Добавить новость
smi24.net
Все новости
Октябрь
2015

СПГ для ЖРД

Топливо из кухонной конфорки весьма эффективно для ракетных двигателей Ракетно-космический мир на перепутье: глобальные тенденции требуют снизить стоимость и увеличить экологическую безопасность космических услуг. Конструкторам приходится изобретать новые жидкостные ракетные двигатели (ЖРД) на экологически чистых видах топлива, заменяя дорогой, крайне энергоемкий жидкий водород дешевым сжиженным природным газом (СПГ) с содержанием метана 90–98 процентов. Это горючее в паре с жидким кислородом позволяет создавать новые высокоэффективные и недорогие двигатели с максимальным использованием уже существующих элементов конструкторского, материального, технологического и производственного задела. СПГ не ядовит, при сгорании его в кислороде образуются водяной пар и двуокись углерода. В отличие от керосина, широко используемого в ракетной технике, проливы СПГ быстро испаряются, не нанося вреда окружающей среде. Первые испытания Температура воспламенения природного газа с воздухом и нижний предел его взрывоопасной концентрации выше, чем водорода и паров керосина, поэтому в области малых концентраций в сравнении с другим углеводородным горючим он менее взрывоопасен. В целом эксплуатация СПГ в качестве ракетного горючего не требует каких-либо дополнительных мер пожаровзрывопредупреждения, не применявшихся ранее. Плотность СПГ в шесть раз выше, чем жидкого водорода, но в два раза ниже, чем керосина. Меньшая плотность ведет к соответствующему увеличению размеров бака СПГ по сравнению с керосиновым баком. Однако с учетом более высокого соотношения расходов окислителя и горючего (составляет примерно 3,5 к 1 для топлива «жидкий кислород (ЖК) + СПГ» и 2,7 к 1 для топлива «ЖК + керосин») общий объем заправляемого топлива «ЖК + СПГ» увеличивается только процентов на 20. С учетом эффекта криогенного упрочнения материала, а также возможности совмещения днищ баков ЖК и СПГ утяжеление топливных емкостей будет относительно небольшим. И, наконец, производство и транспортировка СПГ давно уже освоены. Конструкторское бюро химического машиностроения (КБ химмаш) имени А. М. Исаева в подмосковном Королеве приступило к работам (как оказалось, растянувшимся на годы из-за весьма скудного финансирования) по освоению топлива «ЖК + СПГ» в 1994 году, когда были проведены проектно-расчетные проработки и принято решение о создании нового двигателя с использованием схемно-конструктивной базы имеющегося кислородно-водородного КВД1 тягой 7,5 тс, успешно эксплуатируемого в составе верхней ступени (Cryogenic Upper Stage) 12КРБ индийской ракеты-носителя GSLV MkI (Geosynchronous Satellite Launch Vehicle). В 1996 году прошли автономные огневые испытания газогенератора на ЖК и природном газе в качестве компонентов топлива, имевшие целью в основном проверку режимов запуска и устойчивой работы – 13 включений подтвердили работоспособность газогенератора и дали результаты, которые использовались при разработке восстановительных газогенераторов, работающих по открытой и замкнутой схемам. В августе-сентябре 1997-го в КБ химмаш проведены огневые испытания рулевого блока двигателя КВД1 (также с использованием природного газа вместо водорода), в котором в единой конструкции совмещены отклоняемая в двух плоскостях на угол ±39,5 градуса камера (тяга – 200 кгс, давление в камере – 40 кг/см2), арматура пуска и останова, пиротехническая система зажигания и электроприводы – один штатный рулевой блок КВД1 прошел шесть включений с общей наработкой более 450 секунд и давлением в камере в диапазоне 42–36 кг/см2. Результаты испытаний подтвердили возможность создания камеры малой размерности с использованием природного газа в качестве охладителя. В августе 1997 года КБ химмаш приступило к огневым испытаниям полноразмерного двигателя замкнутой схемы тягой 7,5 тс на топливе «ЖК + СПГ». Основой для изготовления явился доработанный двигатель КВД1 замкнутой схемы с дожиганием восстановительного газогенераторного газа и охлаждением камеры горючим. Штатный насос окислителя КВД1 был доработан: диаметр рабочего колеса насоса увеличен для обеспечения необходимого отношения напоров насосов окислителя и горючего. Также проведена корректировка гидравлической настройки магистралей двигателя для обеспечения расчетного соотношения компонентов. Использование двигателя-прототипа, ранее прошедшего цикл огневых испытаний на топливе «ЖК + жидкий водород», обеспечило максимальное сокращение затрат на проведение исследования. Холодные испытания позволили отработать методику подготовки двигателя и стенда к огневой работе в части обеспечения требуемых параметров СПГ в стендовых емкостях, захолаживания магистралей окислителя и горючего до температур, гарантирующих надежную работу насосов в пусковой период и