CC BY
55
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2017. Том 1
УДК 621.7.01
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ ЖРД
РАЗГОННЫХ БЛОКОВ
М. А. Орешков, В. Б. Злобин 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: [email protected]
Проведен сравнительный анализ ЖРД с топливом «СПГ - кислород» и с топливами современных разгонных блоков. Исследована перспективность создания ЖРД с топливной парой «СПГ-кислород».
Ключевые слова: СПГ, ЖРД, кислород, разгонные блоки.
FEATURES OF ECOLOGICALLY FRIENDLY LIQUID FUEL ENGINES OF BOOSTER
STAGES
M. A. Oreshkov, V. B. Zlobin Scientific Supervisor - V. U. Piunov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
A comparative analysis of the LREIwith fuel "LNG- liquidoxygen" andwith other modernfuels is carried out. The advantages of the pair "LNG - oxygen" are shown.
Keywords: LNG, LREI, LOX, booster stages.
В отечественных двигательных установках разгонных блоков, как правило, используются две топливные пары: «Несимметричный диметилгидразин (НДМГ) - азотный тетраоксид (АТ)» и «Керосин - жидкий кислород». Топливная пара НДМГ - АТ обладает многими достоинствами, в частности высоким удельным импульсом, самовоспламенением компонентов топлива, возможностью долгосрочного хранения. Однако это топливо имеет и множество недостатков - токсичность, канцерогенность, высокая стоимость. Топливная пара «Керосин - жидкий кислород» позволяет получить достаточно высокие энергетические показатели и является экологически безопасной. Но сырьевая база по его получению довольно ограничена, вследствие чего в качестве горючего в ракете выступает смесь нескольких типов керосина. В качестве аналога предлагается топливо «Сжиженный природный газ (СПГ) - кислород». Использование СПГ предполагает наличие некоторых преимуществ перед керосином и НДМГ:
- меньшая стоимость по сравнению с керосином и НДМГ. Получение СПГ не вызывает особых проблем вследствие наличия широкой сырьевой базы и незамысловатого метода изготовления [1];
- более высокие энергетические показатели. Удельный импульс возрастает примерно на 10 %, что составляет около 20 с. Теплотворная способность выше примерно в 3 раза по сравнению с керосином. Хладоресурс СПГ выше в 3 раза, что обеспечивает более лучшее охлаждение камеры ЖРД [1];
- экологическая безопасность СПГ;
- менее напряженные параметры двигателя, такие как температура газа перед турбиной, делают его эксплуатацию более надежной [1].
Секция «Двигателии энергетические установки летательньш и космических аппаратов»
К существенным недостаткам СПГ стоит отнести его невысокую плотность, однако с учетом более высокого соотношения компонентов, объем топлива увеличится примерно на 20 %, что примерно настолько же увеличит габариты и стартовую массу двигательной установки [2].
При выборе принципиальной схемы жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) с данным топливом наиболее оптимальным решением конструкторами была выбрана схема с дожиганием генераторного газа. Турбонасосный агрегат данной схемы (ТНА) состоит из двух симметрично расположенных блоков, на каждом из которых находится по одному насосу и турбине. Насосы шнеко-центробежные, включают корпуса подвода, шнеки, центробежные рабочие колеса и корпуса насосов со спиральными отводами.
Турбины осевые, включают корпуса турбины с рабочими соплами, рабочие колеса и выхлопные коллекторы. Предполагается, что первая турбина приводится во вращение газом окислительного газогенератора (с избытком окислителя), вторая - газифицированным в охладительном тракте камеры сгорания горючим СПГ [3]. Смесеобразование происходит по типу «газ -газ», что говорит о наличии в головке камеры газовых форсунок.
На основе проведенных испытаний изготовленных образцов двигателя можно сделать вывод о работоспособности и эффективности конструкций ЖРД на топливе «С111 -жидкий кислород». Более высокий удельный импульс, низкая стоимость топлива с учетом его экологичности, а также широкая сырьевая база могут сыграть решающую роль при выборе конструкций двигателей разгонных блоков будущего.
Библиографические ссылки
1. Использование сжиженного природного газа в ракетно-космической технике [Электронный ресурс] // Новости космонавтики. URL: http://novosti-kosmonavtiki.ru/forum/forum13/ topic581/?PAGEN_1=24 (дата обращения: 22.03.2017).
2. Подтверждение концепции многоразового жидкостного ракетного двигателя на компонентах топлива сжиженный природный газ и кислород / И. И. Белоусов, В. М. Фомин, В. В. Голубятник и др. // Вестник Воронеж. гос. техн. ун-та. 2013. № 4. С. 42-45.
3. Жидкостный ракетный двигатель для многоразовой ракетно-космической системы / А. Ф. Ефимочкин, С. П. Хрисанфов, В. В. Голубятник и др. // Вестник Самар. ун-та. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2012. № 3-1 (34). С. 253-258.
© Орешков М. А., Злобин В. Б, 2017
