Совершенствование энергетических характеристик кислородно-водородных жидкостных ракетных двигателей разгонных блоков методом оптимизации конструктивных схем

Авиационная и ракетно-космическая техника

Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов


Авторы

Пиунов В. Ю. 1*, Назаров В. П. 2**, Коломенцев А. И. 3***

1. Конструкторское бюро химического машиностроения им. А. М. Исаева филиал ГКНПЦ им. М. В. Хруничева, ул. Богомолова, 12, Королёв, Московская обл., 141070, Россия
2. Сибирский государственный университет науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнева, проспект им. газеты Красноярский рабочий, 31, Красноярск, 660037, Россия
3. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, 4, Москва, A-80, ГСП-3, 125993, Россия

*e-mail: kbhimmash@korolev-net.ru
**e-mail: nazarov@.sibsau.ru
***e-mail: a.i.kolomentsev@yandex.ru

Аннотация

Вывод космических аппаратов информационного и навигационного назначения на рабочие орбиты с высокой точностью позиционирования, перевод научно-исследовательских аппаратов с опорных орбит на отлетные траектории для полета в дальний космос и другие сложные задачи освоения космического пространства обеспечиваются ракетными транспортными системами, в состав которых входят специализированные средства выведения, получившие наименование «разгонные блоки». К маршевым двигателям разгонных блоков предъявляются требования по повышенной энергетической эффективности и надежности, длительному пребыванию в режиме стартовой готовности, продолжительному времени работы и многократному запуску.

Максимальной энергетической эффективностью обладают ракетные двигатели, работающие на криогенной топливной паре «жидкий кислород – жидкий водород». На основе опыта проектирования и отработки камеры двигателя КВД1 рассмотрены два варианта конструкции камер с применением выдвижных насадков сопел. Для этих вариантов, соответствующих двум вариантам модернизации двигателя, проведена оптимизация по выбору геометрической степени расширения сопла. Выполнен расчет параметров рабочего процесса и оптимизация основных характеристик камеры. Рассматривается возможность повышения удельного импульса путем выбора оптимального соотношения расходов компонентов топлива и выбора максимального (оптимального) давления в камере двигателя.

В результате теоретических и расчетно-аналитических исследований определены принципиальные проектные решения двух вариантов камер кислородно-водородных двигателей, создаваемых на базе жидкостных ракетныхдвигателей (ЖРД) КВД1.

Ключевые слова

разгонные блоки, кислородно-водородные двигатели, оптимизация по удельному импульсу тяги ЖРД

Библиографический список

  1. Назаров В.П., Журавлев В.Ю., Краев М.В., Краева Е.М. Ракетные двигатели космических аппаратов: Учебное пособие. – Красноярск: СибГАУ, 2015. – 200 с.

  2. Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.П. Теория ракетных двигателей: Учебник для студентов высших технических учебных заведений / Под ред. В.П. Глушко.– 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1989. – 463 с.

  3. Петрик В.А., Дерягин Ю.А., Пиунов В.Ю. Двигатели разгонных блоков разработки КБ Химмаш им. А.М. Исаева – филиала ФБУП ГКНПЦ им. М.В. Хруничева // Двигатель. 2010. № 4(70). С. 36-37.

  4. Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования: Учебник для вузов / Ред. Д.А. Ягодников. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. – 486 с.

  5. Morozov V.I., Zaslavskiy Y.I., Morozov R.F., Orlov N.N., Smirnov I.A., Yakovlev A.G. Liquid Rocket Engines of Russia on the Environmental Pure Components of Fuel for the Crio Stages of Rocket-Boosters // Альтернативная энергетика и экология. 2008. № 3. С. 42-54.

  6. Пиунов В.Ю., Назаров В.П., Зуев А.А., Гайнутдинов А.В. Оптимизация конструктивных схем кислородно-водородных жидкостных ракетных двигателей разгонных блоков // «Решетневские чтения»: материалы ХХ Юбилейной междунар. науч. практич. конференции. – Красноярск: СибГАУ, 2016. Т. 1. С. 212-213.

  7. Пиунов В.Ю., Назаров В.П., Константинов Р.И., Морозов В.И., Гайнутдинов А.В. Модернизация систем подачи топлива жидкостных ракетных двигателей разгонных блоков на основе инновационных технических решений // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетнева. 2016. Т. 17. № 2. С. 431-437.

  8. Гахун Г.Г., Баулин А.И., Володин В.А., Курпатенков В.Д., Краев М.В., Трофимов В.Ф. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей. – М.: Машиностроение, 1989. – 424 с.

  9. Смирнов И.А., Пиунов В.Ю., Колкин Е.Н., Романов В.С., Исаев А.А., Морозов В.И. Оптимизация конструктивных и схемных решений модернизированного двигателя на базе КВД1А: Отчет о НИР № 10405-08 «Ускорение-Б-КБХМ». – Королев: КБ Хим-Маш, 2008. – 148 с.

  10. Bullok J.R., Santiago J.R. RL-60 – The Next Step in the Evolution of Upper Stage Engines. / AIAA Paper AIAA 2004-3529 // 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit. 11-14 July 2004. – Fort Lauderdale, Florida. 13 p.

  11. Васильев А.П., Кудрявцев В.М., Кузнецов В.А., Курпатенков В.Д., Обельницкий А.М., Поляев В.М., Полуян Б.Я. Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей / Под ред. В.М. Кудрявцева. 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1993.

  12. Афанасьев И. Новый российский «водородник» и его зарубежные собратья // Новости космонавтики. 2009. Т. 19. № 5. С. 46-47.

  13. Варгафтик Н.Б., Филиппов Л.П., Тарзиманов А.Л., Тонкий Е.Е. Справочник по теплопроводности жидкостей и газов. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 352 с.

  14. Назаров В.П., Яцуненко В.Г., Коломенцев А.И. Конструктивно-технологические факторы стабильности энергетических параметров турбонасосных агрегатов ракетных двигателей // Вестник Московского авиационного института. 2014. Т. 21. № 5. С. 101-105.

  15. Гликман Б.Ф. Автоматическое регулирование жидкостных ракетных двигателей. – М.: Машиностроение, 1986. – 296 с.

  16. Fam I., Wang H. YE-75 Upper Stage Cryogenic Rocket Engine // 4th International Conference on Launcher Technology: Spaсe Launcher Propulsion. 3-6 December 2002. – Liege, Belgium. 15 p.

  17. Козлов А.А., Новиков В.И., Соловьев Е.В. Системы питания жидкостных ракетных двигательных установок. – М.: Машиностроение, 1988. – 352 с.

  18. Махин В.А., Присняков В.Ф., Белик Н.П. Динамика жидкостных ракетных двигателей.– М.: Машиностроение, 1969. – 834 с.

  19. Дрегалин А.Ф., Зенуков И.А., Крюков В.Г., Наумов В.И. Математическое моделирование высокотемпературных процессов в энергоустановках. – Казань: Изд-во Казанского ун-та, 1985. – 263 с.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2020