Rampa di lancio a vuoto

[+Benito+]

Un tubo di (ipotesi) 1 km, tappato ad una estremità con qualcosa che possa essere spaccato o che si apra in un tempo molto rapido.
Fondamentalmente a tenuta stagna.
Diciamo 10 metri di diametro.
L'altra estremità è la "culatta" di caricamento dell'oggetto da lanciare.

Si inserisce il veicolo, si sigilla e si fa il vuoto.

Si apre la culatta, la pressione atmosferica spara l'oggetto.

Con opportuni sistemi, è possibile sostenere il vuoto davanti all'oggetto, eventualmente è possbile incrementare la pressione dietro all'oggetto.

Se il tubo è verticale e l'oggetto un razzo da 100 tonnellate, con un "pistone" di 10 metri ed un Dp di 0.8 bar, alla partenza l'oggetto viene accelerato a 5,2 m/s^2. Dopo 19 secondi, il razzo ha percorso il km di rampa e viene espulso ad una velocità di oltre 300 km/h.

Non male.

[mortimer86]

Il "razzo" dovrebbe essere a tenuta stagna con le pareti del tubo o delle pompe svuotano l'aria mentre il razzo sale?

Nel primo caso i calcoli andrebbero rifatti tenendo conto dell'attrito.
Nel secondo andrebbe valutato se l'energia necessaria a mantenere il vuoto è inferiore a quella necessaria per lanciare l'oggetto tramite il semplice principio di azione-reazione; in questo caso sarà necessario anche un sistema di equilibratura per evitare che il razzo sbatta contro le pareti del tubo e per controllare la traiettoria una volta fuori dal tubo.

Cos'è un'idea per applicare il principio della posta pneumatica al trasporto di pacchi a lunga dstanza?:stordita:

[+Benito+]

No, il fatto è che se il sistema che fornisce una parte dell'energia è esterno al razzo, risparmi massa di combustibile, risparmi massa della struttura, aumenti il payload ed il costo economico di far andare una pompa da vuoto è probabilmente inferiore a fare qualche tonnellata di combustibile in più da infilare in un razzo.
Non è detto che sia il razzo a toccare il tubo, che opportunamente lubrificato può avere un attrito assai limitato con il dispositivo che è a tenuta.
Può essere realizzata una sorta di rampa di lancio che anzichè essere fissa a terra scorre insieme al veicolo per la prima parte del lancio e poi lo libera, da allora nulla cambia rispetto ad un lancio attuale, tranne che per velocità iniziale e traiettoria.
Se il tubo di lancio è ricavato un po' fuori terra ed un po' interrato, non mi sembra affatto una fesseria.

Il tubo sopra il dispositivo di spinta inizialmente è portato ad una pressione bassa, che aumenta mano a mano che il "pistone" definisce un volume minore, pertanto si possono fare due scelte:
- mantenerla inferiore alla pressione atmosferica mediante turbopompe
- lasciare che aumenti, almeno nella fase finale, in modo rendere più semplice la realizzazione della culatta superiore che deve aprirsi.

[Doraneko]

E se invece del sottovuoto si usasse la pressione dell'acqua?
http://s12.postimage.org/sq2ide8ct/Launcher.jpg
Il tubo è semi-sommerso, perciò una volta fatto saltare il tappo sotto, la pressione dell'acqua spingerebbe fuori dal tubo l'aria e il missile.Per fare tenuta per il missile si potrebbe usare lo stesso sistema che si usa nei proiettili perforanti (http://it.wikipedia.org/wiki/Armour-Piercing_Fin-Stabilized_Discarding_Sabot).
Giocando sulla profondità del tubo e/o sul suo diametro si otterrebbero risultati diversi.
Tra l'altro, se mettere il tappo là sotto si rivelasse sconveniente, si potrebbe metterlo anche all'estremità superiore, così può essere fatto saltare via in modo che i pezzi non colpiscano il missile.
Mettendo il tappo sotto però si avrebbe il vantaggio di poter addirittura pressurizzare il tubo, in modo da poter amplificare l'effetto della pressione dell'acqua.

