Форум
Раннее развитие ракетного оружия - Газовые ракетные двигатели
Инеженер-исследовате: На форуме неоднократно обсуждалась тема более ранней популярности ракетного оружия (я сам организовал обсуждение двух вариантов :паровых ракет в ПМВ и попытки изготовления паропанковской ракеты), теперь нашёл новый подход , я попытался найти причины , которые , скажем во второй половине XIX века могли бы заинтересовать военных в таком оружие. Из истории ракетной техники известно , что первичный интерес военных к ракетам был обусловлен тем, что в эпоху чёрного пороха и гладкоствольных пушек, ракета могла , в ряде случаев иметь большую дальность стрельбы (хотя бы из-за того что , в отличие от ядра , имея более вытянутую форму , испытывает меньшее сопротивление воздуха), после массового внедрения нарезных орудий и бездымного пороха , это преимущество исчезло. Кроме этого сказалось и то , что бездымный порох горит более жёстко и имеет большую температуру горения, что заставило пересматривать всю технологию изготовления ракет. Когда я обдумывал причины , которые тогда могли поднять интерес к ракетам, то нашёл одну: возможность отказаться от селитры или её производных при изготовлении метательного заряда. Вспомним , что в те времена селитру изготавливали из навоза , почвенных экстрактов или добывали из месторождений (преимущественно в Чили , хотя были и более бедные месторождения в Индии). Ещё в ПМВ , многие говорили, что вынудить Германию и Австро-Венгрию ,как можно более активно тратить боеприпасы и тогда они скоро капитулируют из-за окончания запасов селитры, но в Германии уже умели производить аммиак из атмосферного азота и поэтому война продолжилась. О ценности соединений азота говорит и тот факт , что когда обнаружилось что первые колонны синтеза аммиака очень часто взрываются Карл Бош сказал:"Даже если один произведённый килограмм аммиака , будет стоить одного килиограмма оборудования , даже тогда это можно считать целесообразным и рентабельным!" Допустим , что у военных появился бы интерес к гремучему газу хотя бы , как к метательному веществу. В пушках его использовать очень сложно , а в ракетах более просто- достаточно иметь балоны с водородом и кислородом. Не так давно я оценил возможности таких ракет, при этом просматривались ракеты двух типов. Заранее скажу , что отсутствие приемлимых систем самонаведения ,привело бы к необходимости использовать направляющие и очень мощный двигатель, быстро расходующий топливо. Масса такого двигателя можно оценить , как 10% стартовой массы ракеты любого типа. Первый тип ракет: Замена артиллерии. Ракеты изготавливаются массово из относитльно дешёвых материалов, корпус предсавляет обрезок трубы , поперечно разделённый на две части :водородную и кислородную. Один из компонентов топлива подаётся в двигатель по осевой трубке через участок , заполненный другим компонентом. Соотношение между массой топлива и массой корпуса можно определить по формуле:Mтоп/Mкорп=Mu*Sigma/(2*Roкорп*R*T), где Mu-молекулярная масса гремучего газа (0,012), Sigma- прочность корпуса,Roкорп-плотность материала корпуса ,R-универсальная газовая постоянная, Т-максимальная температура целостности корпуса. Естественно следует учитывать необходимость запаса прочности конструкции. Считая , что корпус изготовлен из Стали 35 , я определил максимальную скорость , достижимую такой ракетой -400 м/с , что на уровне дульной скорости многих пушек , тех времён. Т.к. перегрузка при старте ракеты меньше , чем при выстреле из пушки, то это упрощает возможность применения в качестве взрывчатки в боеголовке пикриновой кислоты и динамита. Конечно пришлось бы разрабатывать средства для залпового запуска ракет, но они скорее всего оказались бы дешевле и легче пушек. Второй тип ракет: ракеты повышенносй дальности. Имеют аэродинамический корпус , внутри которого находятся шаровые балоны, оплетённые проволокой, с водородом и кислородом , соединённые трубками с двигателем. Проволока холоднотянутая высокопрочная ,типа той котороая используется для изготовления рояльных струн. Отношение масс газа и балонов находится по формуле Mгаза/Mбалонов=4*Mu*Sigma/(3*ROбалон*R*T). Дальность стрельбы такой ракетой до 150 км, но за неё приходится расплачиваться дороговизно материалов и сложностью изготовления . Скорее всего крупное государство типа Великобритании, Франции ,Российской Империи, сможет изготавливать такие ракеты порядка тысяч штук в год. Их применение будет либо мощным залпом поразить город далеко от линии фронта, используя преимуществанно зажигательные заряды , чтобы организовать массовые пожары (типа того , что хотел сделать Шульце в произведении Ж.Верна "500 миллионов Бегумы", но только артиллеристким методом), либо запуская по одиночке , устраивать взрывы во вражеском городе, далеко от линии фронта , действуя больше жителям на нервы , чем нанося крупный ущерб. В любом случае , применение таких ракет будет иметь целью скорее подрыв морального духа противника , распространение паники среди мирного населения , чем ненесению крупного материального ущерба противнику.
