Warum verwenden die Russen diese zaunartigen Zwischenbühnenverkleidungen?

Wenn wir uns verschiedene russische Raketen ansehen, sehen wir oft eine Metallstruktur, die wie eine Art Gartenzaun aussieht und einige Stufen trennt. Meines Wissens wird es nur von der R7-Familie (Vostok, Voshkod, Soyuz) und N1 verwendet, aber sonst von niemandem.

Alle anderen Raketen, die ich kenne, verwenden eine solide Verkleidung, um die Stufen zu trennen. Warum also haben sich die russischen Ingenieure für diese Lösung entschieden (und sie beibehalten), aber sonst niemand? Haben diese "Zäune" ​​neben ihrem geringen Gewicht noch weitere Vorteile?

Hier sind einige Bilder, um zu zeigen, wovon ich spreche:

Sojus während der Montage( Quelle )

N1( Quelle )

IIRC Proton verwendet dieses Design ebenfalls. Bei Sojus wird das Oberstufentriebwerk vor der Trennung gezündet, das ist nur mit diesen Gitterkonstruktionen möglich.
Titan II war nicht ganz so netzartig, hatte aber große, auffällige Löcher in der Zwischenstufe. Dieser Artikel beschreibt sie als Entlüftungen, um eine Zündung der zweiten Stufe vor der Trennung zu ermöglichen. popsci.com/…
Verwendet in vielen frühen Fahrzeugen: Wac Corporal, Aerobee, Nike Ajax, etc....

Antworten (1)

Es hat alles mit der Füllmenge in den Kraftstofftanks zu tun. Die Newtonschen Bewegungsgesetze bedeuten, dass, wenn eine Rakete nicht mehr feuert und keine Kraft ausgeübt wird, die Rakete keine Beschleunigung erfährt. Sie setzt sich mit derselben Geschwindigkeit fort (wenn wir ein perfektes Modell annehmen). Der Treibstoff in den Tanks geht in den freien Fall, genau wie die Astronauten, wenn sie die Umlaufbahn erreichen. Sie haben gesehen, wie diese Plüschtiere durch die Kabine schwebten, als die Sojus-Motoren abschalteten.

Der Kraftstoff verhält sich auch ein bisschen wie ein Beifahrer in einem Auto, wenn Sie stark bremsen. Statt beim Beschleunigen in den Sitz gedrückt zu werden, fliegen sie in die andere Richtung, Richtung Windschutzscheibe. Deshalb verwenden wir Sicherheitsgurte. Dasselbe gilt für den Treibstoff in diesen riesigen Tanks. Es geht schwupps; bis zum anderen Ende des Panzers, der am weitesten vom Raketenmotor entfernt ist. Das Problem ist, Sie wollen es am Ende des Raketenmotors. Wenn der Kraftstoff nicht am "Boden" des Tanks ist, drehen die Pumpen leer und können ohne anzusaugen durchbrennen.

Es gibt zwei Lösungen für dieses Problem. Einige Fahrzeuge haben Freiraummotoren , die kleine Motoren sind, manchmal nur Schubdüsen oder eine Freisetzung von komprimiertem Gas. Sie können sie in vielen Videos anderer Fahrzeuge sehen, die dieses Netz nicht haben. (Nicht zu verwechseln mit der Pumpenauspuffdüse, aber das ist eine ganz andere Sache!) Es sieht oft aus wie ein kleines Auspuffrohr in der Nähe des Motors. Sie können manchmal nur ein kleiner Festbrennstoffmotor sein, ähnlich wie ein Feuerwerkskörper. Ihre einzige Funktion besteht darin, den Kraftstoff zu den Pumpen zu befördern (zu schwappen). Die Pumpen starten und dann zündet der Motor. Rauschen; Rakete startet. Jetzt kann all dieser herumschwappende Kraftstoff Stabilitätsprobleme für das Fahrzeug verursachen, daher konstruieren sie den Tank mit speziellen Anti-Schwapp-Ablenkblechen.

