Перспективы использования компонентов топлива метан-кислород в жидкостных ракетных двигателях

Васянина А.Ю.; Тонких А.А.; Савчин Д.А.

На рис. 3 приведены графики изменения момента, развиваемого ДМ, установленным на одно из УИМ. Наблюдается хорошее совпадение измеренного момента и момента, определяемого системой управления ДМ, получаемого обработкой данных об ускорении маховика и его инерционных характеристиках.

УИМ 3

СУВ

уим ь

Рис. 2. Схема СИМ

Вместе с тем было обнаружено заметное влияние на результаты измерений температуры воздуха в помещении и, в особенности, наличие ее градиента в пределах объема, занимаемого стендом. Это обстоятельство диктует довольно высокие требования к температурному режиму в помещении, в котором проводятся измерения на установленном в нем стенде. С целью снижения указанных требований предпо-

лагается дооснащение СИМ температурными датчиками, которые после соответствующей градуировки датчика изменения момента позволят расширить диапазон допустимых температур в помещении, где проводятся измерения, без потери точности измерений.

Библиографические ссылки

1. Синицкий Д. Е., Мурыгин А. В. Динамический стенд для исследования характеристик и режимов работы двигателя-маховика системы ориентации и стабилизации // Вестник СибГАУ. 2013. № 1(47). С. 82-86.

2. Гормаков А. Н., Михеев А. П. Электромеханический модуль измерителя моментов гиродинов // Известия Томского политехн. ун-та. 2005. Т. 308, № 4. С. 139-142.

References

1. Sinitskiy D. E., Murygin A. V. [Dynamical workbench for signature analysis and operating conditions of flywheel engine group of pointing and attitude control systems of spacecrafts]. Vestnik SibGAU. 2013, № 1(47), p. 82-86.

2. Gormakov A. N., Miheev A. P. [Electromechanical module of torque measurement bench for control moment gyroscopes]. Izvestiya Tomskogo Politekhnicheskogo universiteta. 2005. Vol. 308, № 4. p.139-142.

Момент с системы управления ДМ

0.1

№ <Wy

I

14:26:24 14:26:41 14:26:59 14:27:16 14:27:33 Время

Рис. 3. Графики моментов, полученные при работе ДМ на СИМ

УДК 621.454.034

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПОНЕНТОВ ТОПЛИВА МЕТАН-КИСЛОРОД В ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ

А. Ю. Васянина, А. А. Тонких, Д. А. Савчин

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Рассмотрены дальнейшие перспективы использования топливной пары метан-кислород, основанные на ранее проведенных огневых испытаниях (ОИ) жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).

Ключевые слова: топливная пара, сжиженный природный газ, огневые испытания, жидкий кислород, РН.

Решетнеескцие чтения. 2015

PROSPECTS OF THE METHANE-OXYGEN USING

A. U. Vasyanina, A. A. Tonkich, D. A. Savchin

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

In the paper was reviewed prospects of the methane-oxygen fuel, based on the previously conducted firing tests with liquid rocket engines.

Keywords: fuel, natural gas liquids, fire tests, liquid oxygen.

Ракетные двигатели к настоящему времени достигли значительного совершенства и весьма высоких, близких к пределу рабочих параметров, превысить которые можно, только применяя принципиально новые схемы энергопреобразования, а также материалы и технологии.

Надежность и экологическая безопасность стали основными показателями качества проектируемых двигателей. Из различных технических решений предпочтительнее те, в которых минимизируется число потенциально опасных агрегатов, а доля хорошо отработанных и показавших на практике высокую надежность систем увеличивается с ориентацией на современные материалы и технологии. В настоящее время совершенствование ракетных двигателей идет в направлении увеличения надежности, удельного импульса, уменьшения удельной массы, снижения стоимости, а также снижения или устранения вредного экологического воздействия на окружающую среду [1].

Применение экологически чистой топливной пары кислород-метан приводит к уменьшению затрат на изготовление и эксплуатацию ракетно-космической техники, позволит обеспечить конкурентоспособность при выведении полезных грузов и оптимизирует использование космодрома Байконур [3].

В России ЖРД на природном газе и метане разрабатывают несколько организаций: ИЦ имени М. В. Келдыша, НПО «Энергомаш», КБ Химмаш имени А. М. Исаева, ФПГ «Двигатели НК», НИИМаш и КБ Химавтоматики.

29 сентября 2010 г. состоялось успешное ресурсное огневое испытание двигателя-демонстратора разработки «КБ химического машиностроения имени А. М. Исаева» - филиала ФГУП «ГКНПЦ имени М. В. Хруничева» на топливной паре «жидкий кислород + сжиженный природный газ» [2].

В результате данного испытания было выявлено следующее:

- в процессе работы параметры двигателя были стабильны на режимах при различных сочетаниях соотношения расходов компонентов топлива (2,42.. .3,03) и тяги (6 311.. .7 340 кгс);

- подтверждено отсутствие образований твердой фазы в газовом тракте и отсутствие коксовых отложений в жидкостном тракте двигателя;

- получены необходимые экспериментальные данные для уточнения методики расчета охлаждения КС при использовании СПГ в качестве охладителя;

- исследована динамика выхода охлаждающего тракта КС на установившийся тепловой режим;

- подтверждена правильность технических решений по обеспечению запуска, управления, регулирования и пр. с учетом особенностей СПГ;

- разрабатываемый двигатель может быть использован как маршевый двигатель в перспективных разгонных блоках и верхних ступенях РН;

- полученные положительные результаты проведенного ОИ подтверждают целесообразность дальнейших экспериментальных работ по созданию ЖРД на топливной паре «жидкий кислород + сжиженный природный газ» [2].

Сжиженный природный газ (СПГ) на 90 % и более состоит из метана.