стабильный и устойчивый запуск двигателя. Первое огневое испытание двигателя состоялось 22 августа 1997 года на стенде предприятия, которое сегодня называется Научно-испытательный центр ракетно-космической промышленности (НИЦ РКП). В практике КБ химмаша данные испытания являлись первым опытом использования СПГ в качестве горючего полноразмерного двигателя замкнутой схемы. Задачей испытания было получение успешного результата за счет некоторого снижения параметров и облегчения условий работы двигателя. Управление выходом на режим и работой на режиме осуществлялось с помощью регуляторов тяги и соотношения расходов компонентов топлива с использованием алгоритмов КВД1, учитывающих взаимо-влияние каналов управления. Программа первого огневого испытания двигателя замкнутой схемы была выполнена полностью. Двигатель отработал заданное время, замечаний по состоянию материальной части не было. Результаты испытания подтвердили принципиальную возможность использования в агрегатах кислородно-водородного двигателя СПГ в качестве горючего. Газа много – кокса нет В дальнейшем испытания были продолжены с целью более углубленного изучения процессов, связанных с использованием СПГ, проверки работы агрегатов двигателя в более широких условиях применения, оптимизации конструкторских решений. Всего с 1997 по 2005 год прошло пять огневых испытаний двух экземпляров двигателя КВД1, адаптированного для использования топлива «ЖК + СПГ», длительностью от 17 до 60 секунд, содержание метана в СПГ – от 89,3 до 99,5 процента. В целом результаты этих испытаний позволили определить основные принципы разработки двигателя и его агрегатов при использовании топлива «ЖК + СПГ» и перейти в 2006 году к следующему этапу исследований, предусматривающих разработку, изготовление и испытание двигателя С5.86. Камера сгорания, газогенератор, турбонасосный агрегат и органы регулирования последнего конструктивно и параметрически выполнены специально для работы на топливе «ЖК + СПГ». К 2009 году проведено два огневых испытания двигателей С5.86 продолжительностью 68 и 60 секунд при содержании метана в СПГ 97,9 и 97,7 процента. Были получены положительные результаты по запуску и останову ЖРД, работе на установившихся режимах по тяге и соотношению компонентов топлива (в соответствии с управляющими воздействиями). Но одна из основных задач – экспериментальная проверка отсутствия накопления твердой фазы в тракте охлаждения камеры (кокса) и в газовом тракте (сажи) при достаточно длительных включениях – не могла быть выполнена из-за ограниченного объема стендовых емкостей СПГ (максимальная длительность включения составляла 68 секунд). Поэтому в 2010 году принято решение дооборудовать стенд для проведения огневых испытаний длительностью не менее 1000 секунд. В качестве нового рабочего места был использован стенд НИЦ РКП для испытаний кислородно-водородных ЖРД, обладающий емкостями соответствующего объема. При подготовке к испытанию был учтен значительный опыт, полученный ранее при проведении семи огневых испытаний. В период с июня по сентябрь 2010 года стендовые системы жидкого водорода дорабатывались для использования СПГ, на стенд установлен двигатель С5.86 № 2, проведены комплексные проверки систем измерения, управления, аварийной защиты, регулирования соотношения расходов компонентов топлива и давления в камере сгорания. Заправка стендовых емкостей горючим производилась из транспортной емкости заправщика (объем – 56,4 м3 с заправкой 16 т) с помощью блока заправки СПГ, включающего теплообменник, фильтры, запорную арматуру, средства измерения. После завершения заправки емкостей стендовые магистрали подачи компонентов топлива в двигатель захолаживались и заполнялись. Двигатель запустился и работал нормально. Изменения режима происходили в соответствии с воздействиями системы управления. С 1100 секунды температура газогенераторного газа постоянно нарастала, вследствие чего было принято решение об останове двигателя. Выключение прошло по команде на 1160 секунде без замечаний. Причиной роста температуры явилась возникшая в ходе испытания негерметичность выходного коллектора тракта охлаждения камеры сгорания – трещина в сварном шве заглушенного технологического штуцера, установленного на коллекторе. Анализ результатов проведенного огневого испытания позволил заключить: -в процессе работы параметры двигателя были стабильны на режимах при различных сочетаниях соотношения расходов компонентов топлива (2,42 к 1 – 3,03 к 1) и тяги (6311 – 7340 кгс); -подтверждены отсутствие образований твердой фазы в газовом тракте и отсутствие коксовых отложений в жидкостном тракте двигателя; -получены необходимые экспериментальные данные для уточнения методики расчета охлаждения камеры сгорания при использовании СПГ в качестве охладителя; -исследована динамика