨的规模是正常的。目前在役的全液氧煤油火箭很少,氢氧上面级通常比较小,所以“显得”F9二级比较大。服役多年的天顶火箭二级90多吨,一级350余吨,一二级质量分布比例其实跟F9是接近的。明年首飞的CZ-724二级也将达到100吨级。
一级复用后的GTO运力不清楚,毕竟具体工况没有公开、Dv开销不容易计算,而且飞回发射场和船降差异也会比较大。以目前超轻的结构设计水平,保守的估计,船降回收模式下GTO超过4吨是有可能的。
论坛游侠 发表于 2016-1-5 19:18
Spx一直没有发布F9系列的详细数据,而且F9系列一直在改进,新的F9-FT数据有所变化。二级加长一米,质量增 ...
多级火箭的级间质量比从降低整个火箭质量上说,有没有一个最优值?这个值是怎么计算出来的?
卢龙守将 发表于 2016-1-5 19:53
多级火箭的级间质量比从降低整个火箭质量上说,有没有一个最优值?这个值是怎么计算出来的?

没有放之四海而皆准的最优值。所谓最优值其实是由结构设计水平、发动机比冲、主要优化任务目标等因素决定的,要根据实际指标测算来确定,说白了就是在考虑限制性因素的情况下带入任务指标计算Dv。但如果一级VTVL,二级就不能太小。
一次性二级火箭,全液氧煤油,一二级质量比1:4~1:5,是比较常见的。对于GTO任务,通常全液氧煤油火箭难以满足,一般采用氢氧二级,质量略小一些会好一点,主要是降低干重。
论坛游侠 发表于 2016-1-5 20:33
没有放之四海而皆准的最优值。所谓最优值其实是由结构设计水平、发动机比冲、主要优化任务目标等因素决 ...
以前记过一个说法,多级火箭的级间质量分布按照每一级提供相同的速度增量来设计最好。
也就是说n级火箭,需要的速度增量是A,每一级都需要提供A/n的速度增量。

这个说法我忘了在那本书上看过了,它对吗?还是我记错了?
冲压发动机和进气道会恶化干质比,长时间吸气超音速加速对火箭的结构是个严重的考验。还是做载机把火箭扔上去就回的干活为好。
卢龙守将 发表于 2016-1-5 20:43
以前记过一个说法,多级火箭的级间质量分布按照每一级提供相同的速度增量来设计最好。
也就是说n级火箭 ...

没看过这个理论,现实中没有这样的火箭、甚至都没有接近的。火箭没法同时为所有任务优化,以LEO任务为例,假设火箭照此按每级提供Dv相同设计。如果改打SSO、GTO,Dv立马不同,没有追求这个的必要,也没法实现。
论坛游侠 发表于 2016-1-5 21:14
没看过这个理论,现实中没有这样的火箭、甚至都没有接近的。火箭没法同时为所有任务优化,以LEO任务为 ...
那可能是我记错了。
超燃冲压的点火速度怎么作助推器?
超燃冲压的点火速度怎么作助推器?
必须亚燃而且是在跨音速范围之内点火的设计