Время работы ракетных двигателей

Твердотопливные ракетные двигатели

История твердотопливных двигателей

Первой работой КБ «Южное» в области создания твердотопливных ракетных двигателей (РДТТ) является начатая в 1963 г. опытно-конструкторская разработка маршевого РДТТ первой ступени 15Д15 для комбинированной ракеты 8К99.

Первый пуск двигателя был проведен в апреле 1965 г.

Однако в октябре 1969 г., несмотря на серию полностью успешных пусков ракеты 8К99, ее разработка была прекращена. Опыт создания РДТТ позволил выработать новые прогрессивные подходы к определению наиболее оптимального облика будущих маршевых РДТТ.

В 1969 г. в КБ «Южное» была начата разработка МБР 15Ж43 и, в том числе, РДТТ первой ступени – 15Д122.

При создании двигателя был предложен ряд прогрессивных решений:

• комбинированный корпус со стеклопластиковой трубой продольно-поперечной намотки и металлическими днищами;
• моноблочный заряд из смесевого твердого топлива на основе бутилового каучука, прочноскрепленный с корпусом;
• центральное частично утопленное в камеру сгорания стационарное сопло с системой управления вектором тяги вдувом горячего камерного газа в утопленную сверхзвуковую часть сопла.

Проведенные огневые испытания двигателя 15Д122 подтвердили его работоспособность и требуемые характеристики системы управления вектором тяги на основе «горячего» вдува.

В этот период в КБ были разработаны управляющие твердотопливные двигатели для разведения космических объектов с увеличенным временем работы и управляющими усилиями (15Д161, 15Д171, 15Д221). В двигателях использовались заряды торцевого горения из безметального смесевого топлива с оригинальной конструкцией скрепления с корпусом и уникальной конструкцией уплотнения в подшипниках вращающихся сопел.

Следующей работой КБ «Южное» по созданию РДТТ стала разработка маршевого двигателя 3Д65 для первой ступени ракеты морского базирования 3М65 (разработки конструкторского бюро им. Макеева), в конструкции которого были применены самые передовые инженерные решения:

• цельномотанный корпус типа «кокон» с силовой оболочкой из высокопрочного органоволокна и закладными элементами из титанового сплава;
• прочноскрепленный с корпусом заряд из высокоэнергетического смесевого топлива на основе бутилкаучука;
• стационарное сопло с системой управления вектором тяги по трем каналам на основе «горячего» вдува;
• ряд конструкторских решений, обусловленных спецификой применения двигателя в составе ракеты морского базирования (старт, как из надводного, так и подводного положения).

В 1982 г. двигатель 3Д65 был допущен к серийному производству.

В середине 1970-х годов КБ «Южное» приступило к разработке маршевых РДТТ первой ступени – 15Д206 и второй ступени – 15Д207 для шахтной МБР 15Ж44 и мобильной МБР 15Ж52.

С целью сокращения объема и сроков экспериментальной отработки двигатель 15Д206 был спроектирован как полный аналог двигателя 3Д65, изменения состояли в повышении уровня расходно-тяговых характеристик, увеличении диаметра критического сечения и величины давления в камере сгорания.

При разработке двигателя 15Д207 были применены следующие новые технические решения:

• стационарное сопло с выдвижным высотным насадком;
• углерод-углеродные композиционные материалы для вкладыша критического сечения;
• рецептуры топлива с повышенным уровнем энергетических характеристик;
• моноблочный заряд с высоким коэффициентом заполнения камеры сгорания.

Наземная отработка двигателей была начата в 1979 г.

Однако в 1983 г. было принято решение о прекращении разработки ракет 15Ж44 и 15Ж52 и о создании на их базе МБР 15Ж60 и 15Ж61 с улучшенными тактико-техническими характеристиками и повышенным уровнем стойкости к поражающим факторам ядерного оружия.

Для мобильных ракет 15Ж61 был создан новый двигатель второй ступени – 15Д290, улучшенные характеристики которого были получены за счет применения нового высокоэнергетического смесевого топлива и внедрения ряда конструкторских решений, повышающих стойкость двигателя к воздействию поражающих факторов ядерного оружия.