[+Benito+]

l'acqua è un'idea, anche se essendo molto più densa dell'aria la perdita di carico per l'ingresso nel condotto è molto elevata e si mangia buona parte della pressione utile.

[Doraneko]

l'acqua è un'idea, anche se essendo molto più densa dell'aria la perdita di carico per l'ingresso nel condotto è molto elevata e si mangia buona parte della pressione utile.

Il fatto è che utilizzare l'acqua mi sembra l'unico modo fattibile.
Con l'acqua o con il vuoto come dici tu,alla fine stiamo parlando di un cannone:un tubo con dentro un proiettile che viene spinto dalla pressione.
Normalmente,la pressione davanti al proiettile è uguale alla pressione atmosferica,perciò basta avere la pressione maggiore dietro al proiettile.Come dici tu invece bisogna lavorare per avere meno pressione nel tubo davanti al proiettile.Tieni conto che nel tuo caso il missile all'interno del tubo sta viaggiando contro un corpo solido (il tappo) e che nel momento in cui quest'ultimo dovesse venir tolto,il missile rallenterebbe per l'aria in ingresso dalla parte superiore.
Bisognerebbe inoltre vedere in quanto spazio/tempo il missile dissiperebbe l'energia cinetica acquisita,visto che nel tubo si muove agevolmente grazie al sottovuoto ma una volta uscito c'è l'attrito dell'aria.

[+Benito+]

sono considerazioni che non sono rilevanti: l'energia acquisita non viene certo dissipata, viene fornita dall'esterno e non dal motore del razzo.

mentre il razzo sale, al massimo accelera con accelerazione decrescente, non decelera, sempre che sopra di esso venga mantenuta una pressione inferiore a quella atmosferica. Nel momento in cui si trova di fronte la pressione atmosferica, i motori devono già essere accesi.

[Doraneko]

sono considerazioni che non sono rilevanti: l'energia acquisita non viene certo dissipata, viene fornita dall'esterno e non dal motore del razzo.

mentre il razzo sale, al massimo accelera con accelerazione decrescente, non decelera, sempre che sopra di esso venga mantenuta una pressione inferiore a quella atmosferica. Nel momento in cui si trova di fronte la pressione atmosferica, i motori devono già essere accesi.

Non saprei, teoricamente sembra funzionare ma all'atto pratico mi sembra macchinosa.
A sto punto, se si volesse lanciare un missile utilizzando un principio simile a quello del cannone, lo si potrebbe fare cercando di sfruttare in qualche modo l'enorme pressione che comunque viene prodotta (e poi dispersa) dai motori del missile.

[+Benito+]

non hai capito, il tutto serve per fornire energia dall'esterno, per risparmiare sulla massa del vettore. Non puoi certo "sparare" il razzo facendo esplodere una carica nel tubo, le struttura dovrebbe essere talmente robusta da pesare un fottio se no quello ti si accartoccia.

[Athlon]

basta fare una carica propulsiva che anziche' espodere brucia lentamente.


Comunque esperimenti di questo tipo sono stati fatti dai tedeschi durante la guerra per il progetto del cannone V3 , successore delle bombe V1 e V2 .

A livello tecnico non si e' mai riusciti a risolvere l'attrito tra il mezzo e le pareti del tubo , motivo per cui oggi si usano i booster , oppure si usa l'aviolancio per mezzi simili al vettore Pegasus

[Bounty_]

Non puoi certo "sparare" il razzo facendo esplodere una carica nel tubo, le struttura dovrebbe essere talmente robusta da pesare un fottio se no quello ti si accartoccia.
Invece sì che si possono sparare i razzi senza irrobustire la loro struttura,
basta solo un piatto d'acciaio (questo sì robusto) tra la carica di lancio ed il razzo.

basta fare una carica propulsiva che anziche' espodere brucia lentamente.
In effetti le cariche da lancio sono proprio così, e con una canna da "1 Km"
è proprio quello che serve.

