Передовой опыт использования жидкостных ракетных двигателей

Пути совершенствования жидкостных ракетных двигателей. Изучение космической политики мировых и региональных держав. Основные направления повышения эффективности существующих и перспективных направлений проектирования жидкостных ракетных двигателей.

Рубрика Астрономия и космонавтика
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 06.09.2021
Размер файла 22,8 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

«Институт космической техники» Сибирский Государственный университет науки и технологий им. академика М. Ф. Решетнёва Россия, г. Красноярск

Передовой опыт использования жидкостных ракетных двигателей

Кожемякин С.А., студент 5 курс, факультет

Пилипенко А.А., студент 5 курс, факультет

Аннотация

В настоящее время, пути совершенствования жидкостных ракетных двигателей в значительной мере зависят от космической политики мировых и региональных держав. Публикации специалистов отражают опыт исследований в США, Китае, России, а также в ряде региональных держав: Иране, Индии, Японии, Израиле и Северной Корее. В статье представлены основные направления повышения эффективности существующих и перспективных направлений проектирования жидкостных ракетных двигателей.

Ключевые слова: программы пилотируемых полетов, освоение космического пространства, жидкостный ракетный двигатель, взрывные процессы, добавки в топливо, жидкое топливо.

Annotation

Currently, the ways to improve liquid rocket engines largely depend on the space policy of world and regional powers. The experts ' publications reflect research experience in the United States, China, Russia, as well as in a number of regional powers: Iran, India, Japan, Israel, and North Korea. The article presents the main directions of improving the efficiency of existing and future directions of designing liquid rocket engines.

Keywords: manned flight programs, space exploration, liquid rocket engine, explosive processes, fuel additives, liquid fuel.

Основная часть

Качественный скачок в развитии космических транспортных средств может быть достигнут путем разработки и внедрения принципиально новых двигателей, использующих быстропротекающие (взрывные) процессы, например пульсирующих детонационных двигателей. Для такого типа двигателей характерны:

- детонационный механизм преобразования энергии,

- высокая (вплоть до ультразвуковой) частота рабочих циклов,

- отсутствие механической клапанной решетки,

- возможность работы как в ракетном, так и воздушно-реактивном режимах [1].

Однако, исследования российских ученых, проводимые на базе отраслевых НИИ и конструкторских бюро соответствующего профиля, показали, что жидкостные ракетные двигатели остаются основными для перспективных средств выведения летательных аппаратов на орбиту в ближайшие 20 лет. Необходимо отметить, что в основе действия жидкостного ракетного двигателя лежит химическая реакция жидкого топлива, в качестве которого выступает, например, сжиженный газ. Перспективные разработки в сфере разработки новых современных конструкций в полной мере основаны на жидкостных ракетных двигателях. Однако, такие исследования не всегда завершаются успешными испытаниями и внедрением, что связано с огромными затратами на финансирование как со стороны государства, так и со стороны частных инвесторов. В настоящее время российская компания «Лин Индастриал» разрабатывает ракету «Таймыр» с диапазоном полезных нагрузок от 10 килограмм до 180-ти при выводе на низкую околоземную орбиту. Еще в 2016 году «Лин Индастриал» провела огневые испытания жидкостного ракетного двигателя РДЛ-100С «Атар», предназначенного для носителя, а также испытала дозвуковой «летающий стенд» с целью отработки одного из вариантов системы управления. В настоящее время проект не закончен по причине его остановки руководством - «Роскосмос» не проявил большого интереса к инвестированию, а денег частных инвесторов оказалась недостаточно.

Такая ситуация характерна не только для российской космонавтике, где ЖРД все же являются основой. Ученые-конструкторы других стран неустанно совершенствуют конструкции ЖРД. Так, например, Китай обладает независимыми надёжными средствами для доступа в космическое пространство, обеспечив себе конкурентные преимущества на мировом рынке [2]. Совершенствуя свои конструкторские разработки в разных направлениях освоения космического пространства китайские ученые основываются на использовании ЖРД. Ракета легкого класса Newline-1, разрабатываемая частной компанией Linkspace, будет состоять из двух ступеней, первая из которых сможет возвращаться на Землю и использоваться повторно, подобно американской Falcon 9. RLV-T5, имеющая длину 8,1 метров и диаметр 65 см., укомплектована пятью жидкостными двигателями. В качестве горючего используется этанол и сжиженный кислород.

