Отправить статью по E-mail Проектирование системы охлаждения многоразового жидкостного ракетного двигателя на трёхкомпонентном топливе
- Авторы: Беляков В.А.1, Василевский Д.О.2,1, Ермашкевич А.А.1, Коломенцев А.И.1, Фаризанов И.Р.3
-
Учреждения:
- Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
- Федеральное казенное предприятие «Научно-испытательный центр ракетно-космической промышленности»
- АО «Уральский завод гражданской авиации»
- Выпуск: Том 22, № 2 (2021)
- Страницы: 316-327
- Раздел: Раздел 2. Авиационная и ракетно-космическая техника
- URL: https://journals.eco-vector.com/2712-8970/article/view/562882
- DOI: https://doi.org/10.31772/2712-8970-2021-22-2-316-327
- ID: 562882
Цитировать
Аннотация
В настоящее время в области двигателестроения весьма перспективной задачей является разработка трехкомпонентных двигательных установок (ДУ). Особый интерес представляют жидкостные ракетные двигатели (ЖРД), работающие на начальном участке выведения ракетыносителя (РН) на паре топлива жидкий кислород + керосин и на высотных участках выведения с использованием криогенного топлива (жидкий кислород + жидкий водород).
ЖРД, использующие трехкомпонентное топливо, имеют высокий уровень давлений в камере сгорания (КС) (до 30 МПа) и температур (до 4000 К). В связи с этим возникают вопросы, связанные с надежным охлаждением таких двигателей, а также обеспечение минимальных гидравлических потерь жидкости в тракте охлаждения в целях дальнейшего использования хладагента в качестве рабочего тела для привода турбины бустерного турбонасосного агрегата (БТНА).
Объектом исследования является двухрежимный однокамерный трехкомпонентный ЖРД, выполненный по закрытой схеме с дожиганием генераторного газа. Окислитель – жидкий кислород, горючее – керосин марки РГ-1 и жидкий водород. Охлаждение камеры – комбинированное, состоит из регенеративного проточного и внутреннего. Тракт регенеративного охлаждения образован с помощью продольных фрезерованных ребер. В качестве охладителя двигателя используется сверхкритический водород. Внутреннее охлаждение включает в себя танталовое покрытие, нанесенное на огневую стенку камеры в районе критического сечения.
В данной статье исследуются проблемы организации системы охлаждения (СО) и реализация эффективного теплосъема с огневой стенки трехкомпонентного ЖРД. На основании существующих систем охлаждения ЖРД в работе предложены оптимальные схемные решения и мероприятия, позволяющие снять тепловую нагрузку в наиболее напряженных местах.
Разработана математическая модель для расчета СО трехкомпонентного ЖРД. Приведены результаты проектного расчета охлаждения по нескольким расчетным методикам.
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, 4Дмитрий Олегович Василевский
Федеральное казенное предприятие «Научно-испытательный центр ракетно-космической промышленности»; Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
Автор, ответственный за переписку.
Email: zudwa_dwesti_dwa@rambler.ru
аспирант, инженер кафедры 202 «Ракетные двигатели», инженер 1 категории
Россия, 141320, Московская область, г. Пересвет, ул. Бабушкина, 9; 125993, г. Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, 4Алексей 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, 4Александр Иванович Коломенцев
Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
Email: a.i.kolomentsev@yandex.ru
кандидат технических наук, профессор, профессор кафедры 202 «Ракетные двигатели»
Россия, 125993, г. Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, 4Ильнур Равинатович Фаризанов
АО «Уральский завод гражданской авиации»
Email: chelsea.physic@gmail.com
инженер-конструктор 1 категории
Россия, 123308, г. Москва, проспект Маршала Жукова, 1, стр. 1Список литературы
- Атлас конструкций ЖРД. Ч. 1 / Г. Г. Гахун, И. Г. Алексеев, Е. Л. Березанская и др. М. :МАИ, 1969. 286 с.
- Моделирование рабочих процессов и конструкция элементов камеры ЖРД / Р. А. Бережинский, С.А. Соколов, С. Р. Гудкова и др. Воронеж : ВГТУ, 2002. 169 с.
- Добровольский М. В. Жидкостные ракетные двигатели, Основы проектирования. М. :МГТУ имени Н. Э. Баумана, 2016. 461 с.
- Расчет комплексной теплопередачи в жидкостном контуре системы терморегулирования космического аппарата по реальной топологии и теплофизическим свойствам / Ю. Н. Шевченко, А. А. Кишкин, Ф. В. Танасиенко и др. // Сибирский журнал науки и технологий. 2019. Т. 20, № 3. С. 375–382. doi: 10.31772/2587-6066-2019-20-3-375-382.
- Серяков А. В. Исследование течений в паровом канале коротких линейных тепловых труб// Сибирский журнал науки и технологий. 2017. Т. 18, № 3. С. 592–603.
- Ponomarenko A. RPA: Tool for Rocket Propulsion Analysis [Электронный ресурс]. URL: http://propulsion-analysis.com (дата обращения: 10.10.2020).
- Иевлев В. М. Турбулентное движение высокотемпературных сплошных сред. М. : Наука, 1975. 255 с.
- Ponomarenko A. RPA: Tool for Rocket Propulsion Analysis, Thermal Analysis of Thrust Chambers [Электронный ресурс]. URL: http://propulsion-analysis.com/downloads/2/docs/RPA_ ThermalAnalysis.pdf (дата обращения: 10.10.2020).
- Основы теории и расчёта жидкостных ракетных двигателей / В. М. Кудрявцев, А. П. Васильев и др. М. : Высш. шк., 1975. 656 с.
- Салахутдинов Г. М. Развитие методов теплозащиты в жидкостных ракетных двигателях. М. : Наука, 1984. 256 с.
- Elliot D. G., Bartz D. R., Silver S. Culculation of turbulent boundary-layer grouth and heat transfer in axi-symmetric nozzles // Tech. Rep. JPL. 1963. No. 32-387. 45 p.
- Dewey M. S. A comparison of experimental heat-transfer coefficients in a nozzle with analytical predictions from Bartz’s methods for various combustion chamber pressures in a solid propellant rocket motor // A thesis submitted to the Graduate Faculty of North Carolina State University Raleigh in partial fulfillment of the requirements for the Degree DEPARTMENT OF Master of Science: Department of mechanical and aerospace engineering. Releigh, 1970. 99 p.
- Хоблер Т. Теплопередача и теплообменники. Л. : Госхимиздат, 1961. 821 с.
- Определяющие тепловые сопротивления в модели жидкостного контура системы терморегулирования космического аппарата / Ю. Н. Шевченко, А. А. Кишкин, Ф. В. Танасиенко и др.// Сибирский журнал науки и технологий. 2019. Т. 20, № 3. С. 366–374. doi: 10.31772/25876066-2019-20-3-366-374.
- Зимин А. Ю. Разработка стенда огневых испытаний жидкостного ракетного двигателя на топливе жидкий кислород и жидкий водород тягой 100 кН : диплом специалиста. М. : МАИ, 2017. 106 c.
- Рабочие процессы в жидкостном ракетном двигателе и их моделирование / Е. В. Лебединский и др. М. : Машиностроение, 2008. 512 с.
Дополнительные файлы