Il "razzo" dovrebbe essere a tenuta stagna con le pareti del tubo o delle pompe svuotano l'aria mentre il razzo sale?
si possono fare due scelte:
- mantenerla inferiore alla pressione atmosferica mediante turbopompe
- lasciare che aumenti, almeno nella fase finale, in modo rendere più semplice la realizzazione della culatta superiore che deve aprirsi.
Basta che fai il piatto d'acciaio a tenuta stagna, e il vuoto davanti lo fai con delle pompe
abbondantemente prima del lancio; alla fine del tubo ci metti un diaframma che al momento del lancio fai saltare
con delle cariche che sbriciolano il diaframma un'attimo prima che passi il razzo. (mi pare che alcune basi di lancio
di missili intercontinentali funzionassero così)


Un tubo di (ipotesi) 1 km, tappato ad una estremità con qualcosa che possa essere spaccato o che si apra in un tempo molto rapido.
Fondamentalmente a tenuta stagna.
Diciamo 10 metri di diametro.
L'altra estremità è la "culatta" di caricamento dell'oggetto da lanciare.

Si inserisce il veicolo, si sigilla e si fa il vuoto.

Si apre la culatta, la pressione atmosferica spara l'oggetto.

Con opportuni sistemi, è possibile sostenere il vuoto davanti all'oggetto, eventualmente è possbile incrementare la pressione dietro all'oggetto.

Se il tubo è verticale e l'oggetto un razzo da 100 tonnellate, con un "pistone" di 10 metri ed un Dp di 0.8 bar, alla partenza l'oggetto viene accelerato a 5,2 m/s^2. Dopo 19 secondi, il razzo ha percorso il km di rampa e viene espulso ad una velocità di oltre 300 km/h.

Non male.

Beh, o ci metti una vera carica di lancio e ottieni qualcosa di più dei 300 Km/h cioe ad esempio:
http://it.wikipedia.org/wiki/M1_Garand
velocità alla volata 865 m/s = 3114 Km/h
http://en.wikipedia.org/wiki/Project_HARP
3600 m/s = 12960 Km/h
e l'ideale sarebbe: the 9,000 m/s delta-v required to reach Low Earth Orbit)
9000 m/s = 32400 Km/h necessari per mettere un satellite in orbita bassa,

oppure

resta una bella giostra da Disneyworld.
Se poi il razzo non lo pensi per usi orbitali/spaziali, mi profondo in ampie scuse.

Parlando di razzi sarebbe meglio parlare in m/s o meglio ancora in Km/s invece che in Km/h ,
visto che:
http://en.wikipedia.org/wiki/Delta-v_budget
http://it.wikipedia.org/wiki/Velocit%C3%A0_di_fuga



----------------------Letture consigliate-------------------------

http://en.wikipedia.org/wiki/Project_Orion_%28nuclear_propulsion%29
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/76/ProjectOrionConfiguration.png/800px-ProjectOrionConfiguration.png
Il piatto d'acciaio di cui parlo sopra nella foto è indicato come: "PUSHER"

http://en.wikipedia.org/wiki/Project_HARP

La seguente è una sorta di cerbottana, simile nel concetto a quello che dici tu ma un po'
diversa e con incoraggianti risultati:
http://en.wikipedia.org/wiki/Super_High_Altitude_Research_Project
7000 m/s = 25200 Km/h

Ciao :)

[Bounty_]

sbagliato scusate

[+Benito+]

resta il fatto che i primi secondi dal lancio sono quelli a minore efficienza dei motori, a causa del delta V tendente a infinito tra i gas espulsi ed il veicolo.
Il discorso del piatto d'acciaio è vero ben poco, quello che conta è l'accelerazione per cui è dimensionata la struttura indipendentemente da cosa c'è sotto.

[Bounty_]

Il discorso del piatto d'acciaio è vero ben poco, quello che conta è l'accelerazione per cui è dimensionata la struttura indipendentemente da cosa c'è sotto.