Для ракеты 15Ж60 предъявленные требования к маршевым РДТТ первой и второй ступеней привели к необходимости создания принципиально нового двигателя первой ступени и модернизации двигателя второй ступени (15Д305 и 15Д339 соответственно).

При разработке двигателя 15Д305 были заложены следующие уникальные решения:

• высокоэнергетическое топливо на основе октогена;
• корпус типа «кокон»;
• центральное поворотное сопло на эластичном опорном шарнире с моноблочным вкладышем критического сечения из объемно-армированного углерод-углеродного материала.

Для двигателя 15Д339 было создано многофункциональное покрытие, защищающее корпус от всех поражающих факторов ядерного оружия, а также улучшено массовое совершенство конструкции и повышена эрозионная стойкость сопла.

В результате проведенных работ в 1986-1988 гг. была завершена отработка РДТТ 15Д290, 15Д305 и 15Д339 и начато их серийное производство.

В 1988 г. КБ «Южное» была поручена разработка двигательной установки первой ступени (15Д365) МБР 15Ж65.

Особенностями конструкции двигателя 15Д365 являются:

• моноблочный заряд с поворотным управляющим соплом на эластичном опорном шарнире, с качанием по круговой диаграмме;
• органопластиковый корпус типа «кокон»;
• прочноскрепленный заряд из смесевого топлива, на основе октогена.

Было проведено пять огневых испытаний с выпуском заключения о допуске двигателя 15Д365 к летным испытаниям. Однако из-за распада СССР все работы по теме в КБ «Южное» были прекращены.

Наряду с маршевыми и управляющими РДТТ в КБ «Южное» разработана большая группа (82 типа) малогабаритных твердотопливных двигателей, аккумуляторов давления и газогенераторов.

С их помощью решен широкий круг технических задач:

• минометный старт ракеты;
• минометное разделение ступеней ракеты;
• заклон ракеты при минометном старте;
• изменение геометрии надувного наконечника головного обтекателя;
• увеличение высотности сопла маршевого двигателя;
• отделение и увод с траектории ракеты различных объектов;
• управление полетом частей ракеты;
• выброс с ракеты объектов и обеспечение их полета с заданной скоростью;
• стабилизация объектов вращением.

Многолетний опыт успешной эксплуатации ракет подтвердил высокую надежность и высокую стойкость разработанных РДТТ к воздействию внешних эксплуатационных факторов.

Время работы ракетных двигателей

• О Фонде
• Органы управления
  • Правление
  • Попечительский совет
  • Научно-технический совет
• Лаборатории
• Центры
• Документы
• Противодействие коррупции

• Направления
• Предложить проект
• Вакансии
• Партнеры

• Проекты

• Конкурсы

• Контакты

• Пресс-центр

• О Фонде
  • Цели и задачи
  • Органы управления
    • Генеральный директор
    • Правление
    • Попечительский совет
    • Научно-технический совет
  • Лаборатории
  • Центры
  • Документы
  • Противодействие коррупции
• Проекты
  • Все проекты
  • Физико-технические исследования
  • Химико-биологические
    и медицинские исследования
  • Информационные исследования
• Конкурсы
  • Все
  • Завершенные
• Сотрудничество
  • Направления
  • Предложить проект
  • Вакансии
  • Партнеры
• Пресс-центр
  • Новости Фонда
  • СМИ о нас
  • События
• Контакты

  Проезд от ст. м. «Киевская»
  автобусы №7, 17, 34 до остановки
  «Патентное ведомство»

  • Цели и задачи
  • Органы управления
  • Лаборатории
  • Центры
  • Документы
  • Противодействие коррупции

  Совместный проект Фонда перспективных исследований и АО «НПО Энергомаш имени академика В.П.Глушко»

  Лаборатория «Детонационные ЖРД» создана Фондом перспективных исследований в 2014 году на базе АО «НПО Энергомаш».

  АО «НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко» – ведущее российское предприятие по разработке мощных жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Ракетные двигатели, разработанные в НПО Энергомаш, вывели и выводят в космос практически все отечественные космические аппараты. В их числе – первый искусственный спутник Земли, первый космический корабль с человеком на борту, орбитальная станция «Мир» и космический корабль «Буран».