выхода охлаждающего тракта камеры сгорания на установившийся тепловой режим; -подтверждена правильность технических решений по обеспечению запуска, управления, регулирования и прочего с учетом особенностей СПГ; -разрабатываемый С5.86 тягой 7,5 тс может быть использован (в одиночку или в связке) как маршевый двигатель в перспективных разгонных блоках и верхних ступенях ракет-носителей; -положительные результаты огневых испытаний подтвердили целесообразность дальнейших экспериментов по созданию двигателя на топливе «ЖК + СПГ». На следующем огневом испытании в 2011 году выполнено двукратное включение двигателя. До первого выключения двигатель проработал 162 секунды. На втором включении, проведенном для подтверждения отсутствия образований твердой фазы в газовом тракте и коксовых отложений в жидкостном тракте, была достигнута рекордная длительность работы двигателя такой размерности при однократном включении – 2007 секунд, а также подтверждены возможности дросселирования тяги. Испытание было прекращено по выработке компонентов топлива. Суммарная наработка данного экземпляра двигателя составила 3389 секунд (четыре включения). Проведенная дефектация подтвердила отсутствие образований твердой фазы и кокса в трактах двигателя. Комплекс расчетно-теоретических и экспериментальных работ с С5.86 № 2 подтвердил: -принципиальную возможность создания двигателя необходимой размерности на топливной паре компонентов «ЖК + СПГ» с дожиганием восстановительного генераторного газа, обеспечивающего поддержание стабильных характеристик и практическое отсутствие твердой фазы в газовых трактах и коксовых отложений в жидкостных трактах двигателя; -возможность многократного запуска и останова двигателя; -возможность продолжительной работы двигателя; -правильность принятых технических решений по обеспечению многократного запуска, управления, регулирования с учетом особенностей СПГ и аварийной защиты; -возможности стенда НИЦ РКП по проведению длительных испытаний. Также совместно с НИЦ РКП разработана технология транспортировки, заправки и термостатирования больших масс СПГ и отработаны технологические решения, практически применимые для процедуры заправки летных изделий. СПГ – путь к многоразовым полетам Вследствие того что узлы и агрегаты двигателя-демонстратора С5.86 № 2 из-за ограниченного финансирования были оптимизированы не в должном объеме, не удалось решить в полной мере ряд задач, в том числе: уточнение теплофизических свойств СПГ как охладителя; получение дополнительных данных для проверки сходимости характеристик основных агрегатов при моделировании на воде и работе на СПГ; экспериментальная проверка возможного влияния состава природного газа на характеристики основных агрегатов, в том числе трактов охлаждения камеры сгорания и газогенератора; определение характеристик ЖРД в более широком диапазоне изменения режимов работы и основных параметров как при единичном, так и при многократных включениях; оптимизация динамических процессов при запуске. Для решения этих задач КБ химмаш изготовило модернизированный двигатель С5.86А № 2А, турбонасосный агрегат которого впервые оснащался пусковой турбиной, модернизированными основной турбиной и насосом горючего. Модернизирован тракт охлаждения камеры сгорания и перепрофилирована игла дросселя соотношения компонентов топлива. Огневое испытание двигателя было проведено 13 сентября 2013 года (содержание метана в СПГ – 94,6%). Программа испытаний предусматривала три включения общей длительностью 1500 секунд (1300 + 100 + 100). Запуск и работа двигателя на режиме проходили нормально, однако на 532 секунде система аварийной защиты сформировала команду на аварийное выключение. Причиной аварии явилось попадание посторонней металлической частицы в проточную часть насоса окислителя. Несмотря на аварию, С5.86А № 2А проработал достаточно долгое время. Впервые был проведен запуск двигателя, предназначенного для использования в составе ракетной ступени, требующей многократного запуска, по реализованной схеме с применением бортового пополняемого аккумулятора давления. Получен устойчивый режим работы при заданном режиме по тяге и максимальном из реализованных ранее соотношении расходов компонентов топлива. Определены возможные резервы по форсированию тяги и повышению соотношения расходов компонентов топлива. Сейчас КБ химмаш завершает изготовление нового экземпляра С5.86 для испытаний на максимально возможный ресурс по времени работы и количеству включений. Он должен стать прототипом реального двигателя на топливе «ЖК + СПГ», который придаст новое качество верхним ступеням ракет-носителей и вдохнет жизнь в многоразовые транспортные системы. С их помощью космос станет доступным не только для исследователей и изобретателей, но, возможно, и просто для путешественников.








