Качество против количества для ракетных двигателей

Недавно я читал о знаменитой советской ракете Н-1, которую некоторые называют самой мощной ракетой (с точки зрения тяги при старте) в истории. На первом этапе он использовал невероятные 30 двигателей. С другой стороны, американский Saturn V использовал только пять двигателей F-1 на первом этапе. Разница заключалась в том, что каждый F-1 был намного мощнее, чем один из двигателей (первоначально НК-15), использовавшихся на Н-1. Преимущество системы с 30 двигателями заключалось в том, что в случае отказа одного двигателя имелись резервные копии, и для компенсации можно было перелить больше топлива на другие или с других (хотя это приводило к некоторым забавным сбоям с компьютером КОРД, управляющим двигателями).

Каковы другие преимущества/недостатки каждой из систем (30 двигателей против 5 двигателей)? Что заставило Советский Союз выбрать систему с 30 двигателями, а американцы выбрали систему с 5 двигателями?

Ух ты! 11 миллионов фунтов тяги на старте! "Шаттлов" было всего около 7 миллионов, "Сатурн-5" - 7,5 миллионов, "Энергия" - 7,8 миллионов. SLS будет около 7-8 миллионов фунтов. Дикий.
Связанная постановка аспарагуса (ага, знаю - КСП). Это используется в реальной жизни в тяжелой ракете-носителе Falcon.

Ответы (2)

Нестабильность горения - очень сложная проблема. Это становится сложнее, когда двигатель становится больше.

Американцы взяли на себя задачу двигателя с тягой 1,5 млн фунтов и превзошли его (F-1, полагаю, даже J-2 на второй (5) и третьей ступенях (1)). Советы попытались, но потерпели неудачу и пошли с небольшим (НК-15) двигателем. Им нужна была тяга, поэтому они сгруппировались.

Топливные магистрали в какой-то момент объединяются, и противодавление может вызывать вибрации в других подводящих трубках. Сатурн V страдал от вибраций даже с пятью двигателями, вы можете себе представить, что у N-1 были бы большие проблемы с 30.

Было бы интересно услышать, как это повлияло на Falcon 9 с 9 двигателями. Я думаю, что это самое большое количество двигателей на ступени, которая сейчас летает. (Или никогда? Со времен Н-1? У кого было больше двигателей?)

+1. Я разговаривал с некоторыми людьми, которым было предъявлено обвинение в решении проблемы пого. На самом деле они не решили проблему, по крайней мере, в теоретическом смысле. Они просто нашли специальные способы, которые, казалось, заставили его уйти. Достаточно хорошо!
@DavidHammen Мои воспоминания о том, что убило N-1, были в основном Пого в большом масштабе. 30 случаев взаимодействия пого друг с другом разорвали эту штуку на части.
В яблочко. Между теорией и практикой огромная разница. Теория отмахивается от всех этих неприятных проблем. Практика говорит, что вы не можете этого сделать, иначе ваше транспортное средство будет вести себя как пого-стик.
@geoffc Я прочитал все 4 тома «Ракеты и люди» Бориса Чертока. Черток отвечал за проектирование КОРД. По сути, это был электронный мозг, отвечающий за 30 двигателей. Основной момент конструкции заключался в том, что если у двигателя возникли проблемы, КОРД должен был отключить его, а также противоположный двигатель для поддержания симметричной тяги. Н-1 был «перепроектирован» с 30 двигателями, так что он мог выдержать 4 или 2 пары отключений и все же выйти на орбиту. КОРД ​​никогда не работал правильно. Аналоговая технология того времени, по-видимому, делала это невозможным.
Но Черток был инженером-электронщиком, поэтому его книги написаны с этой точки зрения. Если кто-нибудь знает мемуары конструктора ракет, сообщите, пожалуйста. Проблемы с двигателем, с которыми должен был справиться КОРД, в любом случае могли исходить от пого. По памяти, вспоминая 4 отказа Н-1: у 1-го были проблемы с двигателем ближе к концу запуска первой ступени, 2-й проглотил незакрепленный предмет и взорвался через 2 секунды после старта, 3-й слишком сильно вращался из-за странной аэродинамики выхлопа 30-го двигателя, а 4-й почти дошел до второй ступени из-за проблем с двигателем.
30 двигателей с POGO звучат хуже, чем 5 двигателей с POGO, но ракета с 30 двигателями имеет меньшие двигатели и величина их POGO эффекта, вероятно, будет намного меньше. Независимо от этого, существует более высокая вероятность того, что их POGO аннулируется или, по крайней мере, не усиливается, точно так же, как 6- или 8-цилиндровые автомобильные двигатели работают более плавно, чем 4-цилиндровые двигатели.

Возможно, они хотели получить преимущество от того, что вы производите большее количество отдельных двигателей, подобно тому, к чему стремится SpaceX. SpaceX вместо того, чтобы производить ракеты с одним или двумя двигателями, пока делает по 9 штук на ракету и может улучшить производство, используя методы, которые сегодня сделали так много промышленных вещей намного дешевле. Это то, что я читал о подходе SpaceX, и это могло также повлиять на решение этой старой ракеты.

Главным фактором было то, что русские не смогли решить проблему нестабильности горения в большой камере сгорания. Ни у России, ни у США не было хороших возможностей компьютерного моделирования, но у США было больше денег, чтобы создавать прототипы и пробовать разные вещи, пока они не наткнулись на что-то работающее. В России до сих пор используется концепция малой камеры сгорания, как в таких двигателях, как РД-170 с 4 камерами, приводимыми в движение одним турбонасосом.
Качество против количества для ракетных двигателей
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v