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[话题讨论] 关于921火箭干质比和运力以及回收的讨论 (已修改)

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CDer:000691513
发表于 2020-12-17 10:44 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 zhuhao112 于 2020-12-17 16:39 编辑

传说中的载人登月火箭921目前还是挺神秘的。公开资料不多,具体叫什么也未知,只知道5米芯级芯级采用7台YF100K,二级两台YF100M,三级3台YF75D,设计高干质比,具备可回收潜力等。
我们大概估计一下921火箭到底有多少能力。
既然说设计考虑了高干质比,我们假设火箭干质比比之前的所以火箭都高些如下:
芯级      20(比不过猎鹰的变态,大概和老长2 系列一个水平)
芯二级  15
芯三级   6.5(介于长5二级和长3三级之间)
发动机性能我们按以下数据推算
YF100K  推力 128  海平面比冲300真空比冲330
YF100M  推力145  比冲350
YF75D    推力  9    比冲442
先看光杆版本:
芯级:   干重23.7吨   燃料450吨 燃烧时间158S
芯二级:干重15.7吨  燃料220吨燃烧时间265S
芯三级:干重5.5吨    燃料30吨燃烧时间491S
运力如下:
LEO(二级)24吨 GTO14吨 LTO9吨表现和现在长五基本一模一样。考虑到发动机数量,其综合使用成本应该会比长五低点。
CBC版:
LEO(二级半)60吨   GTO32吨 LTO24吨。这个运力应该足够两发载人登月了。
下面开始考虑回收版本:
可回收版本需要着陆支架其他组件,假设重量增加3吨则干质比减低为17.9,假设海上回收预留推进剂20吨,陆地回收预留推进剂40吨
海上回收:
LEO(二级)21吨 GTO13吨 LTO8.5吨运力损失还是不大的,特别是高轨运力,基本一致。
陆地回收:
LEO(二级)20吨 GTO12吨 LTO8吨运力损失也还可以,应该算可以接受的水平。
CBC版分为以下种状态讨论:
芯级不回收,助推海上回收;芯级助推器均海上回收;助推器陆地回收,芯级海上回收;全部陆地回收。
芯级不回收,助推海上回收:
LEO(二级)58吨 GTO31吨 LTO23.4可以说基本没有运力损失
芯级助推器均海上回收:
LEO(二级)55吨 GTO30.5吨 LTO22.5运力损失不大
助推器陆地回收,芯级海上回收:
LEO(二级)54吨 GTO30吨 LTO22运力损失也还行
全部陆地回收:
LEO(二级)52吨 GTO27吨 LTO20感觉也可以接受
结论就是,得益于较高的干质比,回收921的运力损失不大,完全可以实用化,特别是带三级的高轨任务,海上回收情况下损失非常小。
计算采用本人自制的火箭运力计算器:https://lt.cjdby.net/forum.php?mod=viewthread&tid=2673669&extra=
可能有误差,但是应该基本符合。
还有就是CBC版分离速度已经接近4MK/S了,芯级已经超过4KM/S,可能会对回收造成不少麻烦,毕竟FH的芯级回收也困难重重。至于光杆版,分离速度还不到2KM/S,回收难度应该不大
修改:
更具某些大神的回复,调整了一下数据
CBC版:
通用芯级:干质比14        干重45吨,燃料580吨,7台100K,平均比冲318,起飞推力128
芯二级:    干质比14        干重20吨,燃料250吨,2台100M,比冲350,推力145
芯三级:    干质比8          干重6.4吨,燃料45吨,3台75D,比冲442,推力9
最大起飞重量2200吨
LEO(二级版)70吨    GTO40吨  LTO29吨
光杆版:
芯级相同:干质比14        干重45吨, 燃料580吨,7台100K,平均比冲318,起飞推力128
芯二级:    干质比13        干重11.6吨  燃料140吨,1台100M,比冲350,推力145
LEO25吨   GTO5.2吨  LTO2吨
如果加上长五二级
GTO14吨  LTO9.5吨数据和长五一致




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CDer:001101507
发表于 2020-12-17 10:54 | 显示全部楼层
回收非常看重干质比,中国火箭都是求稳,材料设计也难到极限。
YF100K真的有深度节流能力吗?补燃煤油机会不会积碳?
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CDer:001129456
发表于 2020-12-17 10:55 超大游击队员 | 显示全部楼层
根本没有921
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CDer:000691513
 楼主| 发表于 2020-12-17 10:58 | 显示全部楼层

RE: 关于921火箭干质比和运力以及回收的讨论

QQ小冰 发表于 2020-12-17 10:54
回收非常看重干质比,中国火箭都是求稳,材料设计也难到极限。
YF100K真的有深度节流能力吗?补燃煤油机会 ...

