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[原创] 一种改进型长五构型的设想

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jiyu_shi 发表于 2019-9-2 09:19 | 显示全部楼层 |阅读模式

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一种改进型长五构型的设想

舍去一子级氧箱,将一子级所需液氧分散装入扩大的助推器氧箱和二子级氧箱中。

助推器分离前,由四个助推器氧箱向一子级供应液氧;助推器分离后,由二子级氧箱向一子级供应液氧。

助推器向一子级供应液氧的这套管路系统,也用来实现四个助推器间的液氧交叉供应。另设助推器间的煤油交叉供应系统,实现长五火箭四个助推器间的推进剂交叉供应。这将使长五火箭具备关机能力,以解决其构型最大的安全风险。
LM-5&B.jpg

估算下来,这样的构型,助推器氧箱需加长约1.2米,捆绑点从现构型的一级箱间段变为级间段。二子级氧箱要从27.5吨放大到113.5吨,二子级氧箱向一子级供应液氧的跨级管路比现构型的一子级液氧管路长约5米。此跨级液氧管路也属于推进剂交叉输送技术的一种。

此构型可以省去一级氧箱和箱间段,助推器氧箱加长所增加的重量比较有限。二级氧箱扩大会增加二级干重,但改为5米直径和使用共底储箱可削弱其增重影响,而整箭干质比可显著提高,长度明显缩短。适当的缩小一级,扩大二级(使用3台或4台YF-75D)可提高此构型的效率。

可用的改进措施还有:

将助推器上的尾翼改为栅格翼,减轻重量。

YF-77加装延伸喷管,到高空后延伸扩张。


cooldiy_cn 发表于 2019-9-2 09:24 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
1 把一级的重量移到二级明显会降低运力
2 格栅舵会比尾翼更重 不如直接去掉尾翼
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joki 发表于 2019-9-2 09:30 | 显示全部楼层
构型更复杂了不说,还是应对不了芯级单发故障。。。
 楼主| jiyu_shi 发表于 2019-9-2 09:35 | 显示全部楼层
joki 发表于 2019-9-2 09:30
构型更复杂了不说,还是应对不了芯级单发故障。。。

双发芯级只能烧香不出故障了
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joki 发表于 2019-9-2 09:38 | 显示全部楼层
jiyu_shi 发表于 2019-9-2 09:35
双发芯级只能烧香不出故障了

那么问题来了,核心冗余问题没改进。由于二级增重较多,运力有可能不进反退。那么。。。
hyperion 发表于 2019-9-2 09:39 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
火箭发动机运行时推下延伸喷管的设计好像还从未有过,真的可行吗?
cooldiy_cn 发表于 2019-9-2 09:40 | 显示全部楼层
hyperion 发表于 2019-9-2 09:39
火箭发动机运行时推下延伸喷管的设计好像还从未有过,真的可行吗?

我认为可行
joki 发表于 2019-9-2 09:46 | 显示全部楼层
hyperion 发表于 2019-9-2 09:39
火箭发动机运行时推下延伸喷管的设计好像还从未有过,真的可行吗?

氢氧上面级伸缩喷管发动机都是先放下、闭锁,然后才点火。设计工作中放下的似乎是NK33有过这种改型,但尚未实际投入使用。不过NK33既然有过这样的改型,那么理论上应该算是可行吧。
 楼主| jiyu_shi 发表于 2019-9-2 09:48 | 显示全部楼层
joki 发表于 2019-9-2 09:38
那么问题来了,核心冗余问题没改进。由于二级增重较多,运力有可能不进反退。那么。。。

长五目前的问题是YF-77的问题,这会随发动机的成熟而解决。但是从构型上说,助推发动机没有关机能力是主要安全风险。
我的构想二级用共底储箱,增重有限,现在这个二级本来就不轻了,如果扩大二级缩小一级影响就更小。这和交叉输送能力是共同实现的,因为既然要提供交叉输送,不如把一二级也交叉了,反正现在这个二级够难看了。

cooldiy_cn 发表于 2019-9-2 09:54 | 显示全部楼层
jiyu_shi 发表于 2019-9-2 09:48
长五目前的问题是YF-77的问题,这会随发动机的成熟而解决。但是从构型上说,助推发动机没有关机能力是主 ...

助推发动机没有关机能力是啥意思 哪有液体火箭发动机不能关机的?
cooldiy_cn 发表于 2019-9-2 09:56 | 显示全部楼层
jiyu_shi 发表于 2019-9-2 09:48
长五目前的问题是YF-77的问题,这会随发动机的成熟而解决。但是从构型上说,助推发动机没有关机能力是主 ...

二级难看就进一步加重二级是什么逻辑?明显二级对火箭运力的影响更加直接。你把一级重量移到二级 二级干重加1吨 运力就掉1吨 长五本来只有14t运力 说吧 你想GTO掉到多少?
 楼主| jiyu_shi 发表于 2019-9-2 09:56 | 显示全部楼层
cooldiy_cn 发表于 2019-9-2 09:54
助推发动机没有关机能力是啥意思 哪有液体火箭发动机不能关机的?