Необходимо отметить конструктивные разработки в Иране. В основе самых современных проектов страны лежит создание ракеты-носителя (РН) Сафир. В настоящее время эта серия достаточно успешно эксплуатируется правительство в научных целях и имеет место несколько вариантов модернизаций ракеты-носителя. Все они представляет собой двухступенчатую жидкостную ракету. Стартовая масса РН составляет около 25 т, длина - 25-30 м. В двигательных установках в качестве компонентов топлива используется окислитель АК-27И (на основе азотной кислоты) и углеводородное горючее - ТМ-185 [2].

Современные ЖРД - визитная карточка японской космонавтики. В 2020 году закончено строительство новой ракеты компанией Mitsubishi Heavy Industries. Базовая структура ракеты включает усовершенствованный жидкостной двигатель.

В целом, в качестве перспективных направлений использования ЖРД ученые Исследовательского центра им. М.В. Келдыша совместно с ЦНИИМаш выделили следующие технологии [3]:

- использование сжиженных природных газов (СПГ) в качестве универсального, экологически чистого горючего;

- применение новых схем двигателя, в частности с дожиганием восстановительного генераторного газа, и эффективных систем охлаждения камер сгорания;

- использование высокоэффективных систем контроля качества и надежности двигателей в производстве;

- применение новых рациональных схем трехкомпонентных ЖРД.

Эти технологии характеризуют три типа перспективных ЖРД:

1 Кислородно-метановые ЖРД. Создание такого двигателя может рассматриваться как составная часть общероссийской программы расширения и повышения эффективности использования сжиженных природных газов на автомобильном, железнодорожном, авиационном транспорте и в ракетно - космической технике. Необходимость реализации такой программы может быть обусловлена дефицитом вырабатываемых из нефти топлив, большими запасами, доступностью и относительной дешевизной природного газа, а также экологическими преимуществами его применения.

2 Трехкомпонентный двигатель. Для разработки в дальнейшем наиболее эффективных одноступенчатых систем выведения необходимо создание ЖРД нового поколения, работающих при использовании с жидким кислородом двух горючих- водорода и УВГ. Основным преимуществом трехкомпонентных ЖРД по сравнению с двухкомпонентными кислородно - водородными двигателями является уменьшение потребных запасов водорода в 1,5...2 раза, что позволит сократить затраты на выведение ПН. Это обеспечит также уменьшение «сухой» массы конструкции носителя. Проведенные исследования показали конкурентоспособность и значительную эффективность ЖРД, работающих на трехкомпонентном топливе.

3 Жидкостно-воздушный ракетный двигатель (ЖВРД). Разработка двигателей, работающих с использованием атмосферного воздуха, связана с решением ряда новых научно-технических проблем, что, как показывает анализ, отодвигает возможность создания ЖВРД на более отдаленное будущее. ЖВРД следует рассматривать в первую очередь как перспективный двигатель для одноступенчатых многоразовых воздушно -космических систем.[4].

Кроме того, необходимо отметить возможности использования различных добавок и присадок для повышения эффективности жидких ракетных горючих. Их внедряют на нефтеперерабатывающих заводах. Литий и бериллий- представители таких добавок [5].

Выводы

жидкостный ракетный двигатель космический

В заключение следует говорить о том, что на настоящем этапе развития космических транспортных средств сложилась ситуация, когда возможности по совершенствованию химических ракетных двигателей традиционных типов (на основе стационарных или медленно протекающих рабочих процессов) практически полностью исчерпаны и ограничены незначительным улучшением энергомассовых характеристик, достигаемым, как правило, в ущерб надежности, безопасности и экологичности. Качественный скачок в развитии космических транспортных средств может быть достигнут путем разработки и внедрения принципиально новых двигателей, использующих быстропротекающие (взрывные) процессы, например пульсирующих детонационных двигателей.

Библиографические ссылки

1. Россия и международная безопасность в космосе / Отв. ред. А.А. Кокошин; Научн. Ред. А.Д. Богатуров. М.: КРАСАНД, 2013. С.25-31.

2. Ганиев Т.А., Карякин В.В. Космическая политика мировых и региональных держав/ Т.А. Ганиев, В.В. Карякин. Монография. - М.: Архонт, 2020. С.55.

3. Алтунин В.А., Алтунин К.В., Алиев И.Н., Абдуллин М.Р., Давлатов Н.Б., Платонов Е.Н., Яновская М.Л. Некоторые пути повышения эффективности жидких и газообразные углеводородных и азотосодержащих горючих для двигателей летательных аппаратов. Тепловые процессы в технике. 2019. Т. 11. № 10. С. 453-479.

4. Алтунин В.А., Давлатов Н.Б., Зарипова М.А. и др. Некоторые пути повышения эффективности углеводородных и азотосодержащих горючих космического применения // Журнал «Военмех. Вестник БГТУ», № 55, 2019. С. 424-429.

5. Алтунин, В.А., Давдатов Н.Б., Заипова М.А. Анализ путей повышения эффективности жидких горючих двигателей и энергоустановок, 2018. С. 326-330.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Рассмотрение краткой истории создания и компоновочной схемы ракеты-носителя "Космос-3М". Тактико-технические характеристики двигателей ракеты. Редукторы давления в системах топливоподачи жидкостных ракетных двигателей: их устройство и принцип действия.

    курсовая работа [1,8 M], добавлен 19.11.2012

  • Использование ракетных двигателей на твердом топливе в составе современных образцов ракетно-космической техники. Структура зоны горения смесевого твердого топлива. Анализ и выбор метода измерения температурного поля и скорости стационарного горения.

    дипломная работа [1,9 M], добавлен 18.08.2011

  • Возникновение силы тяги в ракетном двигателе. Устройство, принцип действия, сфера использования, преимущества и недостатки жидкостного ракетного двигателя. История создания твердотопливного ракетного двигателя. Особенности ядерных ракетных двигателей.

    презентация [6,6 M], добавлен 16.08.2011

  • Выбор основных параметров ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ). Расчет теплозащитного покрытия двигателя. Выбор давления в камере сгорания и на срезе сопла. Расчет характеристик прогрессивности щелевого заряда и звездчатого заряда РДТТ.

    курсовая работа [549,5 K], добавлен 30.11.2009

  • Разработка конструкции двигателей летательных аппаратов. Выбор оптимальных материалов корпуса и соплового блока на примере тормозного ракетного твердотопливного двигателя трехблочной системы посадки космического летательного аппарата "Восход" на Землю.

    курсовая работа [1,9 M], добавлен 07.03.2013

  • Изучение жизненного пути и научной деятельности С.П. Королева - выдающегося конструктора и ученого, работавшего в области ракетной и ракетно-космической техники. Открытия ученого, обеспечившие стратегический паритет России в ракетно-космической отрасли.

    реферат [57,5 K], добавлен 30.03.2011

  • Разработка ракет с широким применением унифицированных базовых конструкций и доступной элементной базой. Тактико-технические характеристики ракет-носителей "Виктория-К", "Волна", "Единство". Описание двигателей, определение центра масс в процессе полета.

    курсовая работа [2,2 M], добавлен 11.12.2014

  • Основные понятия, необходимые для успешного изучения космической геодезии. Описание систем координат, наиболее часто используемых в астрономии для описания положения светил на небе. Общие сведения о задачах космической геодезии как науки, их решение.

    контрольная работа [1,2 M], добавлен 11.01.2010

  • Основы государственной космической программы Российской Федерации в области космической деятельности. Направления работ в данной области исследований. Содержание космических программ Китая, Индии и Бразилии, оценка научных достижений и финансирование.

    презентация [1,5 M], добавлен 06.04.2016

  • Cовременное состояние российской космической промышленности и ее стратегическое значение для экономики страны. Условия развития авиапромышленности. Перечень регионов, наиболее перспективных в плане укрепления и развития авиационной отрасли России.

    курсовая работа [54,1 K], добавлен 25.01.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.