Autor Wątek: Pojazdy pionowego startu i lądowania  (Przeczytany 10646 razy)

0 użytkowników i 1 Gość przegląda ten wątek.

Offline JSz

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 6701
Pojazdy pionowego startu i lądowania
« dnia: Listopad 18, 2010, 16:26 »
Statki pionowego startu i lądowania, czyli tzw. VTVL - Vertical Takeoff, Vertical Landing, ze względu na możliwość wielokrotnego użytkowania w przeciwieństwie do dzisiaj używanych wielostopniowych rakiet nośnych, stanowią dla nich atrakcyją alternatywę. Konstrukcje takie wiążą się jednak z wieloma trudnościami. Jest to powodem, że chociaż było już podjętych kilka prób skonstruowania tego typu pojazdów, to jak na razie nie zakończyły się one powodzeniem. Poniżej dokonuję krótkiego podsumowania tych prób, które znalazły się na bardziej zaawansowanym etapie prac.

DC-X

W latach 90. znana firma lotnicza McDonnell Douglas (głównie z samolotów pasażerskich MD), zanim połączyła się z Boeingiem, pracowała nad projektem DC-X (Delta Clipper lub Delta Clipper Experimental). Był to bezzałogowy prototyp statku pionowego startu i lądowania (tzw. VTVL - Vertical Takeoff, Vertical Landing), jakie w przyszłości miały osiągać orbitę za pomocą tylko jednego stopnia rakietowego. DC-X nie był zaprojektowany do lotów orbitalnych, miał jedynie zilustrować techniczne możliwości takiej koncepcji.

Budowę DC-X rozpoczęto w 1991 roku. Kadłub zaprojektowała i zbudowała znana nam firma Scaled Composites. Całe wyposażone było natomiast budowane w McDonnell Douglas.

Pierwszy start DC-X odbył się 18 sierpnia 1993 roku. Lot trwał 59 s. Następne dwa loty odbyły się we wrześniu tego samego roku (w niektórych testach naziemnych brał udział były kosmonauta Charles Conrad). Loty testowe trwały do 1995 roku. Podczas ostatniego lotu w dniu 7 lipca 1995 roku na skutek zbyt twardego lądowania kadłub uległ zniszczeniu. Z powodu braku funduszy program zawieszono.


DC-X podczas pierwszego startu (po lewej) i lądowania (po prawej)

Wówczas przejęła go NASA. W projekcie dokonano dość istotnych zmian, po czym statek wrócił do lotów w 1996 roku jako DC-XA (Clipper Advanced). Rekordowe osiągnięcie zanotowano 8 czerwca 1996 roku, gdy statek podczas lotu trwającego 142 s osiągnął wysokość 3,14 km. Jednak o miesiąc późniejszy lot okazał się ostatnim na skutek uszkodzenia i wybuchu zbiornika paliwa. NASA nie zdecydowała się już na kontynuację programu, gdyż przeważyła wówczas koncepcja statku X-33, w której również za pomocą jednego stopnia miano osiągnąć orbitę, ale lądowanie już odbywałoby się jak samolotem (tzw. VTHL - Vertical Takeoff, Horizontal Landing).


DC-XA

Parametry DC-X:
- wysokość 12 m
- średnica 4,1 m
- sucha masa 9,1 t
- napęd: ciekły tlen i ciekły wodór
- silniki: 4 x RL-10A-5
- ciąg 6.100 kgf

Roton

Pisząc we wstępie do tego wątku o dawniejszych, nie do końca zrealizowanych koncepcjach statków typu VTVL – pionowego startu i lądowania, pamiętałem o najbardziej zdumiewającym projekcie, który stanowił jednak pewną poboczność. Ale zostawiłem go sobie na osobny post. Chodzi o pojazd zwany Roton C-9, konstruowany przez nieistniejącą już firmę Rotary Rocket. Na czym polegała jego oryginalność? Otóż najkrócej mówiąc: było to połączenie rakiety typu VTVL z… helikopterem.



Miała być to w zamierzeniu rakieta, która docierałby z ładunkiem na orbitę, nie będąc podzielona na stopnie, które po zużyciu są kolejno odrzucane. Roton miał być zatem rakietą określaną jako „single stage to orbit” (SSTO). Jeśli idzie o śmigła helikopterowe, to obliczenia wykazały, że ich stosowanie nie przynosi zysku podczas wznoszenia, ale jest bardzo efektywne podczas lądowania, znacznie obniżając jego koszty.


