Развитие концепции многоразового жидкостного ракетного двигателя на трехкомпонентном топливе

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В статье рассматривается перспективное направление развития жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) – использование трехкомпонентных двигательных установок (ДУ). Интерес к данной тематике вызван, исходя из ряда преимуществ, которые возможно получить при использовании данной концепции ЖРД, а именно: экономия массы ракеты-носителя (РН) за счет использования более плотного углеводородного горючего на начальном участке выведения; высокие значения удельного импульса на высотных участках выведения из-за использования более эффективной пары компонентов топлива (КТ): жидкий кислород + жидкий водород; снижение стоимости выведения полезной нагрузки, благодаря использованию единой двигательной установки для обоих участков выведения.

Проведен аналитический обзор реализованных схем трехкомпонентных ЖРД, разработанных в России и за рубежом, выделены их основные преимущества и недостатки.

На основании детальной проработки ряда схемных решений ЖРД, работающих на трехкомпонентном топливе, предлагается концепция двухрежимного однокамерного трехкомпонентного двигателя, выполненного по закрытой схеме с дожиганием генераторного газа. Окислитель – жидкий кислород, горючее – керосин марки РГ-1 и жидкий водород. На первом режиме двигатель работает на трех компонентах, доля жидкого водорода в топливной смеси 4 % от общего расхода компонентов. На втором режиме двигатель работает на КТ: жидкий кислород + жидкий водород.

Представлены результаты теоретико-аналитического исследования по оценке оптимальных проектных параметров двигателя. Целью исследования являлось понимание качественной картины влияния различных параметров топлива на термодинамические свойства продуктов сгорания топливной смеси и эффективность двигателя. По результатам исследования определен оптимальный процентный состав компонентов топлива.

Разработана математическая модель для расчета статических параметров. Приведены результаты расчета энергетической увязки. Проведен сравнительный анализ массовых характеристик спроектированной двигательной установки.

Об авторах

Владислав Альбертович Беляков

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)

Email: titflavii@rambler.ru

аспирант, инженер кафедры 202 «Ракетные двигатели»

Россия, 125993, г. Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, 4

Дмитрий Олегович Василевский

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет); Научно-испытательный центр ракетно-космической промышленности

Автор, ответственный за переписку.
Email: zudwa_dwesti_dwa@rambler.ru

аспирант кафедры 202 «Ракетные двигатели»; Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет); инженер 1 категории, Федеральное казенное предприятие «Научно-испытательный центр ракетно-космической промышленности»

Россия, 125993, г. Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, 4; 141320, Московская область, г. Пересвет, ул. Бабушкина, 9

Алексей Александрович Ермашкевич

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)

Email: alex.ermashkevich@yandex.ru

аспирант кафедры 202 «Ракетные двигатели»

Россия, 125993, г. Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, 4

Александр Иванович Коломенцев

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)

Email: a.i.kolomentsev@yandex.ru

кандидат технических наук, профессор

Россия, 125993, г. Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, 4

Ильнур Равинатович Фаризанов

АО «Уральский завод гражданской авиации»