节流还是有点难,按这个干质比,节流能力需要达到30%才能悬停。
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CDer:000172086
发表于 2020-12-17 11:01 | 显示全部楼层
现有资料cbc模式lto运力是27吨你计算的偏低啊。还有要是回收的话中心发动机要重新设计,现在的yf100k节流能力不行。
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发表于 2020-12-17 11:05 | 显示全部楼层

RE: 关于921火箭干质比和运力以及回收的讨论


是没有921火箭,921火箭只是网友们的叫法。921火箭十四五立项的话会给个正式编号。
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 楼主| 发表于 2020-12-17 11:05 | 显示全部楼层

RE: 关于921火箭干质比和运力以及回收的讨论

人在江湖 发表于 2020-12-17 11:01
现有资料cbc模式lto运力是27吨你计算的偏低啊。还有要是回收的话中心发动机要重新设计,现在的yf100k节流能 ...

我的LTO是按12500DV算的,标准LTO应该是12120,如果按12120算刚好27吨。如果按12120计算长五都有10.5吨左右
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 楼主| 发表于 2020-12-17 11:06 | 显示全部楼层

RE: 关于921火箭干质比和运力以及回收的讨论

人在江湖 发表于 2020-12-17 11:01
现有资料cbc模式lto运力是27吨你计算的偏低啊。还有要是回收的话中心发动机要重新设计,现在的yf100k节流能 ...

感觉可以类似长6X得出玩法,塞3台YF115进去,直接用YF115回收,不过这样又复杂了不少
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发表于 2020-12-17 11:12 | 显示全部楼层

RE: 关于921火箭干质比和运力以及回收的讨论

zhuhao112 发表于 2020-12-17 11:05
我的LTO是按12500DV算的,标准LTO应该是12120,如果按12120算刚好27吨。如果按12120计算长五都有10.5吨左 ...

受教了。航天版难得有兄弟这样用数据说话的人了。好多马屁精。
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发表于 2020-12-17 11:15 | 显示全部楼层
感觉干质比估的高了。YF100K比冲低了。

另外LTO25吨是921的最低限制。低于这个数应该是不合格。
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 楼主| 发表于 2020-12-17 11:19 | 显示全部楼层

RE: 关于921火箭干质比和运力以及回收的讨论

shengxiang 发表于 2020-12-17 11:15
感觉干质比估的高了。YF100K比冲低了。

另外LTO25吨是921的最低限制。低于这个数应该是不合格。

实际计算中我是按315的平均比冲计算的,应该差不多。
如果干质比达不到这个水平的话,LTO25吨就有点难了,一级干质比可以稍微低点,二级和三级低了运力掉的就有点厉害
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发表于 2020-12-17 12:40 | 显示全部楼层
本帖最后由 hsq0596 于 2020-12-17 12:43 编辑

芯一级20的干质比是楼主在想peach,已经确定一级没有共底设计,干质比能有15已经是烧高香了,三级干质比可以期待一下,7打底,可能有8.

楼主想定的三级太小了,比长五都小,根据现有文献,921三级应该是半人马座V级别的东西,共底设计。
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发表于 2020-12-17 12:52 超大游击队员 | 显示全部楼层
液发100k真空比冲至少也有和液发100一样有335。新载人三级比长五二级要大不少,如果三级用共底的话,由于规模大,干质比反而可能增高一点。如果氧箱不再悬挂,那用YF75D现在的状态真是蛋疼,喷管膨胀比太小了
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发表于 2020-12-17 12:57 超大游击队员 | 显示全部楼层
QQ小冰 发表于 2020-12-17 10:54
回收非常看重干质比,中国火箭都是求稳,材料设计也难到极限。
YF100K真的有深度节流能力吗?补燃煤油机会 ...

都塞七台了,也不需要发动机有啥节流能力了,只开中间那一台就可以。富氧补燃积碳极少。
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发表于 2020-12-17 12:58 | 显示全部楼层

RE: 关于921火箭干质比和运力以及回收的讨论

有旋流动 发表于 2020-12-17 12:57
都塞七台了,也不需要发动机有啥节流能力了,只开中间那一台就可以。富氧补燃积碳极少。

肯定会有节流能力,就算不考虑回收,一个CBC火箭难道芯一级要和助推一起关机吗?
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 楼主| 发表于 2020-12-17 13:02 | 显示全部楼层

RE: 关于921火箭干质比和运力以及回收的讨论

有旋流动 发表于 2020-12-17 12:52
液发100k真空比冲至少也有和液发100一样有335。新载人三级比长五二级要大不少,如果三级用共底的话,由于规 ...

