Вопросы применения метана в качестве горючего жидкостных ракетных двигателей (1043567), страница 4
Текст из файла (страница 4)
По контрактам с Корпорацией КОМПО-МАШ и Центром им.М.В.Келдыша проведена расчетно-конструкторская, материаловедческая и технологическая проработка ряда новых двигателей тягой в пустоте от 5 до 240 тс (табл. 8).
Таблица 8.
РД-0139 | РД-0140 | РД-0134 | РД-0141 | РД-0142 | РД-0143А | РД-0143 | РД-0144 | РД-0145 | РД-0149 | |
Ступень | 1 | II | I | I | II | I | II | РБ | РБ | РБ |
Тяга номинальная: | ||||||||||
- на Земле, тс | 183.6 | 182.8 | 183.6 | 210.0 | - | - | - | - | - | - |
- в вакууме, тс | 207.8 | 212.7 | 207. 8 | 229..5 | 239..9 | 35.0 | 35.0 | 15.0 | 15.0 | 5.0 |
Удельный импульс: | ||||||||||
- на Земле, кгс-с/кг | 301..3 | 300.0 | 316..3 | 323.0 | - | - | - | - | - | - |
- в вакууме, кгс.с/кг | 341.0 | 349.0 | 358.0 1 | 353.0 1 | 369.0 1 | 370.0 | 372.0 4 | 374.0 1 | 374.0 4 | 370.0 |
Кратность использования | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Число включений в полете | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 6 | 6 | 1 |
Масса «сухого» двигателя, кг | 1544 | 1689 | 1800 | 1973 | 2058 | 410 | 530 | 250 | 282 | 150 |
Длина двигателя, мм | 3610 | 5037 | 3500 | 3350 | 4510 | 3000 | 1725 | 1 195 | 1420 | 1575 |
Привод турбонасосных агрегатов двигателей осуществляется продуктами газогенерации с избытком метана. Проработаны конструкции открытой (без дожигания) схемы со сбросом генераторного газа в сверхзвуковую часть сопла (РД-0139, РД-0140) и замкнутой схемы с дожиганием в камере (остальные ЖРД). Двигатели РД-0139 и РД-0140, РД-0141 и РД-0142 выполнены на базе универсальных блоков со сменными соплами, а РД-0144 оснащен выдвижным неохлаждаемым сопловым насадком.
В 1999 г. КБХА планирует приступить к выполнению опытно-конструкторских работ по созданию семейства ЖРД тягой 30-35 те для перспективных носителей различного назначения, в т.ч. для первой и второй ступеней РН легкого класса авиационноракетного комплекса «Воздушный старт». Единая для РД-0143 и РД-0143А конструкция системы подачи компонентов топлива в сочетании с одно- и четырехкамерной компоновками «земной» и «высотной» модификации двигателя определяют максимальную унификацию агрегатов, производства, испытательной базы и, как следствие, минимальные затраты на разработку, отработку, производство и эксплуатацию ЖРД.
С целью уменьшения объема доводочных испытаний новых двигателей отработка вопросов смесеобразования и поджига топлива, охлаждения конструкции камеры, устойчивости рабочего процесса, бессажевой газогенерации для топлива с избытком СПГ будет выполнена при автономных огневых испытаниях модернизированных модельных запальных устройств, газогенераторов и камер сгорания. Модельные агрегаты были созданы ранее и использовались для исследовательских работ на топливе «кислород -водород».
К настоящему времени в различных изданиях открытого типа опубликована информация о проведении работ по метановой тематике пятью ведущими российскими организациями в области ракетного двигателестроения. В работе представлены основные характеристики 26 ЖРД различного назначения на кислородно-метановом топливе. Более полная информация может быть получена заинтересованными лицами в результате непосредственного изучения первоисточников, перечень которых дан в библиографическом разделе работы.
5. Проекты ракето-носителей на метано-кислородном топливе.
Среди трех проектов отечественны РН («Рикша»(14,18), «Ангара» (26), «Полет» (15,21), двигательные установки которых базируются на использовании кислородно-метанового топлива, необходимо отметить именно проект легкой «Рикша», вобравшего в себя не только максимально возможное количество оптимальных конструктивно-технологических решений практически всех своих предшественников, но и претендующего на звание проекта XXI века.
В наше время, когда космонавтике нельзя рассчитывать на большую поддержку государства, особое внимание приходится уделять эффективности и дешевизне изделия. Создать ЖРД на метане - значит сделать большой скачок и обогнать многих. Но двигатель должен при небольшой стоимости иметь высокие потребительские свойства, чтобы его применил разработчик ракеты.
