Развитие концепции многоразового жидкостного ракетного двигателя на трехкомпонентном топливе
Автор: Беляков В.А., Василевский Д.О., Ермашкевич А.А., Коломенцев А.И., Фаризанов И.Р.
Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau
Рубрика: Авиационная и ракетно-космическая техника
Статья в выпуске: 1 т.22, 2021 года.
Бесплатный доступ
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.
Жрд на трёхкомпонентном топливе, математическая модель жрд, пгс, массовые характеристики, газодинамические параметры
Короткий адрес: https://sciup.org/148322009
IDR: 148322009 | DOI: 10.31772/2712-8970-2021-22-1-121-136
Список литературы Развитие концепции многоразового жидкостного ракетного двигателя на трехкомпонентном топливе
- Salked R., Beichel R. Reusable one-stage-to orbit shuttles: bright energy propects. Astronaut. Aeronaut. 11, 1973. P. 6-48.
- 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: 10.31772/2587-6066-201819-3-469-481.
- Беляков В. А., Василевский Д. О. Перспективные схемные решения безгазогенераторных двигателей // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2019. № 58, C. 69-86. Doi: 10.15593/2224-9982/2019-58-06
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Температурные напряжения в цилиндрических оболочках из углеродных волокон и контактная задача теплообмена / Абашев В. М., Демидов А. С., Ерёмкин И. В. и др. // Вестник МАИ. 2017. Т. 24. № 4. С. 7-13.
- Гиршфельдер Д., Кертис Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей. М. : Иностранная литература, 1961. 931 с.
- Бретшнайдер С. Свойства газов и жидкостей. М. : Химия, 1936. 536 с.
- Гидаспов В. Ю. Численное моделирование химически неравновесного течения в сопле жидкостного ракетного двигателя // Вестник МАИ. 2013. Т. 20. № 2. С. 90-95.
- Пиунов В. Ю., Назаров В. П., Коломенцев А. И. Совершенствование энергетических характеристик кислородно-водородных жидкостных ракетных двигателей разгонных блоков методов оптимизации конструктивных схем // Вестник МАИ. 2017. Т. 24., № 3. С. 23-33.
- 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.
- Беляев Е. Н., Воробьев А. Г. Энергетическая увязка параметров жидкостного ракетного двигателя. М. : Изд-во МАИ, 2016. 68 с.
- 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).
- Козлов А. А., Новиков В. Н., Соловьев Е. В. Системы питания и управления жидкостных ракетных двигательных установок. М. : Машиностроение, 1988. 347 с.
- Нестеров В. Е., Рудаков В. Б., Макаров В. И. Анализ основных задач экспериментальной отработки многоразовой ракетно-космической системы // Вестник МАИ. 2013. Т. 20. № 5. С. 77-85.