Beh, se non ci metti degli esseri umani o altri vertebrati e devi solo lanciare
strumentazione anche le normali strutture dei razzi reggono anche
l'accellerazione di un cannone senza modifiche, eccetto che per il piatto.
Tieni conto che come suggerito prima, le cariche da lancio non esplodono
affatto alla velocità di una carica da demolizione, ma bruciano più lentamente,
oppure se c'è il sistema pseudo cerbottana di:
http://en.wikipedia.org/wiki/Super_High_Altitude_Research_Project

"
basta fare una carica propulsiva che anziche' espodere brucia lentamente.
In effetti le cariche da lancio sono proprio così, e con una canna da "1 Km"
è proprio quello che serve.
"

Se invece si deve lanciare veicolo con persone a bordo; solo la propulsione a
razzo consente una graduale (9-12g (http://it.wikipedia.org/wiki/Accelerazione_di_gravit%C3%A0) :D ) accellerazione che permetta agli
umani di sopravvivere, non di certo un cannone la cui accellerazione si misura in
decine di g (http://it.wikipedia.org/wiki/Accelerazione_di_gravit%C3%A0).
Una propulsione con un razzo intubato in un tubo chiuso ad un'estremità e il
vuoto di fronte, non sò come accellerazione come si collocherebbe tra i due casi,
in quanto il tubo chiuso da un lato e il vuoto davanti sicuramente gioverebbero all'accellerazione.

Ciao :)

[!fazz]

E se invece del sottovuoto si usasse la pressione dell'acqua?
http://s12.postimage.org/sq2ide8ct/Launcher.jpg
Il tubo è semi-sommerso, perciò una volta fatto saltare il tappo sotto, la pressione dell'acqua spingerebbe fuori dal tubo l'aria e il missile.Per fare tenuta per il missile si potrebbe usare lo stesso sistema che si usa nei proiettili perforanti (http://it.wikipedia.org/wiki/Armour-Piercing_Fin-Stabilized_Discarding_Sabot).
Giocando sulla profondità del tubo e/o sul suo diametro si otterrebbero risultati diversi.
Tra l'altro, se mettere il tappo là sotto si rivelasse sconveniente, si potrebbe metterlo anche all'estremità superiore, così può essere fatto saltare via in modo che i pezzi non colpiscano il missile.
Mettendo il tappo sotto però si avrebbe il vantaggio di poter addirittura pressurizzare il tubo, in modo da poter amplificare l'effetto della pressione dell'acqua.

beh un sistema simile è in uso da anni sugli ssbn che anche se non arrivano in orbita poco ci manca ma in quel caso l'acqua è quasi deleteria ovvero lanciano il missile in una bolla di gas per evitare il contatto con l'acqua mentre il missile sale propulso dai suoi motori (comunque anche in quel caso c'è un sistema di tenuta che funziona piuttosto bene visto che la fase iniziale della propulsione è data da gas o aria compressa che spinge questo bestione da oltre 2 metri di diametro e 60 ton a distanza di sicurezza dal vascello prima dell'accensione del primo stadio a propellente solido.

ma se dovessi progettare un sistema del genere io lo farei completamente sottovuoto (per eliminare gli attriti) e propulso da un motore lineare tipo railgun bypassando in questo modo tutti i problemi dati dagli attriti della guarnizione di tenuta con l'energia necessaria accumulata da una batteria di fes collegati a una serie di smes per fare accumulo e scarica

[+Benito+]

"completamente sottovuoto" cozza con la realtà, e non elimini certo gli attriti, visto che agisce come un pistone non hai attrito aerodinamico in ogni caso perchè non hai flusos d'aria attorno all'oggetto. Quelli della tenuta non risentono della pressione, in prima battuta.
Quello che avviene è che per bassa che sia la pressione sopra ci sono limiti dati dl fatto che mentre il coso sale, comprime l'aria sopra, a meno di non usare contemporaneamente turbopompe da vuoto.

[!fazz]

"completamente sottovuoto" cozza con la realtà, e non elimini certo gli attriti, visto che agisce come un pistone non hai attrito aerodinamico in ogni caso perchè non hai flusos d'aria attorno all'oggetto. Quelli della tenuta non risentono della pressione, in prima battuta.
Quello che avviene è che per bassa che sia la pressione sopra ci sono limiti dati dl fatto che mentre il coso sale, comprime l'aria sopra, a meno di non usare contemporaneamente turbopompe da vuoto.

aspe, mi sa che non ci siamo capiti,

io intendo un tubo in cui viene fatto il vuoto e in cui si muove il payload, non come un pistone ma propulso lui stesso dal motore lineare, per farti capire anche se il principio è diverso,( immagina un treno maglev in verticale in un tubo sotto vuoto) con un sistema del genere devi tenere conto degli attriti perchè il payload si muove in un fluido e non esiste una guarnizione, una roba come questa ma sotto vuoto

http://static.ddmcdn.com/gif/railgun-8.gif

[Bounty_]

Ottima idea !fazz.

