Солнечный тепловой ракетный двигатель с оксид-бериллиевым фазопереходным тепловым аккумулятором и дожиганием водорода

Авторы

Финогенов С. Л.

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

e-mail: sfmai2015@mail.ru

Аннотация

Излагается концепция солнечного теплового ракетного двигателя (СТРД) с фазопереходным тепловым аккумулятором (ТА) при использовании в качестве теплоаккумулирующего материала оксида бериллия. Рассмотрены основные характеристики двигателя, предполагающие возможность дожигания нагретого в ТА до температуры 2800 К водорода в зависимости от времени выполнения полетной задачи – выведения полезной нагрузки (ПН) на геостационарную орбиту (ГСО). Представлены зависимости массы ПН на ГСО для времени межорбитального перелета от 30 до 90 суток. Показаны оптимальные характеристики СТРД с ТА, соответствующие максимуму критерия эффективности задачи – массе ПН при ограничении на время перелета. Выявлены оптимальные значения коэффициента избытка окислителя в зависимости от времени межорбитальной транспортировки.

Ключевые слова

солнечный тепловой ракетный двигатель, тепловой аккумулятор, оксид бериллия, дожигание водорода, геостационарная орбита

Библиографический список

1. Акимов В.Н., Архангельский Н.И., Коротеев А.С., Кузьмин Е.П. Солнечная энергодвигательная установка с электронагревным тепловым аккумулятором и дожиганием рабочего тела // Полет. 1999. № 2. С. 20-28.

2. Etheridge F. Solar Rocket System Concept Analysis. Rockwell International Final Report, Contract F0461 I-80-C-0007, AFRPL-TR-79-79, December 1979.

3. Кудрин О.И. Солнечные высокотемпературные космические энергодвигательные установки. – М.: Машиностроение, 1987. – 247 с.

4. Leenders H.C.M., Zandbergen B.T.C. Development of a solar thermal thrusters system // 59th International Astronautical Congress, Glasgow, Scotland, 2008. URL: uuid:3af8309c-5feb-41f8-b693-d499eb68b717

5. Engberg R.C., Lassiter J.O., McGee J.K. Modal survey test of the SOTV 2×3 meter off-axis inflatable concentrator // 41st AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics and Materials Conference. Atlanta, GA, U.S.A. 3-6 April 2000. AIAA Paper 00-1639, 12 p. DOI: 10.2514/6.2000-1639

6. Scharfe D.B, Young M.P. A Study of Solar Thermal Propulsion System Enhancement via Thermal Storage and Thermal-electric Conversion. – Technical Paper AFRL-RZ-ED-TP-2010-110 // 57th JANNAF Joint Subcommittee Meeting, Colorado Springs, CO, May 3-7, 2010. 21 p.

7. Wassom S.R., Lester D.M., Farmer G., Holmes M. Solar thermal propulsion IHPRPT demonstration program status // 37th Joint Propulsion Conference and Exhibit. Salt Lake City, UT, USA. July 08-11, 2001. AIAA Paper, 2001. № 2001-3735. DOI: 10.2514/6.2001-3735

8. Федик И.И., Попов Е.Б. Двигательно-энергетическая установка на солнечных тепловых аккумуляторах // Энергия: экономика, техника, экология. 2005. № 6. С. 29-33.

9. Gilpin M.R, Scharfe D.B., Young M.P., Webb R. Experimental Investigation of Latent Heat Thermal Energy Storage for Bi-Modal Solar Thermal Propulsion // 12th International Energy Conversion Engineering Conference. Cleveland, OH, USA. July 28-30, 2014. AIAA Paper № 2014-3832. DOI: /10.2514/6.2014-3832

10. Коротеев А.С. Концепция солнечной энергодвигательной установки с электронагревным тепловым аккумулятором и дожиганием рабочего тела // Вестник Московского авиационного института. 2000. Т. 7. № 1. С. 60-67.

11. Финогенов С.Л., Коломенцев А.И. Выбор теплоаккумулирующего материала для солнечного теплового ракетного двигателя // Вестник СибГАУ им. академика М.Ф. Решетнева. 2016. Т. 17. № 1. С.161-169.

12. Финогенов С.Л., Коломенцев А.И., Константинов М.С. Характеристики космического аппарата с солнечным тепловым ракетным двигателем // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. 2017. № 2 (74). С. 62-69.

13. Сафранович В.Ф., Эмдин Л.М. Маршевые двигатели космических аппаратов: выбор типа и параметров. – М.: Машиностроение, 1980. – 240 с.

14. Грилихес В.А., Матвеев В.М., Полуэктов В.П. Солнечные высокотемпературные источники тепла для космических аппаратов. – М.: Машиностроение, 1975. – 248 с.

15. Бирюков В.И., Кочетков Ю.М., Зенин Е.С. Определение потерь удельного импульса тяги из-за химической неравновесности в энергоустановках летательных аппаратов // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 2. С. 42-49.

16. Бойкачев В.Н., Гусев Ю.Г., Жасан В.С., Ким В.П., Мартынов М.Б., Мурашко В.М., Нестерин И.М., Пильников А.В., Попов Г.А. О возможности создания электроракетной двигательной установки мощностью 10...30 кВт на базе двухрежимного двигателя СПД-140Д // Космическая техника и технологии. 2014. № 1 (4). С.48-59.

17. Pushkin V.I., Chechin A.V., Fomin G.E., Gurtov A.S., Filatov A.N., Koroteev A.S., Popov S.A., Akimov V.N., Arkhangelski N.I. Kick Stages with Solar Heat Propulsion Systems for Increase of Middle Class Soyuz Launchers Competitiveness // 6th International Symposium on Propulsion for Space Transportation: Propulsion for Space Transportation of the XXIst Century. Paper no. S36.2. May 14-16, 2002. Versailles, France.

18. Финогенов С.Л., Коломенцев А.И. Выбор параметров солнечного теплового ракетного двигателя при ограничении на время полета // Вестник Московского авиационного института. 2016. Т. 23. № 3. С. 58-68.

19. Konstantinov M.S., Fedotov G.G., Petukhov V.G., Popov G.A. Electric Propulsion Mission into GEO Using Soyuz/Fregat Launch Vehicle. – International Astronautical Federation. Paper № 01-V.3.02.

20. Белик А.А., Егоров Ю.Г., Кульков В.М., Обухов В.А. Анализ проектно-баллистических характеристик комбинированной схемы выведения космического аппарата на геостационарную орбиту с использованием ракет-носителей среднего класса // Авиационно-космическая техника и технология. 2011. № 4 (81). С. 17-21.

Скачать статью