Kinhito: Немного оффтопика, раз уж о ракетах... Возник вопрос - можно ли использовать твёрдотопливную ракету как подводный движетель? То,что из под воды запускаются - знаю, но был ли опыт использования как движетеля - например для торпеды?
Kinhito: Немного оффтопика, раз уж о ракетах... Возник вопрос - можно ли использовать твёрдотопливную ракету как подводный движетель? То,что из под воды запускаются - знаю, но был ли опыт использования как движетеля - например для торпеды?
falanger: Kinhito пишет: Немного оффтопика, раз уж о ракетах... Возник вопрос - можно ли использовать твёрдотопливную ракету как подводный движетель? То,что из под воды запускаются - знаю, но был ли опыт использования как движетеля - например для торпеды? Реактивные торпеды "Шквал". "Летят" в кавитационной каверне охватывающей большую часть, а то и весь корпус со скоростью 100 узлов. Двигатель - прямоточный на гидрореагирующих металлах вродибы. А что, вспомнилась книжка "Тайна двух океанов" и тамощняя "реактивная" ПЛ которая кстати тоже в режиме кавитации гоняла?
Инженер-исследовател: Отвечаю на вопрос об удельном импульсе: заметьте, что удельный импульс второй ступени ракеты "Энергия" очень сильно повышается при выходе из атмосферы, причиной этого является то, что при старте двигатель работает с сильным перерасширеним , газы вынуждены преодолевать очень сильное противодавление, потому , что этот двигатель предназначен преимущественно для движения в вакууме. У меня наоборот , некоторое недорасширение наблюдается при старте, а потом , по мере расходования топлива- снижения давления в балонах, наблюдается перерасширение, поэтому у меня во время полёта наблюдается снижение удельного импульса. На тему сравнения ракеты и гаубицы , скажу врядли удастся найти гаубицу калибром 100 мм , длиной 1,5 м и массой около 34 кг. Об использовании твердотопливной ракеты в качастве торпеды скажу , что это вполне реально.
Граф Цеппелин: Kinhito пишет: То,что из под воды запускаются - знаю, но был ли опыт использования как движетеля - например для торпеды? Были в 1850-ых - 1860-ых годах попытки создать подводные ракеты - но дальность была очень маленькой, и когда появились торпеды Уайтхеда все быстро перешли на них!
Kinhito: Если реально - почему не использовалось? Скорость рекето-торпеды должна быть больше, да и стоимость поменьше? Проблемы с курсовой устойчивостью? Или какие-нибудь ещё?
falanger: Kinhito пишет: Если реально - почему не использовалось? Скорость рекето-торпеды должна быть больше, да и стоимость поменьше? Проблемы с курсовой устойчивостью? Или какие-нибудь ещё? Проблемы с сопротивлением воды. "Шквал" летит в кавитационгом пузыре, а без него даже мегатвердотопливник не превзойдет обычную паровую торпеду из за роста сопротивления воды на больших скоростях.
Kinhito: Начали таки во время 2МВ: Вскоре было выдано ТТЗ и изготовлена модель реактивной торпеды под индексом РТ-45 с калибром 45 см, отсюда и цифры в названии. Ожидаемая скорость хода торпеды - до 70 узлов при дальности действия - до 2000 м. Постановлением ГКО от 15 июля 1942 г. №2046 группа специалистов по торпедостроению была откомандирована в НИИ-3 для участия в создании реактивной торпеды. Испытания первых опытных образцов реактивных торпед начались в 1943 г. Произвели пять пусков, и все неудачные. Торпеда была неустойчива при движении в воде, она выходила на поверхность и иногда даже летела по воздуху. На этом этапе от реактивной торпеды с пороховым двигателем пришлось отказаться. http://www.vpk-news.ru/article.asp?pr_sign=archive.2005.74.articles.weapon_01 Занимались и немцы - поищю ещё...
