CC BY
137
Секция «Двигателии энергетические установки летательньш и космических аппаратов»
УДК 629.78
КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ РАЗГОННОГО БЛОКА «ФРЕГАТ»
И. С. Неватус Научный руководитель - В. Ю. Пиунов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: nevatusis@gmail.com
Рассмотрены некоторые вопросы создания и конструкционные особенности жидкостного ракетного двигателя, входящего в состав разгонного блока «Фрегат». Приведены технические характеристики двигателя, отмечена оригинальная конструкция системы управления вектором тяги.
Ключевые слова: разгонный блок (РБ), космический аппарат (КА), жидкостный ракетный двигатель (ЖРД).
CONSTRUCTION FEATURES OF UPPER STAGE PROPULSION UNIT FREGAT
I. S. Nevatus Scientific Supervisor - V. U. Piunov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: nevatusis@gmail.com
Some questions of the creation and design features of the liquid rocket engine, which is part of the Fregat upper stage, are considered. The technical characteristics of the engine are given, the original design of the traction vector control system is noted.
Keywords: upper stage, spacecraft, liquid rocket engine (LRE).
Универсальный РБ «Фрегат», разработан в НПО имени С. А. Лавочкина и предназначен для использования в составе ракет-носителей среднего и тяжелого класса с целью выведения КА на заданные орбиты. Данный РБ оснащен маршевым жидкостным ракетным двигателем С5.92, разработанным КБ Химмаш имени А. М. Исаева. Двигатель предназначен для создания импульсов тяги при доразгоне КА во время старта с орбиты Земли, коррекции траектории, торможения при выводе КА на орбиту спутника планеты. Двигатель С5.92 - однокамерный, многоразовый, выполнен по открытой энергетической схеме, т. е. без дожигания генераторного газа, отработавшего в турбине турбонасосного агрегата.
В результате кинематического и силового анализа установлено также, что для плоскопараллельного перемещения камеры требуется меньшее усилие по сравнению с усилием для отклонения камеры в карданном подвесе. Поэтому массо-габаритные параметры механического устройства управления вектором тяги для данной конструкции двигателя являются оптимальными.
Турбина турбонасосного агрегата (ТНА) работает на основных компонентах топлива. Выхлоп осуществляется через неподвижные рулевые сопла. Кроме тяги, вдоль продольной оси аппарата, двигатель создает управляющие моменты по каналам «тангажа» и «рысканья» благодаря плоскопараллельному перемещению камеры сгорания в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях, что является одной из основных конструктивных особенностей двигателя. Плоскопараллельное перемещение камеры сгорания возможно за счет ее установки не в карданном подвесе
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2017. Том 1
как обычно, а на шарнире, обеспечивающем плоскопараллельное движение ЖРД внутри двигательной установки. Этим достигается смещение вектора тяги двигателя по отношению к центру масс, расположенному у данной двигательной установки очень близко к головке двигателя, так как карданный подвес не обеспечивал в данном случае необходимого плеча для создания момента тяги (см. таблицу).
Основные параметры двигателя С5.92
Характеристика Показатели
Тяга, кН 19,91
Удельный импульс, м/с 3270
Число включений 20
Продолжительность полета Не ограничена
Суммарное время работы, с 2000
Масса, кг 76,5
Давление в камере сгорания, МПа 9,6 (режим большой тяги)
Двигатель работает на высококипящих компонентах топлива, а именно, в качестве горючего используется несимметричный диметилгидразин, в роли окислителя - тетраоксид азота (АТ-НДМГ). Одно из главных преимуществ использования данного топлива заключается в том, что эти компоненты являются самовоспламеняющимися, а следовательно ДУ не нуждается в дополнительной системе зажигания, что дает двигателю возможность многоразового запуска.
Топливо размещено в четырех сферических баках. Еще две такие же сферические емкости используются в качестве приборных контейнеров. Двигатель может работать на двух режимах -большой (БТ) и малой (МТ) тяги. На режиме БТ осуществляются маневры аппарата, связанные с большим изменением скорости, на режиме МТ - маневры, требующие большой точности «выборки» импульса скорости.
Особенностями двигателя С5.92, как, впрочем, и остальных ЖРД разработки НИИ Хим-маш, являются предельно малые габариты (компактность), небольшая удельная масса при весьма высоких параметрах тяги и удельного импульса. По этим показателям двигатель С5.92 превосходит одинаковый с ним по классу тяги РД-161М разработки НПО «Энергомаш», несмотря на то, что последний построен по более совершенной замкнутой схеме с дожиганием. Компактность ЖРД разработки НИИ Химмаш достигается прежде всего за счет оптимального сочетания параметров ТНА, давления в камере, степени расширения сопла. Кроме того, открытая схема позволяет создать ЖРД, вертикальные габариты которого не превышают размеров камеры сгорания.
Одним из главных путей улучшения данной ДУ является сокращение габаритов двигателя, прежде всего длины, которая входит в длину РБ, без ущерба и даже с выигрышем в удельном импульсе - это является одним из основных стимулов повышения давления в камере сгорания.
Библиографические ссылки
1. Ракетные двигатели космических аппаратов / В. П. Назаров, В. Ю. Журавлев, М. В. Краев и др. / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. С. 38-56.
2. Ракетно-космическая техника. Машиностроение : энцикл. Т. IV-22. В 2 кн. Кн. 1 / А. П. Аджян, Э. Л. Аким, О. М. Алифанов и др. 2012. С. 785-790.
3. Абрамов И., Алдашкин И., Алексеев Э. В. Ракетно-космическая техника. Машиностроение : энцикл. Т. IV-22. В 2 кн. Кн. 2, ч. 2. 2014. С. 758-786.
4. НПО им. С. А. Лавочкина [Электронный ресурс]. URL: www.laspace.ru (дата обращения: 23.03.2017).
5. Научная электронная библиотека [Электронный ресурс]. URL: http://elibrary.ru/ defaultx.asp (дата обращения: 23.03.2017).
© Неватус И. С., 2017