  В НПО Энергомаш созданы самые мощные в мире жидкостные ракетные двигатели РД-170 и РД-171 для ракет-носителей «Энергия» и «Зенит», двигатели РД-264 и РД-268 для боевых ракет Р-36М и МР-УР-100, двигатель РД-180 для американских ракет-носителей «Атлас III» и «Атлас-V», двигатель РД-191 для семейства российских ракет-носителей «Ангара».

  Огромный опыт создания жидкостных ракетных двигателей и владение уникальными технологиями обеспечили основу сотрудничества предприятия с авиакосмическими организациями и компаниями всего мира.

  Работа лаборатории «Детонационные ЖРД» ведётся в кооперации с ФГБОУ ВПО МАИ (НИУ) и ФГБОУ ИГиЛ СО РАН, в рамках этой работы создан и успешно испытан демонстратор жидкостного ракетного двигателя, работающего в режиме непрерывной спиновой детонации. В ходе реализации данного проекта изучены возможности повышения тягово-экономических характеристик двигателя путем организации детонационного горения, а также способы обеспечения работоспособности конструкции двигателя при высочайших температурах и параметрах давления внутри камеры сгорания, возникающих при работе в детонационном режиме при отсутствии охлаждения пристеночного слоя.

  Новизна данных исследований определена применением принципиально новых способов организации рабочего процесса в камере сгорания жидкостного ракетного двигателя и использованием для создания его конструкции не имеющих аналогов высокотемпературных теплозащитных покрытий со специфическими свойствами. Эти покрытия позволяют обеспечить работоспособность стенки камеры сгорания без системы охлаждения в течение заданного времени. Более того исследования позволят получить понимание о возможностях и пределах детонации топливной пары кислород-керосин.

  Особое место в проекте было отведено исследованиям процесса смесеобразования топлива и поиску новых подходов в конструкции смесительных головок, позволяющих получать капли топливной смеси необходимого размера, состава и концентрации.

  В результате реализации проекта создан демонстратор нового ракетного двигателя, который ляжет в основу нового класса ракет-носителей. Кроме того, в ходе реализации проекта разработан ряд уникальных технологий, математических моделей и программных продуктов, которые могут быть использованы для других перспективных работ.

  В настоящее время в составе лаборатории работают девять человек. Это ведущие сотрудники конструкторского бюро АО «НПО Энергомаш», которые имеют уникальный опыт расчетов и разработки конструкций ЖРД, а также проведения научно-исследовательских работ в области создания перспективных инновационных ракетных двигателей.

  США отказались от покупок российских ракетных двигателей

  

  США больше не будут покупать у России двигатели РД-180 для ракет Atlas V. Об этом сообщил исполнительный директор компании United Launch Alliance (ULA) Тори Бруно, передает The Verge.

  Продажа ракет Atlas V также остановлена. «На этом все. Все они (ракеты) проданы», — заявил Бруно.

  

  Atlas V полностью выведут из эксплуатации к середине 2020-х годов, перед этим ULA, альянс корпораций Boeing и Lockheed Martin, запланировал еще 29 запусков. Оставшиеся пуски будут проведены в интересах Минобороны США, NASA и Amazon и других неназванных коммерческих заказчиков,.

  Три или четыре двигателя РД-180 сейчас установлены на ракетах Atlas V для предстоящих миссий, еще часть находится на складе. «Мы заблаговременно закупили РД-180, так что я могу прекратить эти отношения [с Россией] и не зависеть [от нее], как просил нас конгресс», — пояснил Бруно.

  Как отмечает издание, всего США купили 122 двигателя РД-180. Последние шесть двигателей американская сторона приобрела в апреле.

  Вместо ракет с российскими двигателями ULA будет использовать для миссий Пентагона более дешевые Vulcan Centaur с двигателями BE-4, которые разрабатывает Blue Origin Джеффа Безоса. Он работает на кислороде и метане.

  

  Последнее время, пишет The Verge, Space X подорвала монополию ULA на государственные контракты на запуски. У компании Илона Маска есть многоразовая ракета Falcon 9, более дешевая, чем Atlas V. ULA снизила стоимость миссий Atlas V с примерно $187 млн до примерно $100 млн из-за усиления конкуренции, но так и не приблизилась к стартовой цене Falcon 9, составляющей около $62 млн. В прошлом году Космические силы США выделили ULA и SpaceX миллиарды долларов на запуск от 30 до 35 миссий для Пентагона в период с 2022 по 2027 год, причем ULA получает 60% рабочей нагрузки, а SpaceX — остальную долю.

  Российские ракетные двигатели РД-180 собирали по заказу США на НПО «Энергомаш» (входит в состав госкорпорации «Роскосмос»). В 2014 году РД-180 попали под санкции США — в апреле американский суд по федеральным искам запретил ULA производить какие-либо покупки или платежи с «Энергомашем». Однако в мае того же года Вашингтон отменил запрет. В сентябре 2017 года газета The Wall Street Journal сообщала, что из-за отсутствия аналогов Пентагон не сможет отказаться от импорта двигателей РД-180 как минимум до 2025 года.

  Однако уже в октябре 2017 года компания Blue Origin провела первые огневые испытания двигателя BE-4. В сентябре 2018-го предприятие Безоса договорилось о поставке двигателя подрядчику NASA. По сообщению The Verge, поставки первых готовых к полетам двигателей ожидаются к концу 2021 года. Генерал Джейсон Котерн, заместитель командующего ракетным подразделением Космических сил, уточнил, что если поставки сорвутся, часть рабочей нагрузки Vulcan Пентагон может отдать SpaceX.

  Замглавы комитета Совета Федерации по международным делам Владимир Джабаров говорил, что отказ США от РД-180 не приведет к «катастрофическим» последствиям для России. Первый замгендиректора «Роскосмоса» по экономике и финансам Максим Овчинников в то же время сообщил, что продажа в США двигателей РД-180/РД-181 составляла около трети общей выручки предприятия. Без нее «Энергомаш» потеряет от 10 млрд до 13 млрд руб. годовой прибыли, говорил он. «Понятно, что это [прекращение поставок ракетных двигателей] для «Энергомаша» будет достаточно знаковая потеря в экономике, но тем не менее мы прорабатываем отдельные варианты поставок этой продукции другим заказчикам и будем делать все, чтобы уходить от прямой зависимости только от одного-двух-трех заказчиков на этом рынке», — сказал Овчинников.

  Термодинамика

  Новая физическая идея — использование детонационного горения вместо обычного, дефлаграционного — позволяет радикально улучшить характеристики реактивного двигателя.

  Говоря о космических программах, мы в первую очередь думаем о мощных ракетах, которые выводят на орбиту космические корабли. Сердце ракеты-носителя — ее двигатели, создающие реактивную тягу. Ракетный двигатель — это сложнейшее энергопреобразующее устройство, во многом напоминающее живой организм со своим характером и манерами поведения, которое создается поколениями ученых и инженеров. Поэтому изменить что-то в работающей машине практически невозможно: ракетчики говорят: «Не мешай машине работать. » Такой консерватизм, хотя он многократно оправдан практикой космических пусков, все же тормозит ракетно-космическое двигателестроение — одну из самых наукоемких областей деятельности человека. Необходимость изменений назрела уже давно: для решения целого ряда задач нужны существенно более энергоэффективные двигатели, чем те, которые эксплуатируются сегодня и которые по своему совершенству достигли предела.

  Нужны новые идеи, новые физические принципы. Ниже речь пойдет именно о такой идее и о ее воплощении в демонстрационном образце ракетного двигателя нового типа.

  Дефлаграция и детонация

  В большинстве существующих ракетных двигателей химическая энергия горючего преобразуется в тепло и механическую работу за счет медленного (дозвукового) горения — дефлаграции — при практически постоянном давлении: P=const . Однако, кроме дефлаграции, известен и другой режим горения — детонация. При детонации химическая реакция окисления горючего протекает в режиме самовоспламенения при высоких значениях температуры и давления за сильной ударной волной, бегущей с высокой сверхзвуковой скоростью. Если при дефлаграции углеводородного горючего мощность тепловыделения с единицы площади поверхности фронта реакции составляет

  1 МВт/м2, то мощность тепловыделения в детонационном фронте на три-четыре порядка выше и может достигать 10000 МВт/м2 (выше мощности излучения с поверхности Солнца!). Кроме того, в отличие от продуктов медленного горения, продукты детонации обладают огромной кинетической энергией: скорость продуктов детонации в

  20-25 раз выше скорости продуктов медленного горения. Возникают вопросы: нельзя ли в ракетном двигателе вместо дефлаграции использовать детонацию и приведет ли замена режима горения к повышению энергоэффективности двигателя?

  Приведем простой пример, который иллюстрирует преимущества детонационного горения в ракетном двигателе над дефлаграционным. Рассмотрим три одинаковых камеры сгорания (КС) в виде трубы с одним закрытым и другим открытым концом, которые заполнены одинаковой горючей смесью при одинаковых условиях и поставлены закрытым концом вертикально на тягоизмерительные весы (рис. 1). Энергию зажигания будем считать пренебрежимо малой по сравнению с химической энергией горючего в трубе.

  

  Рис. 1. Энергоэффективность детонационного двигателя

  Пусть в первой трубе горючая смесь зажигается одним источником, например, автомобильной свечой, расположенной у закрытого конца. После зажигания вверх по трубе побежит медленное пламя, видимая скорость которого обычно не превышает 10 м/c, то есть много меньше скорости звука (около 340 м/с). Это означает, что давление в трубе P будет очень мало отличаться от атмосферного Pa , и показания весов практически не изменятся. Другими словами, такое (дефлаграционное) сжигание смеси фактически не приводит к появлению избыточного давления на закрытом конце трубы, и, следовательно, дополнительной силы, действующей на весы. В таких случаях говорят, что полезная работа цикла с P = Pa = const равна нулю и, следовательно, равен нулю термодинамический коэффициент полезного действия (КПД). Именно поэтому в существующих силовых установках горение организуется не при атмосферном, а при повышенном давлении P Pa , получаемом с помощью турбонасосов. В современных ракетных двигателях среднее давление в КС достигает 200-300 атм.

  Попытаемся изменить ситуацию, установив во второй трубе множество источников зажигания, которые одновременно зажигают горючую смесь по всему объему. В этом случае давление в трубе P быстро возрастет, как правило, в семь-десять раз, и показания весов изменятся: на закрытый конец трубы в течение некоторого времени — времени истечения продуктов горения в атмосферу — будет действовать достаточно большая сила, которая способна совершить большую работу. Что же изменилось? Изменилась организация процесса горения в КС: вместо горения при постоянном давлении P = const мы организовали горение при постоянном объеме V = const .

  Теперь вспомним о возможности организации детонационного горения нашей смеси и в третьей трубе вместо множества распределенных слабых источников зажигания установим, как и в первой трубе, один источник зажигания у закрытого конца трубы, но не слабый, а сильный — такой, который приведет к возникновению не пламени, а детонационной волны. Возникнув, детонационная волна побежит вверх по трубе с высокой сверхзвуковой скоростью (около 2000 м/с), так что вся смесь в трубе сгорит очень быстро, и давление в среднем повысится как при постоянном объеме — в семь-десять раз. При более детальном рассмотрении оказывается, что работа, совершенная в цикле с детонационным горением, будет даже выше, чем в цикле V = const .

  Таким образом, при прочих равных условиях детонационное сгорание горючей смеси в КС позволяет получить максимальную полезную работу по сравнению с дефлаграционным горением при P = const и V = const , то есть позволяет получить максимальный термодинамический КПД . Если вместо существующих ракетных двигателей с дефлаграционным горением использовать двигатели с детонационным горением, то такие двигатели могли бы дать чрезвычайно большие выгоды. Этот результат был впервые получен нашим великим соотечественником академиком Яковом Борисовичем Зельдовичем еще в 1940 году, однако до сих пор не нашел практического применения. Основная причина этому — сложность организации управляемого детонационного горения штатных ракетных топлив.