不悬挂应该可以用75E,比冲大概多10
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发表于 2020-12-17 13:03 超大游击队员 | 显示全部楼层
一级干质比20根本不可能实现,也没必要实现。二级15咬咬牙真没准能实现,毕竟长七一级干质比也有12了,再努努力提一提没准能实现,但是提3难度也小不了。
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 楼主| 发表于 2020-12-17 13:04 | 显示全部楼层

RE: 关于921火箭干质比和运力以及回收的讨论

有旋流动 发表于 2020-12-17 12:57
都塞七台了,也不需要发动机有啥节流能力了,只开中间那一台就可以。富氧补燃积碳极少。

芯级干重大概只有27吨,加上剩余燃料大概也只有35吨左右,100K有128推力,还是太大
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 楼主| 发表于 2020-12-17 13:05 | 显示全部楼层

RE: 关于921火箭干质比和运力以及回收的讨论

有旋流动 发表于 2020-12-17 13:03
一级干质比20根本不可能实现,也没必要实现。二级15咬咬牙真没准能实现,毕竟长七一级干质比也有12了,再努 ...

如果不考虑回收,15的干质比和20运力没啥差距,影响非常小。
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发表于 2020-12-17 13:11 超大游击队员 | 显示全部楼层
人在江湖 发表于 2020-12-17 11:12
受教了。航天版难得有兄弟这样用数据说话的人了。好多马屁精。

航天这点好,飞行自主性特强,那就必须数学模型建的特完备。为了解决早期飞行计算机能力不足问题,又搞出很多的特别精确的简单近似公式。
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 楼主| 发表于 2020-12-17 13:11 | 显示全部楼层

RE: 关于921火箭干质比和运力以及回收的讨论

有旋流动 发表于 2020-12-17 12:52
液发100k真空比冲至少也有和液发100一样有335。新载人三级比长五二级要大不少,如果三级用共底的话,由于规 ...

把一级干质比降到15,二级减到14,三级用YF75E比冲452,燃烧时间增加到750S,干重6.5,燃料45,干质比7.9.这个情况不回收运力比主贴还高一点LTO可以到28吨,如果还是YF75D则25吨左右。
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发表于 2020-12-17 13:15 超大游击队员 | 显示全部楼层
zhuhao112 发表于 2020-12-17 11:19
实际计算中我是按315的平均比冲计算的,应该差不多。
如果干质比达不到这个水平的话,LTO25吨就有点难了 ...

你这加注量不大对,根据航天科技集团去年公布的预研验收数据,新载人火箭总重2200吨,你数据轻了好几百吨。老哥有空可以优化下取个什么各级质量分配更好,期待你的大作。
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发表于 2020-12-17 13:16 超大游击队员 | 显示全部楼层
hsq0596 发表于 2020-12-17 12:40
芯一级20的干质比是楼主在想peach,已经确定一级没有共底设计,干质比能有15已经是烧高香了,三级干质比可 ...

三级加注量我觉得至少有50吨,要不没必要搞三台YF75D
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发表于 2020-12-17 13:17 超大游击队员 | 显示全部楼层
hsq0596 发表于 2020-12-17 12:58
肯定会有节流能力,就算不考虑回收,一个CBC火箭难道芯一级要和助推一起关机吗?

从运力考虑,芯级肯定是要节流的
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 楼主| 发表于 2020-12-17 13:19 | 显示全部楼层

RE: 关于921火箭干质比和运力以及回收的讨论

有旋流动 发表于 2020-12-17 13:15
你这加注量不大对,根据航天科技集团去年公布的预研验收数据,新载人火箭总重2200吨,你数据轻了好几百吨 ...

看来我的芯级小了,有空再调整下看看
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发表于 2020-12-17 13:20 超大游击队员 | 显示全部楼层
zhuhao112 发表于 2020-12-17 13:02
不悬挂应该可以用75E,比冲大概多10

有数据吗?我就记得航科一院有一篇讨论长七高轨的文章提到过这个发动机。多10的话很好了。
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发表于 2020-12-17 13:21 超大游击队员 | 显示全部楼层
zhuhao112 发表于 2020-12-17 13:04
芯级干重大概只有27吨,加上剩余燃料大概也只有35吨左右,100K有128推力,还是太大

芯级我觉得不会这么轻的
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发表于 2020-12-17 13:26 超大游击队员 | 显示全部楼层
zhuhao112 发表于 2020-12-17 13:11
把一级干质比降到15,二级减到14,三级用YF75E比冲452,燃烧时间增加到750S,干重6.5,燃料45,干质比7.9 ...

