Вопросы применения метана в качестве горючего жидкостных ракетных двигателей (1043567), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

В табл. 6 приведены расчетные ха­рактеристики кислородно - метановых модернизированных ЖРД, имеющих кислородно-керосиновые прототипы с дожиганием окислительного генера­торного газа:

-на основе прототипа РД-191 представлены РД-192, РД-192С с дожиганием окислительного генератор­ного газа; РД-192,2 с дожиганием вос­становительного генераторного газа и РД-192.3 без дожигания генератор­ного газа;

-на основе прототипа РД-120К представлен РД-182 с дожиганием окислительного генераторного газа.

Таблица 6

* — диапазон получен в связи с возможностью изменения критического сечения сопла и давления в камере.

По мнению специалистов НПО «Энергомаш», низкая сто­имость, сжатые сроки разработки, высокая надежность обеспечиваются следующими факторами:

• уровнем критических параметров, про­веренных на предшествующих ЖРД;

• проверенными опытом надежными кон­структивными концепциями, материала­ми, технологиями и приборами;

• высоким уровнем унификации двига­тельных модулей;

• использованием производственной и ис­пытательной базы ракетно-космической отрасли, а также наличием высококва­лифицированного опытного персонала;

• испытаниями конструкций в процессе разработки при работе в условиях, ужесточенных в сравнении со штатными;

• испытаниями на качество изготовления и сборки для каждого без переборки и какой-либо замены деталей;

• упрощенным обслуживанием двигателя при эксплуатации ракеты.

Метановые двигатели разрабатываются по инициативе НПО «Энергомаш». Предпри­ятие явилось инициатором работ по метано­вым носителям в отрасли, что привело к по­явлению проекта легкой РН «Рикша». Разра­ботка последней ведется рядом организаций под руководством АО «Компомаш». На осно­ве базовой ракеты возможно создание цело­го семейства мобильных носителей различной грузоподъемности (от 1.7 до 4 т на низкой околоземной орбите). Стоимость разработ­ки базовой двухступенчатой РН оценивает­ся в 135 млн $, а сроки - четыре года. Разра­ботчики полагают, что стоимость запуска но­сителя составит 10-11 млн $.

Несмотря на то, что разработка метановых двигателей в НПО «Энергомаш» широко освещалась на авиационно-космических са­лонах МАКС-95/97 в г.Жуковский, состояние работ не позволяет надеяться на то, что пол­норазмерный ЖРД вскоре выйдет на стен­довые испытания. В планах Объединения сроком испытаний значился 1998 г., но боль­шая загруженность (главным образом рабо­тами по РД-180) и нехватка финансов заста­вили отсрочить начало испытаний.

Единственным двигателем Конструктор­ского бюро химического машиностроения име­ни А.М.Исаева (КБХиммаш), работающим на экологически чистых компонентах топлива, является кислородно-водородный КВД-1для установки на разгонном блоке индийской РН GSLV и перспективных верхних ступеней оте­чественных носителей «Протон-М» и «Анга­ра». Этот ЖРД замкнутой схемы с восстанови­тельным газогенератором (в ГГ сжигается газ, богатый водородом) имеет тягу около 7 тс и удельный импульс около 464 с в пустоте.

По мнению представителей КБХиммаш, метановые ЖРД отличаются в разработке от кислородно-керосиновых, поскольку стоят ближе к водородным. Следовательно, наибо­лее оптимальный путь создания двигателей на природном газе или метане - это моди­фикация кислородно-водородных ЖРД.

КБХиммаш модифицирует под новое топливо весь двигатель (его основные параметры представлены в табл.7).

Таблица 7.

В 1997-1998 гг. на стенде в Фаустово проведено два огневых испытания модернизированного КВД-1 дли­тельностью по 20 с при изменении тяги и соотношения Ок/Гор в заданных пределах. Получен удельный импульс порядка 370 с, что на 15-20 с больше, чем у высотных кис­лородно-керосиновых двигателей. При ра­боте с низким соотношением Ок/Гор выпаде­ния кокса на турбине, деталях камеры сгора­ния и газогенератора не наблюдалось. В бли­жайшее время предполагается выполнить цикл испытаний длительностью до 500 с за включение.