Schemat przebiegu lotu Rotona

Pojazd Roton C-9 miał wynosić na LEO ponad 3 tony, przy czym koszt wyniesienia ładunku szacowano na 1 tysiąc USD za kilogram, co stanowiło zaledwie ok. 1/10 ówczesnych cen.

Zbudowano pełnoskalowy model przeznaczony do lotów testowych w atmosferze, nazwany Roton ATC (Roton Atmospheric Test Vehicle). Firmą, która go zbudowała był Scaled Composities (znowu Burt Rutan!). Statek odbył w 1999 roku pomyślnie trzy loty testowe. Pilotem był Marti Sarigul-Klijn, drugim polotem Brian Binnie (znany później z jednego z lotów SpaceShipOne po nagrodę X-Prize). 28 lipca, podczas pierwszego lotu trwającego 4 min 40 s pojazd wzniósł się na wysokość 2,4 m. Podczas drugiego lotu 16 sierpnia osiągi te wyniosły 1:30 i 6,1 m, zaś 12 października przebył w poziomie 1,31 km, wznosząc się na 23 m, przy maksymalnej prędkości 85 km/godz. Podczas planowanego czwartego lotu Roton miał wznieść się na ponad 3 km. Do tej próby jednak już nie doszło.


Roton ATV według projektu Rotary Rocket, oraz „w naturze”

Moment okazał się bardzo niesprzyjający dla Rotary Rocket. Firma Iridium Communications, która finansowała te prace, zbankrutowała  (firma obecnie działająca pod tą nazwą powstała w 2001 r.). Roton stracił zatem kontrakt na starty, a innego finansowania nie znaleziono. Z projektem wiązały się też trudności techniczne, pojazd był trudny w pilotowaniu, szczególnie podczas lądowania, podważano też jego możliwość wejścia na orbitę. W efekcie firma musiała zamknąć swą działalność w 2001 roku. Większość inżynierów przeszła do innych firm, głównie do XCOR Aerospace.


Roton ATV wytaczany z hangaru na lot testowy

Parametry Rotona C-9
- wysokość: 19,2 m
- średnica maks.: 6,7 m
- masa całkowita: 180 t
- załoga: 2 osoby
- ładunek na LEO: 3,18 t
- orbita: 260 km
- liczba silników: 72
- ciąg: 30,86 kN
- impuls właściwy (w próżni): 340 s
- paliwo: LOX/Kero
- silnik helikopterowy: Sikorsky S-58


Obecnie Roton ATV stoi jako ekspozycja na kosmodromie Mojave

Film z drugiego testu Rotona ATC:


Dzisiaj


Obecnie przynajmniej trzy firmy pracują nad pojazdami kosmicznymi typu VTVL, które będa miały za zadanie wynosić ładunki na wysokość ponad 100 km, a nawet na orbitę wokółziemską. O wszystkich istnieją wątki na naszym forum:
- Blue Origin,
- Armadillo Aerospace,
- Masten Space Systems.

Źródła: Astronautix; Wikipedia (Roton); Wikipedia (DC-X); Damer.com.
« Ostatnia zmiana: Listopad 18, 2010, 16:42 wysłana przez JSz »

Offline Borys

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 2344
Odp: Pojazdy pionowego startu i lądowania
« Odpowiedź #1 dnia: Listopad 19, 2010, 15:30 »
Miała być to w zamierzeniu rakieta, która docierałby z ładunkiem na orbitę, nie będąc podzielona na stopnie, które po zużyciu są kolejno odrzucane. Roton miał być zatem rakietą określaną jako „single stage to orbit” (SSTO). Jeśli idzie o śmigła helikopterowe, to obliczenia wykazały, że ich stosowanie nie przynosi zysku podczas wznoszenia, ale jest bardzo efektywne podczas lądowania, znacznie obniżając jego koszty.