  Мощность тепловыделения в детонационном фронте на 3-4 порядка выше, чем во фронте обычного дефлаграционного горения и может превышать мощность излучения с поверхности Солнца. Скорость продуктов детонации в 20-25 раз выше скорости продуктов медленного горения

  

  Демонстрационный образец ДРД, установленный на испытательном стенде

  Фото: Сергей Фролов

  Импульсный и непрерывный режимы

  До настоящего времени предложено множество схем организации управляемого детонационного горения, включая схемы с импульсно-детонационным и с непрерывно-детонационным рабочим процессом. Импульсно-детонационный рабочий процесс основан на циклическом заполнении КС горючей смесью с последующим зажиганием, распространением детонации и истечением продуктов в окружающее пространство (как в третьей трубе в рассмотренном выше примере). Непрерывно-детонационный рабочий процесс основан на непрерывной подаче горючей смеси в КС и ее непрерывном сгорании в одной или нескольких детонационных волнах, непрерывно циркулирующих в тангенциальном направлении поперек потока.

  Концепция КС с непрерывной детонацией предложена в 1959 году академиком Богданом Вячеславовичем Войцеховским и долгое время изучалась в Институте гидродинамики СО РАН. Простейшая непрерывно-детонационная КС представляет собой кольцевой канал, образованный стенками двух коаксиальных цилиндров (рис. 2). Если на днище кольцевого канала поместить смесительную головку, а другой конец канала оборудовать реактивным соплом, то получится проточный кольцевой реактивный двигатель. Детонационное горение в такой КС можно организовать, сжигая горючую смесь, подаваемую через смесительную головку, в детонационной волне, непрерывно циркулирующей над днищем. При этом в детонационной волне будет сгорать горючая смесь, вновь поступившая в КС за время одного оборота волны по окружности кольцевого канала. К другим достоинствам таких КС относят простоту конструкции, однократное зажигание, квазистационарное истечение продуктов детонации, высокую частоту циклов (килогерцы), малый продольный размер, низкий уровень эмиссии вредных веществ, низкий уровень шума и вибраций.

  Заданный удельный импульс в детонационном ракетном двигателе достигается при значительно меньшем давлении, чем в традиционном жидкостном ракетном двигателе. Это позволит в перспективе кардинально изменить массогабаритные характеристики ракетных двигателей

  

  Рис. 2. Схема детонационного ракетного двигателя

  В рамках проекта Минобрнауки создан демонстрационный образец непрерывно-детонационного ракетного двигателя (ДРД) с КС диаметром 100 мм и шириной кольцевого канала 5 мм, который испытан при работе на топливных парах водород—кислород, сжиженный природный газ—кислород и пропан-бутан—кислород. Огневые испытания ДРД проводились на специально разработанном испытательном стенде. Длительность каждого огневого испытания — не более 2 с. За это время с помощью специальной диагностической аппаратуры регистрировались десятки тысяч оборотов детонационных волн в кольцевом канале КС. При работе ДРД на топливной паре водород—кислород впервые в мире экспериментально доказано, что термодинамический цикл с детонационным горением (цикл Зельдовича) на 7-8% эффективнее, чем термодинамический цикл с обычным горением при прочих равных условиях.

  В рамках проекта создана уникальная, не имеющая мировых аналогов вычислительная технология, предназначенная для полномасштабного моделирования рабочего процесса в ДРД. Эта технология фактически позволяет проектировать двигатели нового типа. При сравнении результатов расчетов с измерениями оказалось, что расчет точно прогнозирует количество детонационных волн, циркулирующих в тангенциальном направлении в кольцевой КС ДРД заданной конструкции (четыре, три или одну волну, рис. 3). Расчет с приемлемой точностью предсказывает и рабочую частоту процесса, то есть дает значения скорости детонации, близкие к измеренным, и тягу, фактически развиваемую ДРД. Кроме того, расчет правильно предсказывает тенденции изменения параметров рабочего процесса при повышении расхода горючей смеси в ДРД заданной конструкции — как и в эксперименте, количество детонационных волн, частота вращения детонации и тяга при этом увеличиваются.