Руководство РКА поддерживает КБХим­маш, предполагая быстро и надежно полу­чить заданные характеристики с использова­нием отработанного двигателя, не требую­щего длительной доводки агрегатов. Воз­можным применением «метанового» КВД-1 может быть модифицированный разгонный блок ДМ-SL для РН «Зенит-3SL» комплекса «Морской Старт» (увеличение массы ПГ по сравнению со штатным кислородно-кероси­новым вариантом на 4-5%). Однако сами разработчики КВД-1 утверждают, что основ­ной задачей «метановой» модификации яв­ляется накопление опыта работы и опреде­ления оптимальных путей создания ЖРД на сжиженном природном газе.

Исследовательский центр им. М.В.Кел­дыша (бывший НИИ Тепловых процессов) разрабатывает принципиально новую кон­цепцию «ЖРД XXI века». К двигателю предъ­являются требования по экологической чис­тоте, повышенной надежности и безопас­ности работы, возможности спасения и повторного использования всех элементов. Разработчики надеются, что ЖРД смогут обеспечить уменьшение расходов на эксплу­атацию, разработку, испытания и производ­ство при высоких энергомассовых характе­ристиках и минимальном времени межполетного обслуживания.

Проектанты предполагают установить такой ЖРД на перспективный двухступенча­тый носитель, первая ступень которого бу­дет работать на топливе «жидкий кислород -жидкий метан», а вторая - «жидкий кисло­род - жидкий водород», что позволяет полу­чить максимально возможную массу ПГ.

Отличительными чертами двигателя яв­ляются открытая (незамкнутая) схема с газо­генераторным циклом, работающая при до­статочно высоком давлении (порядка 120-150 кгс/см²). Применительно к метановым ЖРД такая схема кажется оправданной, по­скольку тепловые потоки в стенку камеры существенно меньше, чем при горении керо­сина. Кроме того, отработанный на турбона­сосе газ может сбрасываться в сопловой на­садок основной камеры сгорания, используясь для его охлаждения (подобный способ применялся на американских двигателях F-1 «лунного» Saturn-5).

Разработчики утверждают, что модель двигателя первой ступени успешно прохо­дит стендовые испытания. По мнению специалистов ИЦ им.М.В.Келдыша, разра­ботка ЖРД может быть завершена до 2002 г. (при положительном решении вопроса о финансировании).

Конструкторское бюро химической автоматики имени С.А.Косберга (КБХА, г.Воронеж) держит курс на создание высоконадежных двигательных установок на экологически чистых и дешевых компонентах топлива. В связи с этим оно приступило к освоению топлива «жидкий кислород – сжиженный природный газ».

Проработка схемно-конструкторских во­просов перевода на новое топливо серий­ных или находящихся в стадии доводочной отработки ЖРД началась в КБХА с 1994 г. Для исследований был выбран кислородно-ке­росиновый двигатель РД-0110, используе­мый на третьей ступени (блоке «И») ракеты-носителя «Союз» (11А511У).

В 1997 г. на предприятии проведены ра­боты по дооснащению отсеком метана стен­да №4, который используется для контроль­но-технологических и контрольно-выбороч­ных испытаний РД-0110. Объем расходной емкости метана позволяет выполнять отра­ботку опытных двигателей при продолжитель­ности огневых испытаний до 20 сек. Из бло­ков ЖРД, прошедшего ранее цикл испытаний на кислороде - керосине, собран экспери­ментальный демонстрационный двигатель РД-0110МД с тягой в пустоте около 25 тс.

При первом огневом испытании экспе­риментального двигателя на топливе ЖК-СПГ 30 апреля 1998 г. выполнены работы по про­верке работоспособности стендовых систем, отработке технологии заправки метаном, термостатирования ЖРД перед пуском, ис­следования характеристик запуска и выхо­да двигателя на основной режим.

3 декабря 1998 г. проведено повторное испытание РД-0110МД, целью которого бы­ло получение данных по работоспособности двигателя на СПГ, характеристик рабочего процесса в газогенераторе, камерах и турбонасосном агрегате. Во время испытаний ЖРД работал на основном режиме при дав­лении в камере сгорания 55 кгс/см² и газо­генераторе - 49 кгс/см².

Цели и задачи начального (демонстра­ционного) этапа освоения нового топлива выполнены. Полученные эксперименталь­ные данные и приобретенный опыт работ с СПГ позволяет перейти к проектированию и подготовке огневых испытаний ЖРД ново­го поколения.

Характеристики

Список файлов реферата