Powyższe stwierdzenie jest błędne. Obliczenia wykazały, że największy zysk z wykorzystania śmigieł ma miejsce przy starcie, dlatego też Roton (jako koncept) przewidywał start właśnie z użyciem śmigła napędzanego rakietami na końcówkach. Impuls właściwy takiej konstrukcji wynosiłby 1500 s przy starcie (sam silnik rakietowy miałby ~300 s), a zysk na ciągu (w porównaniu z samym silnikiem rakietowym) byłby 5-10 krotny. Dodatkową korzyścią było to, że siła odśrodkowa na końcówkach śmigieł tłoczyłaby paliwo do komór silnika rakietowego, zastępując tym samym ciężką i drogą turbopompę.
Roton pierwotnie miał być pojazdem do wynoszenia bardzo małych satelitów (np. ważących 120 kg satelitów konstelacji Teledesic), jednakże po załamaniu się rynku konstelacji satelitarnych (a więc małych satelitów właśnie), inżynierowie zmuszeni byli zaprojektować większego Rotona, zdolnego do wynoszenia standardowych telekomów. Oznaczało to zwiększenie masy pojazdu o rząd wielkości w porównaniu z projektem pierwotnym, do 180 ton masy startowej. Tak ciężki pojazd wymagałby bardzo długich śmigieł, dlatego zrezygnowano z ich wykorzystania przy starcie. Pojazd ciągle lądowałby przy pomocy śmigieł (wracający z orbity pojazd jest lekki, ponieważ ma puste zbiorniki), a jego silniki rakietowe umieszczone byłyby na osobnym wirniku, pełniącym rolę turbopompy (jak wcześniej). Później zrezygnowano też z wirującego silnika rakietowego na rzecz standardowej turbopompy. Tak czy inaczej, Rotary Rocket nie miała funduszy na budowę tak dużego pojazdu i zbankrutowała.

Załącznik: jedna z wczesnych wersji Rotona. Więcej tutaj.

Offline jmvh

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 3168
Odp: Pojazdy pionowego startu i lądowania
« Odpowiedź #2 dnia: Listopad 20, 2010, 14:34 »
Borys, jak rozumiem w początkowej fazie wznoszenia niemal cały ciąg produkowany by był przez śmigło, potem gęstość powietrza by stopniowo malała, malał by ciąg śmigła, malała masa pojazdu, wzrastał by procent ciągu dawany przez silniki rakietowe, aż ciąg śmigła spadł by praktycznie go zera lecz pojazd byłby już na tyle lekki, miał na tyle dużą prędkość i był na tyle wysoko by móc kontynuować lot. Jest jedno ale, pułap śmigłowca bojowego to jakieś 5 tys. metrów, chyba nie da się polecieć wiele wyżej (i szybciej) czego wymagała by ta koncepcja, masz może jakieś pdf-y, linki na ten temat? :-\ Niemniej, to bardzo ciekawy pomysł!

Offline Borys

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 2344
Odp: Pojazdy pionowego startu i lądowania
« Odpowiedź #3 dnia: Listopad 20, 2010, 19:09 »
Jest jedno ale, pułap śmigłowca bojowego to jakieś 5 tys. metrów, chyba nie da się polecieć wiele wyżej (i szybciej)

Śmigło Rotona dysponowałoby znacznie większą mocą niż silnik jakiegokolwiek śmigłowca (zużycie paliwa wynosiłoby kilka ton na minutę). Dodatkowo, każda rakieta przechodzi od lotu pionowego do (prawie) poziomego, gdy już przedrze się przez najgęstsze warstwy atmosfery. W takim układzie kadłub wytwarza siłę nośną (nawet taka eklera jak na obrazku wyżej). Rekord wysokości dla samolotu napędzanego śmigłami wynosi jakieś 30 km.
Generalnie w pomyśle chodzi o wykorzystanie śmigła do przebicia się przez najgęstsze warstwy atmosfery i kontynuację lotu już na silnikach rakietowych. Zysk z tego byłby mniej więcej taki, jak ze startu rakiety z samolotu. Stosunek masy Rotona zatankowanego do pustego musiałby wynosić 14, podczas gdy przy starcie z ziemi (bez wspomagania śmigłami) - aż 25.

Cytuj
czego wymagała by ta koncepcja, masz może jakieś pdf-y, linki na ten temat? :-\ Niemniej, to bardzo ciekawy pomysł!

Kilka dokumentów o dużym Rotonie z nieistniejącej już strony projektu (załączniki - mam jeszcze artykuł z IEEE, ale ma kilkanaście kB za dużo, by dało się go załączyć  :D). Linki: 1, 2, 3

Polskie Forum Astronautyczne

Odp: Pojazdy pionowego startu i lądowania
« Odpowiedź #3 dnia: Listopad 20, 2010, 19:09 »

Offline jmvh

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 3168
Odp: Pojazdy pionowego startu i lądowania
« Odpowiedź #4 dnia: Listopad 20, 2010, 20:04 »
Śmigło Rotona dysponowałoby znacznie większą mocą niż silnik jakiegokolwiek śmigłowca (zużycie paliwa wynosiłoby kilka ton na minutę).
Znaczy się rotor osiągał by prędkość naddźwiękową już w gęstej atmosferze? :o Nie przypominam sobie żadnych naddźwiękowych śmigłowych konstrukcji.

Dodatkowo, każda rakieta przechodzi od lotu pionowego do (prawie) poziomego, gdy już przedrze się przez najgęstsze warstwy atmosfery. W takim układzie kadłub wytwarza siłę nośną (nawet taka eklera jak na obrazku wyżej). Rekord wysokości dla samolotu napędzanego śmigłami wynosi jakieś 30 km.
Zgadza się, siłę nośną będzie wytwarzać właściwie "byle co", jednak będzie mu daleko do np. skrzydeł U2, nawet przy kilku machach. Korzystamy tu z sił aerodynamicznych, jak rakieta się przedrze przez pierwsze 20-30 km i położy to stosunkowo niewiele tego "aero" już nam zostanie (lecz to kwestia trajektorii, która u małego rotona pewnie była by inna niż zazwyczaj). Ciekawe linki, dzięki.

Offline Borys

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 2344
Odp: Pojazdy pionowego startu i lądowania
« Odpowiedź #5 dnia: Listopad 20, 2010, 21:58 »
Znaczy się rotor osiągał by prędkość naddźwiękową już w gęstej atmosferze? :o Nie przypominam sobie żadnych naddźwiękowych śmigłowych konstrukcji.

Nie, przełączenie do trybu czysto rakietowego następowałoby przy prędkości ok. 200 m/s, na wysokości 10-11 km. Za to przy lądowaniu śmigło pracowałoby przy prędkościach naddźwiękowych (tylko autorotacja). Jest o tym trochę w podesłanych linkach.

Offline jmvh

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 3168
Odp: Pojazdy pionowego startu i lądowania
« Odpowiedź #6 dnia: Listopad 20, 2010, 22:23 »
Trochę niejasno się wyraziłem, chodziło mi tu o prędkość samych łopat, ale rzeczywiście, zakładając średnicę wirnika na jakieś 8m a prędkość obrotu na 720 rpm (nie znam dokładnych wartości i przestaje już kontaktować o tej godzinie :D) prędkość była by poddźwiękowa.

Offline JSz

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 6701
Odp: Pojazdy pionowego startu i lądowania
« Odpowiedź #7 dnia: Grudzień 14, 2010, 22:16 »
Natrafiłem na bardzo interesujący film o firmie Rotary Rocket oraz ich wehikule Roton. Oprócz ujęć "z epoki", animacji, przede wszystkim są rozmowy z ludźmi, którzy ten oryginalny pojazd tworzyli (niektórych rozpoznamy): http://www.ustream.tv/recorded/10733461.

Trudno ocenić - bo opinie są sprzeczne - jak daleko byli od sukcesu. Ale o tym było już w poprzednich postach.

Offline Romek63

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 1052
  • 65-ty ROK EKSPLORACJI KOSMOSU
    • Nauka - Trek.pl
Odp: Pojazdy pionowego startu i lądowania
« Odpowiedź #8 dnia: Maj 22, 2013, 18:39 »
Było jeszcze coś takiego testowane chyba w latach 2006-2008  :)



Amazon boss fires up space vehicle
http://www.theatlanticwire.com/technology/2011/09/bezos-funded-spacecraft-has-major-failure/42068/
http://www.theregister.co.uk/2007/01/04/goddard_launch/
http://www.foxnews.com/story/0,2933,241533,00.html
http://news.softpedia.com/newsImage/Company-Financed-by-Amazon-039-s-Bezos-Develops-Private-Spacecraft-2.jpg/

Przewidziane w projekcie dane techniczne:

Załoga: 4 osoby. Długość: 15 m. . Średnica: 7 m. Masa: 70 000 kg. Siła ciągu silnika głównego: 1.020.000 kN, Paliwo: Ciekły wodór z utleniaczem. Ilość paliwa: 49,000 kg. Czas działania silnika: 295 sek. Prędkość osiągana przez pojazd: 3,465 m/s

oraz coś takiego:



oraz:

Xareo po raz któryś już
http://florydziak.blogspot.com/2012/02/xareo-po-raz-ktorys-juz.html