Email: chelsea.physic@gmail.com

инженер-конструктор 1 категории

Россия, 123308, г. Москва, просп. Маршала Жукова, 1, стр. 1

Список литературы

  1. Salked R., Beichel R. Reusable one-stage-to orbit shuttles: bright energy propects. Astronaut. Aeronaut. 11, 1973. P. 6–48.
  2. Беляев Е. Н., Воробьев А. Г. Влияние процессов заполнения смесительных головок газогенераторов на динамику бесстартерного запуска жидкостного ракетного двигателя // Сибирский журнал науки и технологий. 2018. Т. 19, № 3. С. 469–481. doi: 10.31772/2587-6066-2018-19-3-469-481.
  3. Беляков В. А., Василевский Д. О. Перспективные схемные решения безгазогенераторных двигателей // Bестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2019. № 58, C. 69–86. doi: 10.15593/2224-9982/2019-58-06
  4. Гусев В. Н., Семенов В. И., Стороженко И. Г. Трехкомпонентный двухрежимный маршевый двигатель для аэрокосмических систем и ракет-носителей нового поколения // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и технология». 2008. № 3 (59). С. 36–41.
  5. Пат. 2065068 Российская Федерация, МПК6 F 02 K 9/46. Экспериментальный жидкостной ракетный двигатель с дожиганием / Гончаров Г. И., Гончаров Н. С., Липлявый И. В. и др. ; заявитель КБХА. № 94029144/06 ; заявл. 03.08.1994 ; опубл. 10.08.1996. 4 с.
  6. Пат. 2065985 Российская Федерация, МПК6 F 02 K 9/46. Трехкомпонентный жидкостной ракетный двигатель / Гончаров Г. И., Липлявый И. В., Орлов В. А. и др. ; заявитель КБХА. № 94029116/06 ; заявл. 03.08.1994 ; опубл. 27.08.1996. 4 с.
  7. Пат. 2575238 Российская Федерация, МПК F 02 K 9/46. Трехкомпонентный жидкостной ракетный двигатель / Горохов В. Д., Милованов А. Г. ; заявитель КБХА. № 2014136973/06 ; заявл. 11.09.2014 ; опубл. 11.09.2014. 8 с.
  8. Пат. № 125262 Российская Федерация, МПК F 02 K 1/80. Высотное сопло Лаваля / Семенов В. В., Иванов И. Э., Сорокин В. А. и др. ; заявитель ФГБОУ ВО «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)». № 2012141276/06 ; заявл. 27.09.2012 ; опубл. 27.02.2013. 4 с.
  9. Температурные напряжения в цилиндрических оболочках из углеродных волокон и контакт-ная задача теплообмена / Абашев В. М., Демидов А. С., Eрёмкин И. В. и др. // Bестник МАИ. 2017. Т. 24. № 4. С. 7–13.
  10. Гиршфельдер Д., Кертис Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей. М. : Ино-странная литература, 1961. 931 с.
  11. Бретшнайдер С. Свойства газов и жидкостей. М. : Химия, 1936. 536 с.
  12. Гидаспов В. Ю. Численное моделирование химически неравновесного течения в сопле жидкостного ракетного двигателя // Вестник МАИ. 2013. Т. 20. № 2. С. 90–95.
  13. Пиунов В. Ю., Назаров В. П., Коломенцев А. И. Совершенствование энергетических характеристик кислородно-водородных жидкостных ракетных двигателей разгонных блоков методов оптимизации конструктивных схем // Bестник МАИ. 2017. Т. 24., № 3. С. 23–33.
  14. Орлин С. А., Орлов А. В. Увеличение удельного импульса жидкостных ракетных двигателей, работающих на топливе кислород + керосин, методом добавки водорода в камеру сгорания // Инженерный журнал: наука и инновации. 2019. № 11. C. 23–33. DOI: http://dx.doi.org/ 10.18698/2308-6033-2019-11-1935.
  15. Беляев Е. Н., Воробьев А. Г. Энергетическая увязка параметров жидкостного ракетного двигателя. М. : Изд-во МАИ, 2016. 68 с.
  16. Проблемные вопросы энергетической увязки параметров жидкостных ракетных двигателей [Электронный ресурс] / Беляев Е. Н., Воробьев А. Г., Нассименто Л. Б. и др. // Труды МАИ. 2013. № 71. URL: https://mai.ru/upload/iblock/382/382669ab36066d 251d57dd531a45cd9f.pdf (дата обращения: 06.09.2020).
  17. Козлов А. А., Новиков В. Н., Соловьев Е. В. Системы питания и управления жидкостных ракетных двигательных установок. М. : Машиностроение, 1988. 347 с.
  18. Нестеров В. Е., Рудаков В. Б., Макаров В. И. Анализ основных задач экспериментальной отработки многоразовой ракетно-космической системы // Bестник МАИ. 2013. Т. 20. № 5. С. 77–85.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Беляков В.А., Василевский Д.О., Ермашкевич А.А., Коломенцев А.И., Фаризанов И.Р., 2021

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах