СИСТЕМА НАДДУВА БАКА РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ ЖРД

TANK BOOST SYSTEM FOR LIQUID ROCKET ENGINES

Nikolay Kaushan

student, Department of Aircraft Engines, Reshetnev Siberian State University of Science and Technology,

Russia, Krasnoyarsk

АННОТАЦИЯ

В качестве цели настоящей статьи определена необходимость отражения основных тенденций совершенствования системы наддува ЖРД на основе комплексного подхода. В качестве метода использованы общенаучные методы анализа, обобщения, сравнения. Результаты научных изысканий позволили говорить о необходимости совершенствования системы наддува (СН). Система наддува очень сложная технологически система, однако, ее конструктивное совершенствование необходимо, так именно система наддува формирует конструкцию самого двигателя и конструкцию ракеты – носителя. Современные научные публикации позволяют говорить о том, что недавнее прошлое, как и перспективы, связаны с совершенствованием жидкостных ракетных двигателей, поэтому совершенствование конструкции системы наддува особенно актуально.

ABSTRACT

As the purpose of this article, the need to reflect the main trends in improving the fuel injection system on the basis of an integrated approach is determined. General scientific methods of analysis, generalization, and comparison are used as a method. The results of scientific research made it possible to talk about the need to improve the boost system. The boost system is a very technologically complex system, however, its constructive improvement is necessary, since it is the boost system that forms the design of the engine itself and the design of the launch vehicle. Modern scientific publications allow us to say that the recent past, as well as the prospects, are associated with the improvement of liquid rocket engines, therefore, the improvement of the design of the boost system is especially relevant.

Ключевые слова: система наддува, кислород, гелий, жидкостный ракетный двигатель, комплексный подход.

Keywords: boost system, oxygen, helium, liquid rocket engine, integrated approach.

В основе действия жидкостного ракетного двигателя лежит химическая реакция жидкого топлива, в качестве которого выступает сжиженный газ. В современных условиях эксплуатации наиболее распространены газобаллонные системы наддува с горячим гелием. Этой теме посвящено недостаточное число исследований, однако, анализ научных публикаций по теме статьи позволили выявить серию публикаций Ю.А. Митикова, который посвятил исследованию проблем систем надува ракет-носителей несколько работ. Так, автор рассматривает газобаллонные системы наддува [2], описывает схему работы и выделяет недостатки работы системы. В целях совершенствования существующих конструкций Ю.А. Митиков экспериментально исследует дальнобойность вихревых колец применительно к условиям топливных баков ракет-носителей, указывает на эффективность такого ввода газа при использовании горячих рабочих тел [3, с.30-33]. Кроме того, автор, с учетом показателей тепловых режимов функционирования газобаллонных систем наддува топливных баков ракет-носителей рассмотрел возможные пути повышения их эффективности, основанные на разнице начальной и конечной температур гелия в баллонах [4, с. 50-53]. Другими специалистами предлагались и другие способы повышения эффективности [13, с.60-62].

Система наддува очень сложная технологически система, однако, ее конструктивное совершенствование необходимо, так именно система наддува формирует конструкцию самого двигателя и конструкцию ракеты – носителя.

Наиболее распространенная топливная пара для ЖРД – кислород-керосин, а газобаллонные системы наддува (СН) снабжены горячим гелием. К настоящему времени накоплен значительный позитивный опыт применения гелиевых СН, при их проектировании отсутствуют проблемные вопросы.

На рисунке приведена типичная принципиальная схема горячей газобаллонной СН бака горючего І ступени ракеты-носителя.

Рисунок 1. Типичная принципиальная схема горячей газобаллонной СН бака горючего І ступени ракеты-носителя

Наиболее распространенные сегодня горячие гелиевые СН имеют недостатки, которые, по мнению специалистов, уже неустранимы, так как процессы совершенствования конструктивных особенностей достигли своего предела. Предлагаемые специалистами изменения не приводят к значительным изменениям эффективности работы ЖРД.

В связи с чем В.А. Урбанский предлагает использование комплексного подхода при проектировании систем наддува ЖРД [5, с.27-29]. Предлагаемая схема комбинированной системы наддува топливного бака представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема комбинированной системы наддува топливного бака О

В основе нового подхода лежит комбинация систем наддува. Процессы тепло- и массообмена основаны на 1 законе термодинамики: наддув бака О ведется с использованием горячих продуктов разложения перекиси водорода и холодного гелия. Такая схема, по мнению В.А. Урбанского значительно эффективнее, что подтверждено и в теории, и на практике.

Проведенный анализ конструктивных схем самых распространенных в мире горячих гелиевых газобаллонных систем наддува и их функционирования показывает, что к настоящему моменту их возможности практически исчерпаны. Ожидать заметного улучшения параметров систем наддува в дальнейшем не приходится, тут остались нерешенными лишь некоторые нюансы и вопросы методического характера, которые могут быть предметом отдельных исследований.

При создании ракеты-носителя нового поколения для заметного улучшения массовых и эксплуатационных характеристик систем наддува топливных баков, повышения их надежности нужны новые плодотворные идеи, должны использоваться последние достижения химической термодинамики, теплопередачи, нанотехнологий.

Список литературы:

1. Жариков К. И., Кузнецов В. И. Газобаллонные системы наддува: пути повышения эффективности // Поиск эффективных решений в процессе создания и реализации научных разработок в российской авиационной и ракетно-космической промышленности: Междунар. научно-практическая конф. (Казань, 05–08 авг. 2014 г.). – Казань, 2014. – С. 60-62
2. Митиков Ю.А. Газобаллонные системы наддува и ракеты-носители нового поколения [Электронный ресурс] // Космическая техника. Ракетное вооружение – 2012. – Вып. 1. – URL: http://www.it.ru/article.php?no=317 (дата обращения 20.10.2021)
3. Митиков Ю. А. Использование вихревых колец для наддува топливных баков двигательных установок ракет-носителей // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2012. – Т. 5. – № 7(59). – С. 30-33
4. Митиков Ю.А., Артамонов А.И. Совершенствование газобаллонной системы полетного наддува // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2012. – Т. 3. – № 7(57). – С. 50-53
5. Урбанский В.А. Исследование системы наддува жидкого кислорода холодным газом гелием и перекисью водорода // Проблемы разработки, изготовления и эксплуатации ракетно-космической техники и подготовки инженерных кадров для авиакосмической отрасли: материалы XV Всерос. научно-техн. конф. (Омск, 20–21 апр. 2021 г.). – Омск: Омский государственный технический университет, 2021. – С. 27-29