По сравнению с керосином метан имеет более высокую энергетическую ценность и охлаждающую способность, стоимость получения метана дешевле, чем керосина. Поэтому разработка ЖРД на экологически чистых компонентах топлива: метан в паре с жидким кислородом - отвечает тенденциям развития современных ракет-носителей.

Из-за лучшей охлаждающей способности двигатель имеет значительные запасы по ресурсу.

Использование сжиженного природного газа (метана) позволяет:

- обеспечить безопасность окружающей среды даже при аварийном сливе компонентов топлива;

- повысить удельный импульс тяги и улучшить энерго-массовые характеристики РН;

- повысить эффективность охлаждения камеры сгорания;

- упростить межпусковую обработку топливных трактов;

- снизить стоимость горючего;

- обеспечить длительность использования сырьевой базы при наличии больших природных запасов горючего;

- обеспечить доступность природного газа для любых национальных программ;

- облегчить создание двигателя любой принципиальной схемы (с окислительным или восстановительным газогенератором);

- использовать материалы, технологии и оборудование, присущие криогенной технике.

В программе развития космонавтики [5] могут появиться новые пункты, в соответствии с которыми промышленность займется созданием новой ракеты-

носителя и двигателя для нее. По сообщениям российских средств массовой информации, самарское ЦСКБ «Прогресс» подготовило пакет документов, касающихся перспективной ракеты-носителя сверхтяжелого класса. Эта ракета в будущем может использоваться для доставки различных космических аппаратов на Луну. Для достижения высоких характеристик новая сверхтяжелая ракета должна оснащаться жидкостными двигателями, использующими топливную пару сжиженный природный газ (СПГ) + жидкий кислород.

Создание двигателя на компонентах ЖК + СПГ требует продолжения научно-исследовательских, теоретических и экспериментальных работ, направленных на оптимизацию технических решений по обеспечению запуска, управления и регулирования, моделирование режимов работы двигателя и обеспечение его работоспособности.

Библиографические ссылки

1. Дорофеев А. А. Основы теории тепловых ракетных двигателей. Теория, расчет и проектирование : учебник для авиа- и ракетостроительных специальностей вузов. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2010. 463 с.

2. Клепиков И. А., Буканов В. Т., Мирошкин В. В. и др. ЖРД на метановом горючем. История, состояние и перспектива : сб. трудов НПО Энергомаш. 2000. № 18. 204 с.

3. Завьялов В. С. Метан в космической установке. 2012 [Электронный ресурс]. URL: http://zavjalov.okis.ru/ metan.html. (дата обращения: 23.09.2015).

4. Смирнов И. А., Яковлев А. Г., Бережной В. Н. Ресурсное испытание ЖРД на топливной паре жидкий кислород + СПГ. 2010 [Электронный ресурс]. URL: http://zavjalov.okis.ru/ metan.html. (дата обращения: 23.09.2015).

5. Рябов К. А. ЦСКБ «Прогресс» предлагает создать ракетный двигатель, работающий на СПГ // Военное обозрение : интернет-журнал. 2014 [Электронный ресурс]. URL: www.geoinform.ru/?an=mrr0506. (дата обращения: 23.09.2015).

References

1. Dorofeev A. A. Osnovy teorii teplovykh raketnykh dvigateley. Teoriya, raschet i proektirovanie: uchebnik dlya avia- i raketostroitel'nykh spetsial'nostey vuzov [Fundamentals of the theory of thermal rocket engines. Theory, calculation and design]. M.: Izd-vo MGTU im. N.E.Baumana, 2010, 463 pp.

2. Klepikov I. A., Bukanov V. T., Miroshkin V. V. ZhRD na metanovom goryuchem. Istoriya, sostoyanie i perspektiva [Methane fuel liquid rocket engines. History, state and prospects] Trudy NPO Energomash. М., Izd-vo 2000, vol. 18, pp. 192-204. (In Russ.)

3. Zav'yalov V. S. Metan v kosmicheskoy ustanovke [Methane in the space installation]. Available at: http://zavjalov.okis.ru/metan.html. (accessed 23.09.2015). (In Russ.)

4. Smirnov I. A., Yakovlev A. G., Berezhnoy V. N. Resursnoe ispytanie ZhRD na toplivnoy pare zhidkiy kislorod + SPG [Endurance test liquid rocket engine on liquid oxygen and SPG]. Avaliable at: http://engine.aviaport.ru/issues/72/page28.html. (accessed 23.09.2015). (In Russ.)

5. Ryabov K. A. TsSKB «Progress» predlagaet sozdat' raketnyy dvigatel', rabotayushchiy na SPG [«Progress» offers to create rocket engine based on SPG] Voennoe obozrenie. 2014. No. 21. Available at: www.geoinform.ru/?an = mrr0506 (accessed 23.09.2015). (In Russ.)

УДК 621. 793. 8

АНАЛИЗ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ АДГЕЗИОННОЙ ПРОЧНОСТИ ПОКРЫТИЙ

В. В. Кирбижекова, А. А. Снежко, О. И. Коток

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-таП: [email protected]

Рассмотрены методы контроля для количественного определения адгезии различных покрытий и их недостатки. Выявлены ограничения в применении методов определения адгезионной прочности покрытий. Предложены рекомендации по совершенствованию метода отрыва.

Ключевые слова: адгезионная прочность, метод нанесения сетки царапин, метод отрыва.

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Васянина А. Ю., Тонких А. А., Савчин Д. А.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Васянина А. Ю., Тонких А. А., Савчин Д. А.

PROSPECTS OF THE METHANE-OXYGEN USING

Текст научной работы на тему «Перспективы использования компонентов топлива метан-кислород в жидкостных ракетных двигателях»