  

  Рис. 3. Квазистационарные расчетные поля давления (а, б) и температуры (в) в условиях трех экспериментов (слева направо). Как и в экспериментах, в расчетах получены режимы с четырьмя, тремя и одной детонационными волнами

  Основной показатель энергоэффективности ракетного двигателя — удельный импульс тяги, равный отношению тяги, развиваемой двигателем, к весовому секундному расходу горючей смеси. Удельный импульс измеряется в секундах (с). Зависимость удельного импульса тяги ДРД от среднего давления в КС, полученная в ходе огневых испытаний двигателя нового типа, такова, что удельный импульс увеличивается с ростом среднего давления в КС. Основной целевой показатель проекта — удельный импульс тяги 270 с в условиях на уровне моря — достигнут в огневых испытаниях при среднем давлении в КС, равном 32 атм. Измеренная тяга ДРД при этом превысила 3 кН.

  При сравнении удельных характеристик ДРД с удельными характеристиками в традиционных жидкостных ракетных двигателях (ЖРД) оказывается, что заданный удельный импульс в ДРД достигается при значительно меньшем среднем давлении, чем в ЖРД. Так, в ДРД удельный импульс в 260 с достигается при давлении в КС всего 24 атм, тогда как удельный импульс 263,3 с в известном отечественном двигателе РД-107А достигается при давлении в КС 61,2 атм, которое в 2,5 раза выше. Отметим, что двигатель РД-107А работает на топливной паре керосин—кислород и используется в первой ступени ракеты-носителя «Союз-ФГ». Такое значительное снижение среднего давления в ДРД позволит в перспективе кардинально изменить массогабаритные характеристики ракетных двигателей и снизить требования к турбонасосным агрегатам.

  Вот и новая идея, и новые физические принципы.

  Один из результатов проекта — разработанное техническое задание на проведение опытно-конструкторской работы (ОКР) по созданию опытного образца ДРД. Основная проблема, которую планируется решить в рамках ОКР,— обеспечить непрерывную работу ДРД в течение длительного времени (десятки минут). Для этого потребуется разработать эффективную систему охлаждения стенок двигателя.

  Ввиду своего прорывного характера задача создания практического ДРД, несомненно, должна стать одной из приоритетных задач отечественного космического двигателестроения.

  Сергей Фролов, доктор физико-математических наук, Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН, профессор НИЯУ-МИФИ

  Газ вместо керосина

  

  Кадр видеосъемки огневых испытаний ДРД

  Фото: Сергей Фролов

  В 2014-2016 годах Министерством образования и науки РФ поддержан проект «Разработка технологий использования сжиженного природного газа (метан, пропан, бутан) в качестве топлива для ракетно-космической техники нового поколения и создание стендового демонстрационного образца ракетного двигателя». Проект предусматривает создание демонстрационного образца непрерывно-детонационного ракетного двигателя (ДРД), работающего на топливной паре «сжиженный природный газ (СПГ)—кислород». Исполнитель проекта — Центр импульсно-детонационного горения Института химической физики РАН. Индустриальный партнер проекта — Тураевское машиностроительное конструкторское бюро «Союз». В заявке на проект целесообразность использования в жидкостном ракетном двигателе (ЖРД) непрерывно-детонационного горения объяснялась более высоким термодинамическим КПД по сравнению с традиционным циклом, использующим медленное горение, а целесообразность использования СПГ объяснялась целым рядом преимуществ по сравнению с керосином: повышенным удельным импульсом тяги, доступностью и дешевизной, существенно меньшим сажеобразованием при горении и более высокими экологическими характеристиками. Теоретически замена керосина на СПГ в традиционном ЖРД сулит повышение удельного импульса на 3-4%, а переход от традиционного ЖРД к ДРД — на 13-15%.

  PDF-версия

  • 26
  • 27
  • 28
  • 29
  голоса
  Рейтинг статьи
  Читать еще:  Что такое асинхронный пуск синхронного двигателя