118 лет назад, 25 июля 1907 года, Ставропольская психиатрическая больница приняла первых 47 пациентов

Игровые терминалы в ТЦ: союз ради будущего

В депо «Чита» будет установлен первый цифровой весоизмерительный комплекс системы подачи песка под колесные пары локомотива

Баскова, Киркорова и Лазарева погнали с экранов: попались на непотребщине


Juventus and Roma weigh up McKennie & Cristante swap

Kolo Muani: Juventus prepare new offer but face Man United and Chelsea threat

The Great Indian Kapil Show: Raghav Chadha reveals telling Parineeti Chopra to manifest he will never become the PM; says ‘Yeh jo bolti hai wo ulta hota hai’

UFC Abu Dhabi live blog: Shara Bullet vs. Marc-Andre Barriault


В Орловской области в реке утонула женщина

Сунул нос не в своё дело: серийного нюхателя жоп снова поймали в Калифорнии

Сказка на ночь от Бормора (писатель такой)

Технологии будущего: MGIMO Ventures объявляет старт четвертого сезона акселерационной программы


Brütal Legend is free in honor of Ozzy Osbourne, but only for 666 minutes

«Если бы у Наруто и AC Shadows был ребёнок»: Разбор англоязычной версии Where Winds Meet

Quarantine Zone creator reveals 3 reasons the zombie sim went viral on TikTok

Ninja Party можно предзаказать в мобильных маркетах с релизом в конце июля



Пловец из Москвы погиб во время заплыва на Волге

Пловец из Москвы скончался во время заплыва по Волге в Нижнем Новгороде

Ni Mash: пловец из Москвы умер во время заплыва на Волге в Нижнем Новгороде

«Спартак» разгромно проиграл «Балтике» после двух удалений


В Санкт-Петербурге обсудили внедрение ИИ в разработку и оптимальные корпоративные архитектуры

Овчинский: инвестор благоустроит пространство на Саввинской набережной

«Деловые Линии» сократили сроки авиаперевозок по более чем 4400 направлений по России

Две Маши из калининградского «Локомотива» и пара из Кубы – победители этапа чемпионата России по пляжному волейболу в Барнауле


Опубликованы кадры трагического заплыва с пловцом из Москвы

Путин: ВМФ России будет оснащаться самой современной техникой и вооружением

Акцент на водителях старше 60: какие изменения могут ждать пожилых автолюбителей

В Нижегородской области откроется новое военно-инженерное училище


Александр Бублик выиграл 2-й подряд турнир ATP

Чемпион Универсиады по настольному теннису Сидоренко будет выступать за японский клуб

Медведев победил У Ибина и вышел в четвертьфинал турнира ATP в Вашингтоне

Россиянин Сидоренко выиграл золото Универсиады в настольном теннисе


"КИБЕР ПУШКИН": ХОТЬ ДОМ КУЛЬТУРЫ МОЖНО НЕ СНОСИТЬ, НО ПРАВИЛЬНО ДОПОЛНИТЬ И УЛУЧШИТЬ ВСЁ, ЧТО НУЖНО, ОБЯЗАТЕЛЬНО! СЕНСАЦИЯ! Россия, США, Европа могут улучшить отношения и здоровье общества!

Оренбурженка отсудила у авиакомпании почти 10 тысяч рублей за сломанное колесо чемодана

Ефимов: жители четырех домов в Южном Бутове осматривают жилье по реновации

Глава государства поздравил ВМФ с профессиональным праздником


Музыкальные новости

Любовь Толкалина: «Ушла от Кончаловского к самому лучшему человеку на Земле — Борису Гребенщикову»

«С детства было ясно, что растет большой артист»: мать Тимати высказалась о популярности сына

Мигель жестко прошелся по Zivert после успеха ее шоу в Москве: «Идите вы все!»

Менеджер Артиста. Менеджер по работе с артистами.


