Совершенствование конструкции двигателя первой ступени ракеты носителя «Протон» Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 1

УДК 621.454

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ДВИГАТЕЛЯ ПЕРВОЙ СТУПЕНИ

РАКЕТЫ НОСИТЕЛЯ «ПРОТОН»

А. А. Ковьяров, Е. П. Курзин Научный руководитель - В. П. Назаров

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: Flat95@mail.ru

Проанализированы этапы модернизации ракетных двигателей РН «Протон».

Ключевые слова: ракета, двигатель, тяга, модернизация.

IMPROVING THE DESIGN OF FIRST-STAGE ENGINE LAUNCH VEHICLE «PROTON»

A. A. Kovyarov, E. P. Kurzin Scientific Supervisor - V. P. Nazarov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

E-mail: Flat95@mail.ru

Analysis of stages of modernization rockets "Proton".

Keywords: rocket, engine, pull, modernization.

«Протон» (УР-500, «Протон-К», «Протон-М») - ракета-носитель (РН) тяжёлого класса, предназначенная для выведения автоматических космических аппаратов на орбиту Земли и далее в космическое пространство. Разработана в 1961-1967 годах в подразделении ОКБ-23 (ныне ГКНПЦ им. М. В. Хруничева), являвшемся частью ОКБ-52 В. Н. Челомея [1].

Для того чтобы РН была способна вывести на орбиту большую нагрузку, нужен был мощный маршевый двигатель, который бы смог удовлетворить требованиям грузоподъемности, надежности, тяговооруженности и стоимости.

Разработка двигателя РД-253 началась в 1961 г. Он стал самым мощным однокамерным ЖРД, работающим на высококипящих компонентах топлива [2]. Двигатель выполнен по замкнутой схеме с дожиганием окислительного генераторного газа после турбины. Компоненты топлива: окислитель -азотный тетраоксид (АТ), горючее - несимметричный диметилгидразин (НДМГ). С появлением РД-253 совершен качественный скачок в освоении высокого уровня давления и достижении высоких значений удельного импульса тяги. Двигатель РД-253 оказался одним из самых надежных отечественных ракетных двигателей [3].

Шесть ЖРД РД-253 надежно работали в составе первой ступени РН «Протон», обеспечивая успешные полеты космических аппаратов «Луна», «Венера», «Марс» и других, а также орбитальных космических станций «Салют» и «Мир», тяжелых спутников связи.

В ходе модернизации двигателя РД-253 были внесены следующие изменения:

- увеличение толщины ребер охлаждающего тракта сопла с 1.1 до 1.3 мм;

- применен насадок сопла, выполненный из титанового сплава;

- установлены фильтры во входных магистралях;

- на газогенераторе были проведены мероприятия по повышению теплостойкости.

Это позволило повысить тягу двигателя на 7,7 %, удельный импульс у земли возрос на 2с, увеличилась масса выводимой на орбиту полезной нагрузки на 600 кг, при сохранении габаритных размеров и массы. Двигатель получил новое название РД-275.

В 2001 году с целью повышения увеличения массы полезного груза, выводимой РН «Протон-М», была разработана форсированная модификация двигателя РД-275, которая получила название

Секция «Двигателии энергетические установки летательньш и космических аппаратов»

РД-275М (РД-276). За счет повышения давления газов в камере сгорания до 168.5 кг/см2, было произведено форсирование двигателя по тяге, которое позволило добиться увеличения на 5.3 %, в связи с этим, масса полезной нагрузки возросла на 150 кг [4]. Технические параметры приведены в таблице.

Технические параметры двигателей РД-253, РД-275 и РД-275М

Параметр Значение Единицы

РД-253 РД-275 РД-275М измерения

Тяга

у Земли 1 474 1 590 1 670 кН

150 162 170.4 тонн

в пустоте 1 635 1 747 1 830 кН

166 178 186.8 тонн

Давление в камере сгорания 14.7 15.7 16.5 МПа

Удельный импульс тяги

у Земли 2 796 2 890 2 890 м/с

в пустоте 3 100 3 160 3 160 м/с

Масса двигателя

сухого 1 080 1 070 1 070 кг

залитого 1 260 1 260 1 260 кг

Габариты

высота 3 000 3 050 3 050 мм

диаметр 1 500 1 500 1 500 мм

Технологические операции, направленные на повышение удельного импульса ракетных двигателей рассмотрены в работе [5].

В настоящее время ракета носитель «Протон» осуществляет успешные полеты с помощью шести двигателей первой ступени РД-275М (14Д14М), аналога которым нет в мире [2]. Потенциал, который заложен в эти ракетные двигатели, еще не до конца раскрыт и в скором времени «Протон» будет летать с еще более усовершенствованными и надежными двигателями.

Библиографические ссылки

1. Гахун Г. Г. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей. М. : Машиностроение, 1989. С. 91-98.

2. Добровольский М. В. Жидкостные ракетные двигатели. М. : Машиностроение, 1968. С. 155-164.

3. Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный космический научно-производственный центр имени М. В. Хруничева» [Электронный ресурс]. URL: http://www.khrunichev.ru/main.php?id=46 (дата обращения: 24.03.2016).

4. НПО «Энергомаш» [Электронный адрес]. URL: http://www.lpre.de/energomash/RD-253/ (дата обращения: 24.03.2016).

5. Злобина Е. А., Колегов Р. М., В. Назаров В. П. Основные методы повышения удельного импульса маршевых ЖРД ракет-носителей тяжелого класса // Актуальные проблемы авиации и космонавтики [Электронный ресурс] : тезисы X Всерос. науч.-практ. конф. творческой молодежи (8-12 апреля 2015 г., Красноярск) : в 2 т. Т. 1. Технические науки. Информационные технологии. Сообщения школьников) / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. С. 96-97.

© Ковьяров А. А., Курзин Е. П., 2016