故障停机冗余度
cooldiy_cn 发表于 2019-9-2 09:57 | 显示全部楼层
jiyu_shi 发表于 2019-9-2 09:48
长五目前的问题是YF-77的问题,这会随发动机的成熟而解决。但是从构型上说,助推发动机没有关机能力是主 ...

你这个逻辑更极端一点 干脆不要二级 二级全部和一级合并就好了
cooldiy_cn 发表于 2019-9-2 10:02 | 显示全部楼层
jiyu_shi 发表于 2019-9-2 09:56
故障停机冗余度

让所有助推器能够交叉输送 ,然后通过关闭对称发动机来解决推力不平衡的问题。并通过交叉输送解决燃料消耗不平衡的问题 但是这样子系统复杂了不止一点 可靠性怕不是还不如原来的方案
目前为止 长五的助推和长七都没有遇到YF100的故障问题 你这个做法没有上什么实质性作用
况且 就算不交叉输送 也不是不能解决助推单发停机的问题
直接关闭对称的一台发动机 然后助推器两两抛弃就行了
 楼主| jiyu_shi 发表于 2019-9-2 10:02 | 显示全部楼层
joki 发表于 2019-9-2 09:46
氢氧上面级伸缩喷管发动机都是先放下、闭锁,然后才点火。设计工作中放下的似乎是NK33有过这种改型,但尚 ...

你之前脑洞过一个YF-100大裤衩构型,芯级也应该用工作中放下的延伸喷管。
 楼主| jiyu_shi 发表于 2019-9-2 10:07 | 显示全部楼层
cooldiy_cn 发表于 2019-9-2 10:02
让所有助推器能够交叉输送 ,然后通过关闭对称发动机来解决推力不平衡的问题。并通过交叉输送解决燃料消 ...

不用关对侧发动机,调整对侧发动机摆角就行了,关两台发动机推力损失太大,进而重力损失也大。所以,长五构型要获得关机能力,必须要交叉输送。
另外,目前YF-100的安全记录和火箭构型的安全风险是两回事。再可靠的发动机,长五目前的构型风险还是存在的,这就是个数学概率问题。

joki 发表于 2019-9-2 10:18 | 显示全部楼层
jiyu_shi 发表于 2019-9-2 09:48
长五目前的问题是YF-77的问题,这会随发动机的成熟而解决。但是从构型上说,助推发动机没有关机能力是主 ...

到那时估计已经是921新火箭的天下了。。。
纯架空来说,CZ5如果非要增加动力冗余能力,那么只改起飞级或许比较理想。芯一级还保留氧箱不变,4个助推8条管路穿过芯级,提供8台YF100一定的动力冗余能力。增大二级氧箱,输送燃料到一级,路线太长,穿越级间段,安全解锁很麻烦,增加风险点而且掉运力。一级还保留氧箱,二级上共底提升运力,多好。
PS:就我个人观点而言,CZ5做好可靠性改进,没必要改了,煤油助推工作时间短、YF100表现可靠,为了这个改动太费钱。非要改,也最好大架构不变。助推增加动力冗余也不要改芯级,直接走储箱对储箱的设计。4个助推器的煤油储箱、液氧储箱,环向管路串联,不过芯级(管线从表面过)。分离时氮气吹除残液后,预设点火工品直接定向炸开(也可以是更复杂的冷解锁分离)即可。
joki 发表于 2019-9-2 10:23 | 显示全部楼层
jiyu_shi 发表于 2019-9-2 10:02
你之前脑洞过一个YF-100大裤衩构型,芯级也应该用工作中放下的延伸喷管。

看具体方案,我之前的算例,地面起飞的芯级,都是按地面版真空指标计算,没考虑伸缩喷管。芯级高空点火的,直接就装的是高空版发动机,也没有伸缩。伸缩这种,都在地面点火版本进一步改进中一句话简略掉了。。。
joki 发表于 2019-9-2 10:29 | 显示全部楼层
jiyu_shi 发表于 2019-9-2 10:07
不用关对侧发动机,调整对侧发动机摆角就行了,关两台发动机推力损失太大,进而重力损失也大。所以,长五 ...

其实吧。交叉输送系统本身也是风险点,输送故障、分离故障,哪个都是致命的。要想彻底解决这个问题,还是走921大光杆比较彻底。
 楼主| jiyu_shi 发表于 2019-9-2 10:30 | 显示全部楼层
joki 发表于 2019-9-2 10:18
到那时估计已经是921新火箭的天下了。。。
纯架空来说,CZ5如果非要增加动力冗余能力,那么只改起飞级或 ...

那就保留分48吨一级液氧到助推的想法,也算是助推和一级的部分交叉输送,多少可以提高点运力。液氧走芯级,煤油储箱对储箱直连。长五这个二级太难看。
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