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.








VZLET.MEDIA: 25 лет успешного SEO-продвижения в эпоху искусственного интеллекта

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

Рэпер Баста открыл свой ресторан в Marins Park Hotel Екатеринбург

Paul Oakenfold возвращается в Россию: легенда электронной музыки даст концерты в Москве и Петербурге спустя 7 лет


Las 'Guerreras del Agua' se dan un baño de bronce en el Mundial de Singapur

Adil Rami carga contra Lamine: "No puedo ni verlo, que le den..."

Brit Who Fought Usyk Calls For Daniel Dubois To ‘Leave The Sport’ After Staying Down In Rematch

La UFC anuncia un mes de octubre mayúsculo


В Московской области задержан томский предприниматель, укравший 8,5 млн рублей

Невозможное возможно: две подопечные фонда «Жизнь в Движении» с ограниченными возможностями покорят вершину Эльбруса

Специалисты Нацпроектстроя надвигают путепровод СБВ над путями МЦД-2

В студии Детского радио прошла церемония гашения почтовой марки


'I destroyed months of your work in seconds' says AI coding tool after deleting a devs entire database during a code freeze: 'I panicked instead of thinking'

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

The dairy industry would like Gen Z to drink more milk, so they made a Fortnite diner tycoon game

Microsoft warns of 'active attacks' on its government and business server tech, with one cybersecurity expert claiming that they should 'assume that you have been compromised'



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

«Каникулы с Росгвардией» проходят в регионах Центральной России

Оркестр полиции Республики Сербской впервые выступит на фестивале «Спасская башня» в Москве

Оркестр полиции Республики Сербской впервые выступит на фестивале «Спасская башня» в Москве


В Ростовской области обломки БПЛА привели к задержке 10 пассажирских поездов

История СССР в объективе легендарного Дмитрия Бальтерманца

Оркестр полиции Республики Сербской впервые выступит на фестивале «Спасская башня» в Москве

Вредоносный код в Firefox: атака на цепочку поставок через NPM-пакеты


Сразу до +35 градусов: синоптики рассказали, когда снова вернется жара. Ждать осталось недолго

Рекордный массовый женский нетворкинг: событие от «Мир Бизнес Мам»

Работа над качеством: цифровой аудитор внедрен на горячей линии московских судов

Больше 20 поездов задерживаются из-за падения обломков БПЛА на юге России (Обновлено!)


Медведев пробился в четвертьфинал турнира в Вашингтоне

Соболенко сохраняет первое место в чемпионской гонке WTA.

Россиянин Сидоренко выиграл соревнования по настольному теннису на Универсиаде‑2025

Теннисистка Саккари спасла жука во время матча на турнире в США


Οфициaльнο: Ποcлeдний aвиaнοceц Ροccии xοтят οтпpaвить нa мeтaллοлοм

В Ярославской области регистрировалось три групповых очага кори

Сотрудники Волоколамского ОВО – филиала ФГКУ «УВО ВНГ России по Московской области» приняли участие в памятных мероприятиях, посвященных Дню ветерана боевых действий.

В Правительстве прошщло совещание по реализации проекта строительства ВСМ Москва – Санкт-Петербург


Музыкальные новости

Рэпер Баста открыл свой ресторан в Marins Park Hotel Екатеринбург

Владимир Высоцкий в виде цифрового аватара «выступит» в Москве

Кажетта Ахметжанова: 5 камней для усиления женской энергии

AI Певица. Создание AI Певицы. AI Певец. AI Артист.


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

Оркестр полиции Республики Сербской впервые выступит на фестивале «Спасская башня» в Москве

Оркестр полиции Республики Сербской впервые выступит на фестивале «Спасская башня» в Москве

«Каникулы с Росгвардией» проходят в регионах Центральной России


Движение к победе: в России стартует премия «Мы верим твердо в героев спорта»

В Москве завершился сбор с руководителями финансово-экономических подразделений Центрального округа Росгвардии

«Спартак» - «Балтика»: прогноз + статистика встреч

«Плюнули в лицо сотням тысяч молдаван»: как Санду готовит тотальный захват власти в Молдове


На МКАД в Москве произошло массовое ДТП, движение затруднено

Несколько автомобилей столкнулись на внешней стороне 92-го км МКАД

В Москве росгвардейцы оказали помощь пострадавшей в ДТП мотоциклистке (видео)

В столичном главке Росгвардии проведён смотр спецтехники


Соболезнования в связи с авиакатастрофой в Амурской области выразили зарубежные лидеры

Путин дал указание рассмотреть проблемы онкологии в Архангельской области.

