Перспективные методы охлаждения узлов жидкостных ракетных двигателей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Решетневскуе чтения. 2017

УДК 621.453

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ОХЛАЖДЕНИЯ УЗЛОВ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕИ

А. Ю. Васянина, А. А. Лобза, Д. А. Ермоленко, М. В. Кубриков, В. С. Лобза

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-mail: nassy.jai@gmail.com

Рассмотрены перспективные методы охлаждения узлов жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).

Ключевые слова: элемент Пельтье, охлаждение, камера двигателя, узлы ЖРД.

PROMISING METHODS OF COOLING THE ENGINE ASSEMBLIES

A. U. Vasyanina, A. A. Lobza, D. A. Ermolenko, M. V. Kubrikov, V. S. Lobza

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: nassy.jai@gmail.com

The paper reviews advantages of the promising cooling methods for the combustion chamber.

Keywords: Peltier element, cooling, engine chamber, engine assemblies.

Одной из самых острых проблем в проектирование и использовании ракетных двигателей является проблема охлаждения стенок камеры сгорания и сопла жидкостного ракетного двигателя. В камере сгорания таких двигателей температура газа превышает 3000 градусов по Цельсию, и поэтому даже при наружном охлаждении стенок топливом возможен прогар сопла.

Проблема тепловой защиты стенок сопла и камеры ракетного двигателя твердого топлива усложняется тем, что топливо не может быть использовано для внешнего охлаждения [1].

В настоящее время используются следующие методы охлаждения камеры двигателя: емкостное охлаждение, проточное, которые в свою очередь делятся на регенеративное и независимое.

Данные методы охлаждения активно использовались и используются на отечественных и зарубежных ракетных двигателях. Но эти методы охлаждения уже устаревают, и нам необходимы новые решения эффективного охлаждения. Одним из таких решений может стать камера двигателя, основанная на элементах Пельтье.

Элемент Пельтье - это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье - возникновении разности температур при протекании электрического тока [2]. В основе работы лежит контакт двух полупроводниковых материалов с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. Другими словами модуль Пельтье представляет собой совокупность термопар, электрически соединенных, как правило, последовательно. В стандартном термоэлектрическом модуле термопары помещаются между двух плоских керамических

пластин на основе оксида или нитрида алюминия. Количество термопар может изменяться в широких пределах - от единиц до сотен пар, что позволяет создавать термоэлектрический модуль практически любой холодильной мощности - от десятых долей до сотен ватт [3].

Элементы Пельтье широко используются в системах охлаждения, как термоэлектрический холодильник, термоэлектрический кондиционер, кулер. На сегодняшний момент данный вид охлаждения набирает популярность, как в бытовой среде, так и в производственных масштабах.

Таким образом, вопрос эффективного охлаждения камеры рулевых двигателей и газогенератора можно решить использованием модулей Пельтье. Это позволят заменить привычные способы охлаждения узлов ЖРД, получив при этом некоторые преимущества: повышение КПД двигателя, значительное уменьшение толщины конструкции, а следовательно, выигрыш в массе двигателя, увеличение эффективности. Также может существовать возможность использовать тепловую энергию в турбине ТНА.

В итоге, можно сделать вывод, что данный метод охлаждения является современным аналогом проточного, емкостного охлаждения и имеет место быть в ракетной технике.

Библиографические ссылки

1. Полянский А. Р. Расчет охлаждения ЖРД с использованием электронных таблиц : метод. указания к курсовому и дипломному проектированию по специальности «Ракетные двигатели». М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. 24с.

Проектирование, производство и испытания двигателей летательных аппаратов

2. Охлаждение элементом Пельтье [Электронный ресурс]. URL: http://www.hwp.ru/Coolers/Peltier/index. html (дата обращения: 07.09.2017).

3. Полупроводниковые холодильники Пельтье [Электронный ресурс]. URL: http://www.ixbt.com/cpu/ peltje.html (дата обращения: 12.09.2017).

References

1. Polyansky A. R. Raschet ohlazdeniya JRD s ispol-zovaniem electronnich tabliz : metodicheskie ykazaniya k kursovomy i diplomnomy proektirovaniu po specialnosti "Raketnue dvigateli" [Calculation of cooling liquid rocket

engine with the use of spreadsheets: Methodical instructions to the course and diploma design on the specialty "Missile engines"]. M. : MGTU, 2004. 24 p.

2. Element cooling [Electronic resourse]. Available at: http://www.hwp.ru/Coolers/Peltier/index.html (accessed: 07.09.2017).

3. Poluprovodnikovy cholodilniki Pelitie [Electronic resourse]. Available at: http://www.ixbt.com/cpu/ peltje.html (accessed: 12.09.2017).

© Васянина А. Ю., Лобза А. А., Ермоленко Д. А., Кубриков М. В., Лобза В. С., 2017