我觉得一级干质比降到12-13更靠谱,长七一级大约12,新载人优化下能减重不少,但是毕竟七台发动机死重在那,能真正提高的数目我感觉并不会太大。二级14应该问题不大吧,那么大而且还共底。
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发表于 2020-12-17 13:28 超大游击队员 | 显示全部楼层
zhuhao112 发表于 2020-12-17 13:05
如果不考虑回收,15的干质比和20运力没啥差距,影响非常小。

考虑回收干质比搞到20还真很麻烦,对发动机节流能力挑战不小。我还是倾向于认为一级干质比12-13就够了,没必要太高。
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 楼主| 发表于 2020-12-17 13:29 | 显示全部楼层

RE: 关于921火箭干质比和运力以及回收的讨论

有旋流动 发表于 2020-12-17 13:16
三级加注量我觉得至少有50吨,要不没必要搞三台YF75D

芯级用3台75D加注45吨情况下已经可以烧750S了,也不少了。
如果加注50吨,燃烧时间可以超800S。
还有如果是CBC的起飞重量2200吨,光杆版好像飞都飞不起来,除非光杆减少加注且二级/三级都不一样。
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CDer:001163912
发表于 2020-12-17 13:30 | 显示全部楼层
光杆921 ,一级回收,在运力,成本上能否 抗衡 SpaceX的 F9?
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 楼主| 发表于 2020-12-17 13:35 | 显示全部楼层

RE: 关于921火箭干质比和运力以及回收的讨论

robertli0755 发表于 2020-12-17 13:30
光杆921 ,一级回收,在运力,成本上能否 抗衡 SpaceX的 F9?

运力上问题不大,且配三级情况下高轨吊打F9。成本嘛,低轨可能大差不错,高轨不配三级基本没法看,配了3级成本肯定高了。
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发表于 2020-12-17 13:36 | 显示全部楼层

RE: 关于921火箭干质比和运力以及回收的讨论

zhuhao112 发表于 2020-12-17 13:02
不悬挂应该可以用75E,比冲大概多10

三个75E应该放不下。两个应该没有问题。
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发表于 2020-12-17 14:25 超大游击队员 | 显示全部楼层
zhuhao112 发表于 2020-12-17 13:29
芯级用3台75D加注45吨情况下已经可以烧750S了,也不少了。
如果加注50吨,燃烧时间可以超800S。
还有如 ...

光杆肯定状态和CBC不一样,光杆芯二级肯定要变成一台YF100K高空版,三级可以考虑顶长五二级。
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发表于 2020-12-17 15:56 | 显示全部楼层

RE: 关于921火箭干质比和运力以及回收的讨论

有旋流动 发表于 2020-12-17 13:20
有数据吗?我就记得航科一院有一篇讨论长七高轨的文章提到过这个发动机。多10的话很好了。

就是加了个伸缩式的扩展喷管,面积拉到200,扩展喷管依靠主喷管排放冷却的液氢进行气膜冷却,兼具辐射冷却,比冲452s。
说实在的,75D沿用排放冷却喷管实在是白瞎了重新设计的泵长循环泵系,比冲比RL10差了一截。
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CDer:000338272
发表于 2020-12-17 15:58 | 显示全部楼层

RE: 关于921火箭干质比和运力以及回收的讨论

zhuhao112 发表于 2020-12-17 13:29
芯级用3台75D加注45吨情况下已经可以烧750S了,也不少了。
如果加注50吨,燃烧时间可以超800S。
还有如 ...

光杆版本二级本来就和CBC不一样,一个单发一个双发,而且光杆版本目前没有三级方案。
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 楼主| 发表于 2020-12-17 16:04 | 显示全部楼层

RE: 关于921火箭干质比和运力以及回收的讨论

hsq0596 发表于 2020-12-17 15:58
光杆版本二级本来就和CBC不一样,一个单发一个双发,而且光杆版本目前没有三级方案。

没有三级,那光杆就是一个近地专用,基本可以达到长5B的水平。
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CDer:000865569
发表于 2020-12-17 16:05 超大游击队员 | 显示全部楼层
zhuhao112 发表于 2020-12-17 13:11
把一级干质比降到15,二级减到14,三级用YF75E比冲452,燃烧时间增加到750S,干重6.5,燃料45,干质比7.9 ...

?YF75E又是什么型号??
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CDer:000691513
 楼主| 发表于 2020-12-17 16:40 | 显示全部楼层

RE: 关于921火箭干质比和运力以及回收的讨论 (已修改)

愚哉子安 发表于 2020-12-17 16:05
?YF75E又是什么型号??

YF75D增加喷口扩张比的改进版。之前看到资料说比冲可以增加10S
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CDer:000637816
发表于 2020-12-18 23:59 | 显示全部楼层

RE: 关于921火箭干质比和运力以及回收的讨论 (已修改)

921能回收》?
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