CC BY
41РАЗРАБОТКА УНИКАЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВО ВРЕМЕНА СССР И УСПЕШНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ИХ В РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
НА СЕГОДНЯШНИЙ ДЕНЬ Алтухова Т.А.1, Азизова Т.А.2, Жукова Е.А.3, Кядыкова А.С.4
1Алтухова Татьяна Андреевна - магистр; 2Азизова Татьяна Ашотовна - магистр, направление: теплоэнергетика и теплотехника, кафедра инновационных технологий наукоемких отраслей; 3Жукова Екатерина Альбертовна - магистр, направление: теплоэнергетика и теплотехника, кафедра энергетики высокотемпературных технологий; 4Кядыкова Анна Сергеевна - магистр, направление: теплоэнергетика и теплотехника, кафедра химии и электрохимической энергетики, Национальный исследовательский университет Московский энергетический институт, г. Москва
Аннотация: в статье пойдет речь о конкурирующих в ракетно-космической промышленности двух жидкостных ракетных двигателях НК-33 и РД-180. Рассмотрим основные причины их противостояний, тактико-технические характеристики, а также области применения.
Ключевые слова: ракетная и космическая промышленность, жидкостной ракетный двигатель, эффективность, надежность, тяговооруженность, удельный импульс, ОКБ.
История с состязанием жидкостных ракетных двигателей (далее ЖРД) НК-33 и РД-180 остается актуальной и на сегодняшний день.
Таблица 1. Основные характеристики двигателей
1 Тактико-технические характеристики РД-180 НК-33
1.1 Тип: ЖРД ЖРД
1.2 Топливо: керосин керосин
1.3 Окислитель: жидкий кислород жидкий кислород
1.4 Камера сгорания: 2 1
3 Производство
3.1 Конструктор: НПО «Энергомаш» имени академика В. П. Глушко, Россия СНТК им.Н.Д. Кузнецова, СССР
4 Массогабаритные характеристики
4.1 Масса, кг 5850 1393
4.2 Сухая масса, кг 5330 1240
4.3 Высота, мм 3600 3705
4.4 Диаметр, мм 3200 1490,5
5 Рабочие характеристики
5.1 Тяга, тс в вакууме - 423,4 в вакууме - 171
на уровне моря - 390,2 на уровне моря - 154
5.2 Удельный импульс, с в вакууме - 337,8 в вакууме - 331
на уровне моря - 311,1 на уровне моря - 297
5.3 Время работы, с 270 365
5.4 Давление в камере сгорания, кгс/см2 (атм.) 261,7 (263) 142 (147)
5.5 Тяговооруженность: 77,3 136
Рассмотрев основные тактико-технические характеристики двух типов двигателей, приведенные в таблице 1, можно сказать, что благодаря оснащению двигателя РД-180 двумя камерами сгораниями, он превосходит двигатель НК-33 по основным параметрам, а именно таким как тяга, удельный импульс, время работы, давление в камере, а также тяговооруженность.
Двигатель РД-180 обладает на порядок меньшей тяговооруженностью, в отличие от НК-33. Это обусловлено большими значениями массогабаритных характеристик и тяги в 3 раза больших, чем у двигателя НК-33.
Ракетный двигатель выбрасывает массу (продукты сгорания или рабочее тело), создавая тягу. Чем больше давление в камере сгорания, тем больше тяга и, главным образом в атмосфере, удельный импульс. Двигатель с более высоким давлением в камере сгорания будет эффективнее двигателя с низким давлением на том же топливе, но вопреки ряду высоких показателей двигателя РД-180, которые придают уникальность этому двигателю и вызывают интерес у американцев, с точки зрения эффективности и экономичности наиболее привлекательным остается двигатель НК-33. ЖРД РД-180 развивает почти такой же удельный импульс в вакууме и на земле, как и НК-33, но при этом обладает большой массой, что является нецелесообразным с точки зрения вывода на околоземную орбиту ракет, а также доставки тяжелых грузов и экипажа людей. При всем этом для вывода в космос ракеты на РД-180 массой в 5850кг. потребуется затратить больший объем топлива, нежели чем для ракеты, работающей на двигателе НК-33. Из-за небольшой массы двигатель НК-33 работает на 95с. дольше, чем РД-180, что объясняет его привлекательность. По значению удельного импульса НК-33 не уступает РД-180, что является его положительной особенностью.