Anton: Вопросы на засыпку - 1.Время работы двигателя и расход топлива? 2.Попробуйте в свою водопроводную трубу накачать газ под давлением ну пусть 150 атмосфер и скажите при каком давлении ее разорвет? falanger пишет: На тему сравнения ракеты и гаубицы , скажу врядли удастся найти гаубицу калибром 100 мм , длиной 1,5 м и массой около 34 кг. Одно важное отличие - гаубица реально стреляет,а ваша ракета если и полетит, то как в анекдоте - низенько-низенько ,т.к. заявленные характеристики ракеты надо делить на 100.
Kinhito: Вопросы на засыпку - 1.Время работы двигателя и расход топлива? 2.Попробуйте в свою водопроводную трубу накачать газ под давлением ну пусть 150 атмосфер и скажите при каком давлении ее разорвет? К кому вопросы?
Kinhito: Кстати - новая идея... Альтернативные "СуперЛинзе" Берём австрийский скеговый катер фон Мюллера-Томамюля, но вместо пропеллера-нагнетателя ставим n-ое количество пороховых ракет...+ пара ракет как маршевые двигатели. Смогут они создать нужную поддержку (на всякий случай соеденим скеги подводными крыльями)? PS. Запускать будем из-под воды с ПЛ на перископной глубине...
DronT: 2.Попробуйте в свою водопроводную трубу накачать газ под давлением ну пусть 150 атмосфер и скажите при каком давлении ее разорвет? труба стальная бесшовная из стали 20 диаметром 6 дюймов. 159х8,0 мм - может работать при давлениях до 100 атм. То есть разорвёт её где- то при 290 - 480 атм, как я думаю. это конечно при статике.
Anton: Anton пишет: К кому вопросы? К автору темы.Kinhito пишет: труба стальная бесшовная из стали 20 диаметром 6 дюймов. 159х8,0 мм - может работать при давлениях до 100 атм. То есть разорвёт её где- то при 290 - 480 атм, как я думаю. это конечно при статике. Ну а теперь осталось прикинуть массу этого "бака" для количества топлива,могущего обеспечить взлет.
Граф Цеппелин: Kinhito пишет: Кстати - новая идея... Альтернативные "СуперЛинзе" Берём австрийский скеговый катер фон Мюллера-Томамюля, но вместо пропеллера-нагнетателя ставим n-ое количество пороховых ракет...+ пара ракет как маршевые двигатели. Смогут они создать нужную поддержку (на всякий случай соеденим скеги подводными крыльями)? PS. Запускать будем из-под воды с ПЛ на перископной глубине... Отклонится в сторону от неравномерной работы ракетного двигателя. Не говоря уже о том, что вряд ли противник не заметит субмарину, которая выпускает с перископной глубины что-то большое! Да и уклониться будет очень просто - цель легко заметная!
Anton: Kinhito пишет: Кстати - новая идея... Альтернативные "СуперЛинзе" Берём австрийский скеговый катер фон Мюллера-Томамюля, но вместо пропеллера-нагнетателя ставим n-ое количество пороховых ракет...+ пара ракет как маршевые двигатели. Смогут они создать нужную поддержку (на всякий случай соеденим скеги подводными крыльями)? PS. Запускать будем из-под воды с ПЛ на перископной глубине... Одна беда - дальность хода и точность совсем никакие!
Граф Цеппелин: Anton пишет: Одна беда - дальность хода и точность совсем никакие! Вот это точно - причем главное в данном случае это точность!
Anton: А время работы пороховых двигателей? Ведь это вам не шаттл Да еще старт из под воды = большое сопротивление, так что больше 500 метров - вряд-ли.
Граф Цеппелин: Anton пишет: А время работы пороховых двигателей? Ведь это вам не шаттл Да еще старт из под воды = большое сопротивление, так что больше 500 метров - вряд-ли. И еще надо прибавить огромное время на подготовку выстрела!