Что же поможет нам создать перспективные ЖРД для оснащения РН легкого класса «Рикша-1»? Во-первых, унификация. Один модульный двигатель РД-169, качающийся в двух плоскостях, — в основе двигательных установок ее ступеней. На первой их — шесть, с соплами небольшой степени расширения, а на второй — один, с большим высотным соплом. Такой подход сокращает сроки отработки и набора статистики, уменьшает финансовые затраты, При проектировании используются известные, хорошо зарекомендовавшие себя схемные и конструктивные решения, материалы. Изготовление основано на имеющейся производственной и экспериментальной базе. Величины параметров, определяющих работоспособность ЖРД, выбираются на уровне уже достигнутых при разработке других двигателей. Общая компоновка ракеты, ее энергетические возможности и основные характеристики всех ЖРД этого носителя представлены на рисунке 1.
Новые изделия привлекательны для ракетчика тем, что при высокой энергетике обеспечивают управление вектором тяги, вырабатывают рабочие тела для систем наддува топливных баков и рулевых приводов, требуют минимального количества команд от системы управления ракеты для обеспечения своего функционирования. В объем контроля качества изготовления заложены огневые технологические испытания каждого ЖРД. Доработка и переборка после них не нужны. Двигатели требуют минимальной подготовки при пуске ракеты.
Не лишним будет сказать, что в НПО «Энергомаш» найдены простые, недорогие и эффективные конструктивные решения, позволяющие перевести с керосина на метан эксплуатирующиеся и разрабатываемые двигатели. Если это сделать, ракеты-носители станут дешевле, проще, чище, безопаснее, станут доставлять в космос большие полезные нагрузки.
Оснащение ракеты «Рикша-1» двигателем на метане позволит ей при стартовой массе 64 т выводить на орбиту высотой 200 км и наклонением до 12° полезную нагрузку до 1,7 т. При этом высота РН менее 25 м, диаметр 2,4 м. Для запуска может использоваться любой тип стартового комплекса - стационарный, мобильный наземный, морской.
Как известно, сейчас у нас и за рубежом есть много проектов преобразования баллистических ракет в ракеты-носители. На рынке запусков с помощью РН легкого и среднего классов - ожесточенная конкуренция. Каковы шансы «Рикши-1»? Она может превзойти всех, потому что не переделывается в ракету-носитель, а создается в таком качестве с использованием опыта и технологий Государственного ракетного центра «КБ имени В.П.Макеева» и НПО «Энергомаш». На рис.2 представлены характеристики основных современных и перспективных легких РН. Посмотрим на «Рокот» (ГКНПЦ им. М.В.Хруничева, Москва) и «Взлет» (ПО «Полет», г.Омск). Они используют токсичные компоненты — азотный тетраоксид и несимметричный диметилгидразин, запускаются только со стационарных космодромов. Имеют ограниченное число азимутов запуска, так как привязаны к жестко определенным районам
"Ри.Характеристики ЖРД на топливе “жидкий кислород – сжиженный метан” для ракеты-носителя “Рикша-1” | ||||||
№ | Характеристики | I | ступень | II ступень | Апогейная ДУ | |
РД-169 | РД-190 | РД-185 | РД-183 | РД-184 | ||
(6 РД-169) | ||||||
1 | Тяга, те: | |||||
— у Земли | 15 | 90 | ||||
— в пустоте | 17 | 102 | 18 | 1 | 0,0015 | |
2 | Удельный импульс, с: | |||||
— у Земли | 309 | 309 | ||||
— в пустоте | 351 | 351 | 378 | 360 | 322 | |
3 | Давление в камере, кгс/см | 150 | 150 | 150 | 75 | 2 |
4 | Соотношение расходов | 3,4 | 3,4 | 3,4 | 3,4 | 2,5 |
компонентов | ||||||
5 | Продолжительность | |||||
одного использования, с | S-220 | >350 | >2010 | S-2010 | ||
6 | Количество включений в полете | 1 | 1 | >2 | s'10 | 1 |
7 | Кратность использования | ?10 | ||||
8 | Габариты, м : | |||||
— высота | 1,7 | 1,7 | 3,3 | 1,15 | 0,240 | |
— диаметр | 0,5 | 2,4 | 1,5 | 0,31 | 0,065 | |
9 | Управление вектором | Качание | Качание | Качание | Качание | Качание |
тяги | в двух | в двух | в двух | в двух | в двух | |
плоскостях | плоскостях | плоскостях | плоскостях | плоскостях | ||
±8° | каждой | ±4° | ±10° | +30° | ||
камеры ±8° | ||||||
10 | Время отработки от начала | 4 года | ||||
финансирования | ||||||
11 | Состояние на 1998 год | Эскизный проект |