Сравнение двигателей РД-180 и НК-33 показывает следующее.
По двигателю РД-180:
1) ОКБ Глушко широко известно в мире как разработчик многочисленных высокоэффективных и надёжных ракетных двигателей.
2) В проекте двигателя РД180 предусмотрено заимствование из двигателя РД-171 схемы и её основных агрегатов: камеры, газогенератора, агрегатов автоматики и органов регулирования. В ТНА используются конструкторские решения, заимствованные из двигателя РД-171.
3) Изготовление двигателя РД-180 ведется в НПО «Энергомаш» одновременно с двигателем РД-171 по отработанным технологиям и опытным персоналом, что позволяет обеспечить высокое качество и сохранить достигнутый уровень надёжности.
По двигателю НК-33:
1) По заявлению представителей ОКБ Кузнецова, они занимаются разработкой ЖРД с 1959 г., но в лётной эксплуатации ни одного ЖРД, включая НК-33, не было.
2) ОКБ Кузнецова получило известность в истории ракетостроения в СССР как предприятие, чьи двигатели причастны к аварийным исходам пусков РН Н1.
3) Двигатели НК-33 были изготовлены более 20 лет назад и определённая в процессе их изготовления работоспособность и надёжность в настоящее время могут быть подвержены сомнению. (Эту одну из основных технических претензий к двигателю НК-33 ОКБ Кузнецова в конце 90-х годов успешно устранили путём проведения демонстрационных многократных длительных испытаний, но это было уже после выбора двигателя).
4) Продажа двигателей НК-33 по цене 1 млн, долларов, на порядок ниже стоимости ЖРД такого класса, вызывает сомнение в объявленных качестве и надёжности продаваемого по такой цене товара.
5) В условиях сложившейся конкуренции на рынке космических услуг заказчики пусков космических аппаратов предварительно изучают надёжность средств выведения. Использование в ракете носителе двигателя НК-33, приобретённого в
61
России по бросовым ценам и имеющим непривычно «преклонный» для ракетной техники возраст более 20 лет могут вызвать сомнения в успешном проведении пуска и заказчики «уйдут» к конкурентам [1].
Главным показателем, определяющим эффективность двигателя является удельный импульс. Если ракетный двигатель сжигает топливо, чтобы разгонять ракету, то, чем эффективнее он это делает, тем меньше топлива нам нужно потратить.
Чем больше давление в камере сгорания, тем больше тяга и, главным образом в атмосфере, удельный импульс. Двигатель с более высоким давлением в камере сгорания будет эффективнее двигателя с низким давлением при условии сжигании одного и того же количества топлива.
И если мы отсортируем список двигателей по давлению в камере сгорания, то пьедестал будет оккупирован Россией/СССР — в нашей конструкторской школе всячески старались делать эффективные двигатели с высокими параметрами. К таким двигателям можно отнести рассматриваемые в данной работе двигатели НК-33 и РД-180.
Конкурс по выбору двигателя для РН "Атлас" стал третьим случаем, когда конкурировали ОКБ под руководством В.П. Глушко и Н.Д. Кузнецова с разрабатываемыми ими двигателями. Все три случая оставили заметный след в истории отечественного ракетостроения и сопровождались последующими комментариями, как представителей конкурирующих сторон, так и журналистов, которые часто расписывали чуть ли ни криминальные подробности выбора победителя.
Проведя анализ информации о разработках двигателей НК-33 и РД-180 можно выделить следующие доводы «за» и «против» выбора каждого из двигателей.
К основным преимуществам ЖРД НК-33 можно отнести низкую цену каждого двигателя, наличие готовых двигателей, запасов которых должно было хватить на программу пусков в течение трёх-четырёх лет, технические характеристики двигателей соответствуют требованиям текущего времени. Но отсутствие практики лётной эксплуатации («возраст» двигателей более 23 лет) потребует проведения адаптации конструкторской документации к современной нормативно-технической базе, технологическую подготовку производства, освоение технологии изготовления и проведения квалификационных испытаний агрегатов и двигателей в целом до начала их товарных поставок, а это приведёт к значительным затратам средств и времени и, неизбежно, к существенному повышению стоимости двигателя, а также может отрицательно сказаться на его надёжности.