DronT: Ну а теперь осталось прикинуть массу этого "бака" для количества топлива,могущего обеспечить взлет. 22.79 кг/метр трубы. Для двухметровой ракеты (всей)- 70 - 80 кг без топлива и взрывчатки. технически- реально. практически- нет.
Kinhito: Отклонится в сторону от неравномерной работы ракетного двигателя. Не говоря уже о том, что вряд ли противник не заметит субмарину, которая выпускает с перископной глубины что-то большое! Да и уклониться будет очень просто - цель легко заметная! Мне самому идея кажется н очень, но, скорее из-за необходимости эксперементальной доводки. Но всё же... По сути высказанных возражений: Отклонение от курса корректируется радиоуправлением - как на реальных "Линзе". По поводу заметности субмарины - реальные катера запускались вообще с поверхности! По поводу техники запуска: "супер-линзе" транспортируется закреплённая на палубе, потом освобождается, и стартует с минимальной глубины. Подготовка к старту, в таком случае минимальна. Управление осуществляется, как сказано выше - по радио, либо по проводу. Скорость такого скегового - квази СВП - катера, полагаю может достигать 50-60 узлов - поди уклонись. Короче - возражения по точности отклоняются (?). Дальность? На пару километров не хватит? Это пара минут работы двигателя.
falanger: Anton пишет: alanger пишет: Смотрите кто автор поста когда цитирете. Плиз. Текст той цитаты не мой.
Kinhito: С заливкой ничего не получается. Повесил на Партизанской Базе, если интересно, можно посмотреть: http://gspo.ru/index.php?showtopic=2885&st=20
Инженер-исследовател: Вы идёте правильным путём, пытаясь произвести вычисления прочности трубы и количества топлива. Формулы , которые я использовал , когда вычислял параметры ракеты приведены в начале форума , они легко выводятся из формул прочности оболочек, которые можно найти в любом справочнике или учебнике по сопромату (я использовал "Сопротивление материалов " Феодосьева), прочностные характеристики материалов я нашёл в марочнике сталей. Время работы двигателя 8 секунд (при постоянном снижении тяги), стартовое ускорение 100 м/с**2 (сто метров в секунду за секунду), если длина направляющих будет 5 метров, то скорость схода ракеты с них будет около 31 м/с, что достаточно для работы оперения в качестве стабилизатора. Водород и кислород , кроме высокого удельного импульса имеют ещё одно преимущество - они оба двухатомные газы, что позволяет резко упростить систему поддерджания постоянства состава поступающих в двигатель газов из различных балонов , скажем для метан- килородного двигателя пришлось бы либо создавать сложную систему регулирования расхода одного компонента от давления другого, либо использовать опасную смесь обоих компонентов ,закачанную в один балон, хотя метан-кислородный двигатель имеет преимущество перед водород-кислородным , в том , что хотя у него удельный импульс более низок, зато топлива в балоны можно закачать больше (2,2222 раза), но опасность использования газовой смеси и усложнение конструкции ракеты из-за сложной системы регулирования двигателя в полёте может сделать такие ракеты трудноизготовимыми.
Anton: DronT пишет: Это пара минут работы двигателя. Твердотопливного - по, моему не реально.Kinhito пишет: Время работы двигателя 8 секунд (при постоянном снижении тяги), стартовое ускорение 100 м/с**2 (сто метров в секунду за секунду), Так как насчет расхода топлива,а? И какое количество топлива надо для работы движка аж 8 секунд?
Инженер-Исследовател: К вопросу о расходе топлива , времени работы двигателя и т.д. : для водород кислородного двигателя с подачей компонентов из балонов самотёком (то , что я предлагаю) , зависимость массы топлива от времени определяется формулой: M топ=1/(t/tхар+1/(Mтоп0)^(1/5))^5 , где Mтоп- текущая масса топлива , Mтоп0-начальная масса топлива , t -время с начала работы двигателя , t хар- характерное время работы двигателя , определяемое ёмкостью балонов, сечениями трубопроводов , газодинамическими сопротивлениями и т.д.. Если Вас интересует секундный расход топлива , то найдите первую производную по времени от массы топлива. t хар , можно найти из формулы секундного расхода , по его начальной величине , которую можно найти из начальной тяги двигателя , разделив её на начальный удельный импульс. Начальную тягу , в свою очередь можно найти умножив начальную массу ракеты , на требуемое начальное ускорение без учёта силы тяжести (которое я делал равным 10 g).