Hier können wir diese verschiedenen Merkmale in der zweiten Stufe des Saturn V sehen:

Quelle NASA

Quelle: https://www.hq.nasa.gov/pao/History/SP-4204/images/m406b.jpg

Wenn Sie die zusätzliche Komplexität, Steuerung, Treibstoff, Mechanismen und einfach nur Masse und Geld in Ihrer Rakete vermeiden möchten, können Sie es auf russische Weise tun. Schalten Sie einfach die nächste Stufe ein, während die vorherige noch Kraft aufbringt. Keine Füllstandsausrüstung erforderlich. Sie müssen jedoch irgendwo hinkommen, damit all das heiße Abgas (und seine Kraft) abfließen kann. Am einfachsten ist es, eine kleine Lücke zwischen den Stufen zu machen, damit Sie weniger Baba-Boom bekommen. Es hat auch den schönen Vorteil, dass die abgeschlossene Phase vom Schiff weg und zurück zum Planeten geschoben wird, was normalerweise das ist, was Sie wollen. Es könnte die Rakete höher machen, aber es hält die Masse und Komplexität niedrig, was normalerweise das ist, was Sie wollen.

Interessant. Aber ich frage mich: Schafft das nicht ein Timing-Problem? Zum Beispiel möchten Sie nicht den Motor der zweiten Stufe starten und dann den Motor der ersten Stufe noch länger drücken lassen, wodurch die zweite Stufe die ganze Zeit gegen den Tank der ersten Stufe feuert. Und wenn das kein Problem ist, frage ich mich, warum dieses Design nicht öfter verwendet wird, wenn es Masse und Komplexität reduziert.
Ah, diese verwandte Frage und ihre Antworten bieten mehr Kontext. Es gibt also ein Zeitfenster (Sojus: zwei Sekunden), aber es ist immer noch weniger komplex als die Verwendung von Freiraummotoren. Aber die Isolierung, die auf der vorherigen Stufe benötigt wird, kann den Massengewinn durch die ansonsten leichte Stufentrennstruktur tatsächlich ausgleichen und könnte auch den Luftwiderstand ein wenig erhöhen.
@DarkDust Guter Punkt. Ich denke, der beste Weg, diese ziemlich komplizierten Kompromisse zu betrachten, ist, dass die Designer manchmal ein Optimum finden, manchmal nicht. Manchmal wird die Designlösung durch Termindruck, Eigeninteressen (Politik) oder einfach durch das Weitergehen mit dem, was beim letzten Mal funktioniert hat, oder in einem Bodentest erreicht. Vor diesem Hintergrund müssen die tatsächlichen Fakten nicht zu einem schlüssigen Plan passen!
Sie könnten hinzufügen, dass dies als "Hot Staging" bezeichnet wird (Staging, während die darunter liegende Stufe noch angehängt ist).
Nur als Nachtrag: Das machen nicht nur die Russen; Der amerikanische Titan II macht dasselbe, er hat sichtbare Löcher auf etwa halber Höhe des Stapels . Hier ist ein Artikel.
Ich schlage vor, dass Sie Ihre „Sicherheitsgurt“-Analogie verdeutlichen, wenn Sie die Notwendigkeit von Freiraum beschreiben: Das Abschalten des Schubs ist NICHT wie das Anwenden der Bremsen. Es ist, als würde man das Auto auf "Neutral" stellen. An diesem Punkt ist die einzige Kraft (außer der Schwerkraft), die auf das Fahrzeug ausgeübt wird, die atmosphärische Reibung. Bei der N1 bin ich mir nicht sicher, aber bei einer Sojus-Inszenierung dieser Art passiert es erst über 100 km, lange nach Max Q. An diesem Punkt sollte die atmosphärische Reibung dem Fahrzeug nur eine geringe Beschleunigung verleihen.