У Путина есть роскошный подарок для Китая: США схватились за голову, узнав о нем

"Ультиматум Трампа: потенциальные последствия для Путина"


Штамм коронавируса "стратус" захватил 22% всех вирусных заболеваний в Москве

Депздрав Москвы: новый штамм коронавируса "стратус" фиксируют в Москве с мая

Депздрав: новый штамм коронавируса «стратус» фиксируют в Москве с мая

Новый штамм коронавируса "стратус" фиксируют в Москве с мая



Пластический хирург Софья Абдулаева: подтяжка груди нитями - эффективно ли это

Путин дал указание рассмотреть проблемы онкологии в Архангельской области.

Фитнес-марафоны на паузе: суд продлил домашний арест блогеру Лерчек

Депздрав Москвы: новый штамм коронавируса "стратус" фиксируют в Москве с мая


Британский журналист: Зеленский - мелкий жулик и крыса, которому «недолго осталось» в этом мире


"Монсон о спортсменах, которые меняют гражданство в сложный период для России"

Пять земельных участков для размещения НКО доступны на городских торгах

«Каникулы с Росгвардией» проходят в регионах Центральной России

Игровые терминалы в ТЦ: союз ради будущего


Лукашенко поделился мнением о самой идеальной профессии.

Лукашенко посоветовал не злить его и не допускать падежа в животноводстве

Лукашенко заявил, что в Белоруссии «на всякий случай» готовятся к войне

Лукашенко с иронией отнесся к санкциям, запрещающим ему въезд в Эстонию


Сергей Собянин. Главное за день

Собянин: Около 10 тыс. москвичей начали переселение по реновации этим летом

Мэр Москвы: Улучшим транспортную доступность Южного и Северного Бутова

Сергей Собянин осмотрел Дом-музей Федора Конюхова


Исследование выявило снижение инвестиций в экологически чистую энергетику США.

Москвичи теперь должны платить за зарядку своих электромобилей

В центре внимания: CorpSoft24 вошел в рейтинг крупнейших ИТ-компаний России

6 лет вместе. В Москве пройдет выставка, посвященная пандам Жуи и Диндин


Сотрудники Волоколамского ОВО – филиала ФГКУ «УВО ВНГ России по Московской области» приняли участие в памятных мероприятиях, посвященных Дню ветерана боевых действий.

Прогноз погоды на сегодня, 25 июля

Сразу до +35 градусов: синоптики рассказали, когда снова вернется жара. Ждать осталось недолго

В Правительстве прошщло совещание по реализации проекта строительства ВСМ Москва – Санкт-Петербург


В Нарьян-Маре из-за холодов возобновили подачу отопления в дома

Путин дал указание рассмотреть проблемы онкологии в Архангельской области.

Настольный термотрансферный принтер штрих-кодов iDPRT iE4P

70 участников СВО в Архангельске показали мотивацию выше госслужащих — Цыбульский


"Россия дала мне возможность быть счастливым": Джефф Монсон в Крыму

В Симферополе на базе «Клинического госпиталя для ветеранов войн» функционирует гериатрический центр для пожилых людей с возрастными нарушениями

Россияне выбирают Крым для отдыха с детьми – названы города-лидеры

Прогноз погоды в Крыму на 25 июля


ТАСС: суд арестовал счета основателя «Русагро» Мошковича почти на 3 млрд рублей

В районе Невинномысска уничтожили 37 дронов.

Польша радуется новым запасам нефти и газа, но есть одна важная проблема.

Сразу до +35 градусов: синоптики рассказали, когда снова вернется жара. Ждать осталось недолго














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