Ricordandosi che per andare in orbita, bisogna accellerare ad una certa velocità
di moto circolare ed andare un po' in alto (è più importante la velocità piuttosto che l'altezza),
visto che la velocità minima è 9,3 - 10 Km/s
http://en.wikipedia.org/wiki/Delta-v_budget
mi domandavo quanto si surriscaldassero mezzi tipo:
http://en.wikipedia.org/wiki/Scaled_Composites_SpaceShipOne
http://it.wikipedia.org/wiki/Lockheed_SR-71
http://en.wikipedia.org/wiki/NASA_X-43


Quì ho trovato una parziale risposta:
http://www.thenakedscientists.com/HTML/content/qotw/question/3046/
Dicono più o meno che per un aereo che voli a 10 Km di altezza la temperatura che incontra è:
http://operaez.net/mimetex/T=%5C%20%5Cfrac%7B%5Cleft%28t+273,15%5Cright%29%20%5Ccdot%2010%7D%7B7%7D%20%20%5Ccdot%20v-273,15
T in °C
t = temperatura al suolo in °C
v = velocità aereo in mach

Quindi un veivolo-spaziale che voglia accellerare, quando raggiunge la velocità di 10Km/s
all'altitudine di 10 Km
quando la temperatura al suolo è di 25 °C e la velocità del suono (http://en.wikipedia.org/wiki/Speed_of_sound) è di 346,13 m/s
incontrerà una temperatura di: 12032,3 °C
|
Ok che quella velocità la raggiungerà ad un'altitudine molto maggiore di 10 km
dove c'è un'aria più rarefatta, ma credo che comunque rischi di scaldarsi troppo.

Quanto esattamente ?

Come viene affrontato e risolto normalmente il problema nei veicoli spaziali ?

Attenzione che parlo di riscaldamento per attrito con l'atmosfera, ma nella fase di uscita dall'atmosfera.

-----------------------------------------AGGIUNTA-------------------------------------------------------------------------

Secondo questo sito: http://www.digitaldutch.com/atmoscalc/
a 10 Km di altitudine c'è una pressione di: 0,260906 atm
a 25,9 Km di altitudine c'è una pressione di: 0,021578 atm (dove vola il blackbird (http://en.wikipedia.org/wiki/Lockheed_SR-71_Blackbird))
penso si possa adattare la formula di cui sopra così:
http://operaez.net/mimetex/T=%5C%20%5Cfrac%7B%5Cleft%28t+273,15%5Cright%29%20%5Ccdot%2010%7D%7B7%7D%20%20%5Ccdot%20v%20%5Ccdot%20%20%5Cfrac%7Bp%7D%7B0,26096%7D%20-273,15
con p=pressione atmosferica (in atm) alla quota di volo ricavabile da: http://www.digitaldutch.com/atmoscalc/

Con questa correzione, mi viene una temperatura da attrito di 915,2 °C
certo non freddo ma neanche la supertemperatura di cui sopra.

Comunque i quesiti restano:

Quindi un veivolo-spaziale che voglia accellerare, quando raggiunge la velocità di 10Km/s
all'altitudine di 25,9 Km
quando la temperatura al suolo è di 25 °C e la velocità del suono (http://en.wikipedia.org/wiki/Speed_of_sound) è di 296,428 m/s
incontrerà una temperatura di: 915,2 °C
credo che rischi di scaldarsi troppo.

Quanto esattamente ?

Come viene affrontato e risolto normalmente il problema nei veicoli spaziali ?

Attenzione che parlo di riscaldamento per attrito con l'atmosfera, ma nella fase di uscita dall'atmosfera.


Ciao :)

[+Benito+]

temo che in quei calcoli non venga considerato il fatto (fondamentale) che l'attrito genera calore, ma il calore viene asportato dal fluido stesso che lambisce il veicolo.