I jeszcze -
Zobaczyłem dzisiaj na coś takiego  :)


http://www.geekweek.pl/aktualnosci/16391/pierwszy-pionowy-start-f-35b

F-35 w odróżnieniu od samolotów Harrier może znacznie przekraczać w locie prędkość dźwięku i to nawet bez użycia dopalaczy :)
I tak mi się skojarzyło z pewnym wstępnym projektem NASA :D


http://www.nasaspaceflight.com/2012/02/spacex-dragon-advancing-launch-abort-system-new-heights/

Kiedy się doczekamy takich obiektów latających ?  :P


Offline JSz

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 6701
Odp: Pojazdy pionowego startu i lądowania
« Odpowiedź #9 dnia: Maj 22, 2013, 19:50 »
Zobaczyłem dzisiaj na coś takiego  :)

To amerykański (firmy Lockheed Martin) następca Harrierów, które latają chyba już od lat 60. W lotnictwie wojskowym VTVL nie jest nowością.

Offline Radek68

  • Moderator Globalny
  • *****
  • Wiadomości: 2539
  • "Jutro to dziś - tyle że jutro"
Odp: Pojazdy pionowego startu i lądowania
« Odpowiedź #10 dnia: Maj 23, 2013, 00:11 »
I tak mi się skojarzyło z pewnym wstępnym projektem NASA :D


Kiedy się doczekamy takich obiektów latających ?  :P

No ten rysunek to mi jednoznacznie się skojarzył.  ;D
The Dark Side of the Moon

Offline Trafiony

  • Pełny
  • ***
  • Wiadomości: 360
  • LOXem i ropą! ;)
Odp: Pojazdy pionowego startu i lądowania
« Odpowiedź #11 dnia: Maj 23, 2013, 00:25 »
Żadna rewelacja ten F-35B, pewnie startował pusty (bez zapasu paliwa i uzbrojenia). Generalnie przyjmuje się że będzie startował z krótkiego rozbiegu. A lądował pionowo tylko w wyjątkowych okolicznościach, gdy nie ma innej możliwości. Bo takie lądowanie jest na granicy możliwości i nie służy konstrukcji.
To może jest offtopic, ale ten program F-35 poległ. Jeżeli go nie skasowano, to dlatego że jest zbyt prestiżowy, i zbyt dużo kasy USA (i parę innych krajów) w niego władowały. Byłoby przykro i smutno, taka wpadka. Zakładane parametry nie zostały osiągnięte. Budżet i czas został mocno przekroczony. Wpadka, to się zdarza. Tylko ta wpadka jest kolosalna, jakieś dziesiątki miliardów $ poszły w słabą konstrukcję.
Oczywiście w trakcie prac nad tym niewypałem opracowali szereg nowych technologii. Intuicja mi mówi, że jak trochę już tego sprzedadzą, to uruchomią nowy program. I on wyjdzie już elegancko. Pewnie maszynka będzie nieco większa, i mniej niewidzialna, ale będzie dobra.
« Ostatnia zmiana: Maj 23, 2013, 00:43 wysłana przez Trafiony »

LooZ^

  • Gość
Odp: Pojazdy pionowego startu i lądowania
« Odpowiedź #12 dnia: Maj 23, 2013, 12:17 »
Trafiony, to, że jedna z najbardziej skomplikowanych maszyn w historii ludzkości ma problemy wieku dziecięcego to normalne. Widać to głównie dlatego, że koszty są astronomiczne, ale same problemy były do przewidzenia. Czy program się udał czy nie, dowiemy się przy wersji Block 5, albo 6, a nie 1-2.

Offline KonradL

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 622
  • LOXem i ropą! ;)
Odp: Pojazdy pionowego startu i lądowania
« Odpowiedź #13 dnia: Maj 24, 2013, 13:44 »
No ten rysunek to mi jednoznacznie się skojarzył.  ;D

Nie jestes sam :)

Offline JSz

  • Weteran
  • *****
  • Wiadomości: 6701
Odp: Pojazdy pionowego startu i lądowania
« Odpowiedź #14 dnia: Sierpień 12, 2013, 23:05 »
Pamięć o DC-X wiecznie żywa:



Może ktoś się wybierze? Bliższe informacje: http://www.dc-xspacequest.org/

Polskie Forum Astronautyczne

Odp: Pojazdy pionowego startu i lądowania
« Odpowiedź #14 dnia: Sierpień 12, 2013, 23:05 »