ИИ в Подмосковье резко снизил количество жалоб на незаконную торговлю

Пловец из Москвы погиб во время заплыва на Волге

Ni Mash: пловец из Москвы умер во время заплыва на Волге в Нижнем Новгороде

Пловец из Москвы умер во время соревнований в Нижнем Новгороде


Вучич рассказал о предложении Си Цзиньпина на встрече в Москве

"Локомотив" победил "Краснодар" в российском чемпионате.

Московская область выиграла первый командный чемпионат России по гольфу

Депутат ЗСК Виктор Тепляков провёл совещание по вопросам содержания АЗС в Сочи


Акцент на водителях старше 60: какие изменения могут ждать пожилых автолюбителей

"Безопасность прежде всего: россияне столкнулись с неожиданной проблемой"

Авторские лимонады, креветки на веточке и пончики: гастрономическая программа «Лета в Москве»

Канал, о котором мечтали несколько веков...


«Подводная лодка, демонтрированная Путину, произвела шок на Западе»

СМИ: Путин на этой неделе отправил США ominous сигнал.

Путин поздравил Жапарова с юбилеем подписания декларации о союзничестве.

Путин в День ВМФ прибыл на территорию Главного Адмиралтейства в Санкт-Петербурге


Профессор Баранова рассказала, кому опасен новый штамм коронавируса



Профессор Баранова рассказала, кому опасен новый штамм коронавируса

Выбрать клинику гнатологии в Москве

Выбор клиники гнатологии в Москве

Выбрать клинику гнатологии в Москве


Запад ударил Зеленского по самому больному месту – кошельку: Киев показательно лишили 1,5 миллиардов помощи

Турция заявила о договоренности по возможной встрече Путина и Зеленского

Почему Израилю можно ВСЁ: Аннексия Палестины и молчание мира


Пловец из Москвы скончался во время заплыва по Волге в Нижнем Новгороде

Пловец из Москвы умер во время соревнований в Нижнем Новгороде

Ni Mash: пловец из Москвы умер во время заплыва на Волге в Нижнем Новгороде

3 км на открытой воде: пловец умер во время соревнований в Нижнем Новгороде



Собянин в День работника МФЦ поздравил сотрудников центров госуслуг Москвы

Собянин: На территории промзоны «Кирпичные улицы» будет создана социнфраструктура

Собянин поздравил работников центров госуслуг с профессиональным праздником

Собянин: Москвичи победили на Международной олимпиаде по биологии в Филиппинах


Бабка бронзовая и красотка-девушка: какие виды стрекоз можно встретить в Москве

Москвичей предупредили об аномальной жаре 28–30 июля

Леса в Турции горят вместе с отпуском: как из-за пожаров вернуть деньги за тур

Греция обратилась к Евросоюзу с просьбой предоставить шесть самолетов для борьбы с лесными пожарами.


Оренбурженка отсудила у авиакомпании почти 10 тысяч рублей за сломанное колесо чемодана

"КИБЕР ПУШКИН": ХОТЬ ДОМ КУЛЬТУРЫ МОЖНО НЕ СНОСИТЬ, НО ПРАВИЛЬНО ДОПОЛНИТЬ И УЛУЧШИТЬ ВСЁ, ЧТО НУЖНО, ОБЯЗАТЕЛЬНО! СЕНСАЦИЯ! Россия, США, Европа могут улучшить отношения и здоровье общества!

Глава государства поздравил ВМФ с профессиональным праздником

Ефимов: жители четырех домов в Южном Бутове осматривают жилье по реновации


70 участников СВО в Архангельске показали мотивацию выше госслужащих — Цыбульский

В Архангельске представили киноальманах «Север, я люблю тебя!» по произведениям современных писателей

Путин дал указание рассмотреть проблемы онкологии в Архангельской области.

В Архангельске началось обучение бойцов СВО, сообщил Цыбульский.


Губернатор Севастополя поздравил моряков с Днем ВМФ

К парню с костылем подошли трое с требованием уступить. Он был готов, но заступилась бабушка по соседству

Прогноз погоды в Крыму на 27 июля

Прогноз погоды в Крыму на 26 июля


19 млн рублей: бывшая жена шеф-повара Ивлева заявила о его долге по алиментам

Беспилотники ВСУ ночью кружили над Поволжьем и пытались прорваться к Москве

Путин: ВМФ России будет оснащаться самой современной техникой и вооружением

Следователи начали проверку из-за гибели спортсмена во время заплыва на Волге














СМИ24.net — правдивые новости, непрерывно 24/7 на русском языке с ежеминутным обновлением *