Достоинствами ЖРД РД-180 является то, что по основным агрегатам и конструкции сборочных узлов и элементов двигатель РД-180 на 75-80 % унифицирован с двигателем РД-171, что позволяет провести доводочные испытания по сокращённой программе, практически являющейся стендовой демонстрацией работоспособности двигателей. Использование отработанных технологий и опыта квалифицированных рабочих кадров на заводе, продолжающем изготавливать двигатели РД-171, обеспечивает высокое качество и сохранение уровня надёжности, достигнутой при отработке и эксплуатации двигателей РД171. Слабой же стороной ЖРД РД-180 является необходимость в финансовых затратах на выпуск конструкторской и технологической документации на вновь разрабатываемые элементы двигателя, на изготовление дополнительной технологической оснастки, а также на проведение доводочных (демонстрационных) огневых испытаний. Стоимость одного двигателя РД-180 будет существенно выше, чем у взятого из «запаса» двигателя НК-33.
Если же пытаться вывести формулу лучшего двигателя, то получится примерно следующее:
Самый лучший ракетный двигатель - это такой двигатель, который вы можете произвести/купить, при этом он будет обладать тягой в требуемом вам диапазоне (не слишком большой или маленькой) и будет эффективным настолько (удельный импульс, давление в камере сгорания), что его цена не станет неподъемной для вас [2].
62
Список литературы
1. Тресвятский С.Н., Федорченко Д.Г., Данильченко В.П. Космические двигатели СНТК имени Н.Д. Кузнецова // С.Н. Тресвятский, Д.Г. Федорченко, В.П. Данильченко / Вестник Самарского университета, 2006. № 2-1 (10). С. 16-21.
2. Рахманин В.Ф. Проблематичное начало и драматический конец разработки ракеты-носителя / В.Ф. Рахманин // История, 2014. № 3 (93). С. 28-36.
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СЕБЕСТОИМОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ НА ТЭЦ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РАЗНЫХ ТУРБОАГРЕГАТОВ Жукова Е.А.1, Азизова Т.А.2, Алтухова Т.А.3, Кядыкова А.С.4
1Жукова Екатерина Альбертовна - магистр, направление: теплоэнергетика и теплотехника, кафедра энергетики высокотемпературной технологии; 2Азизова Татьяна Ашотовна - магистр; 3Алтухова Татьяна Андреевна - магистр, направление: теплоэнергетика и теплотехника, кафедра инновационных технологий наукоемких отраслей; 4Кядыкова Анна Сергеевна - магистр, направление: теплоэнергетика и теплотехника, кафедра химии и электрохимической энергетики, Национальный исследовательский университет Московский энергетический институт,
г. Москва
Аннотация: в статье рассматривается анализ себестоимости тепловой и электрической энергии, вырабатываемой на ТЭЦ при использовании двух разных турбоагрегатов, но одинаковой по установленной мощности. В зависимости от того, какое оборудование будет установлено на ТЭЦ, будет и варьироваться себестоимость энергетического продукта.
Ключевые слова: энергетика, энергетическая продукция, себестоимость, турбоагрегаты.
С каждым годом увеличивается строительство зданий, сооружений, магазинов и других домов. Что приводит к тому, что в зимнее и летнее время всё больше растет спрос на энергетическую продукцию, такую как тепло и электричество. Но также нельзя забывать и о тех, кто пользуется этой продукцией и в настоящее время. То есть приходится заботиться не только о «старых» потребителях, но и о тех, кто будет в будущем покупать тепло и электричество. Поэтому нужно правильно подходить к выбору оборудования [1].
В данной работе будет рассмотрено 2 варианта выбора турбоагрегата: Т-50/90 и Т-100/90.
Число часов использования максимум пара отопительных параметров И^ = 2900 ч; число часов использования отопительной мощности Иу = 5000 ч; число часов работы агрегата в году Ир = 7800ч; поправочный коэффициент района, где
находится ТЭЦ «район = 2 Р]
Некоторые различия характеристик этого оборудования представлены в табл. 1 ниже.
