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.







Дети играют, родители отдыхают

Аукцион за часть дачи Пугачевой опровергли

«Это лучшее, что я видела за последнее время». «Тату» вернулись и уже дают концерты. Почему за ними следит вся страна?

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


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

Félix Auger-Aliassime

La UFC anuncia un mes de octubre mayúsculo

Why Juventus spent 111m this summer for only one new player


Закат на планете Мангистау

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

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

Какие зарплаты нужны для получения льготного автокредита в 2025 году


'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'

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

Краткая биографическая справка о центральных персонажах Mafia: The Old Country

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'



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

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

«Каникулы с Росгвардией» проходят в регионах Центральной России

В Третьяковке на Кадашевской набережной открылся концертный зал


МЧС предупредило москвичей о жаре до +30℃

В студии Детского радио прошла церемония гашения почтовой марки

В МЧС предупредили москвичей о жаре +30 градусов 25 июля

Автоэксперт Олег Мосеев: автопарк России на 71,3% состоит из машин старше 10 лет


Математика Савватеева возмутило заявление о "лишних" учителях

Патрушев: НАТО усиливает давление у морских границ России

Движeниe нa Зaпοpοжьe: pοccийcκиe вοйcκa ɜaшли в Ϲтeпнοгοpcκ

Синоптик Тишковец: череда тропических ливней в Москве завершена


Медведев обыграл У Ибина и вышел в 1/4 финала турнира в Вашингтоне

Винус Уильямс: Если Серена вернется, она даст вам знать

Мирра Андреева из России удерживает пятую позицию в рейтинге WTA.

Медведев сравнил матчи с Опелкой в Нидерландах и США


Обрушившийся потолок забаррикадировал четыре квартиры на востоке Москвы

Игровые терминалы в ТЦ: союз ради будущего

Патрушев: НАТО усиливает давление у морских границ России

Мигрант погиб, выпав из окна бутик-отеля в Москве


Музыкальные новости

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

Флигель усадьбы Шаляпина внесли в реестр объектов культурного наследия столицы

VK Fest Санкт-Петербург: Детская сцена от PICCOLO и Radio Kids FM вновь покорила сердца юных зрителей!

Девушка Рая отреагировала на использование ее лица во время выступления Элджея


В Третьяковке на Кадашевской набережной открылся концертный зал

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

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

«Каникулы с Росгвардией» проходят в регионах Центральной России


Путин прибыл на прощание с председателем Верховного суда Подносовой

Пригласите певца A.SERGIO для участия в теле- и радиопрограммах

Кажетта Ахметжанова: 5 камней для усиления женской энергии

«Единая Россия» заключила договор с Российским экспортным центром


На МКАД в Москве произошло массовое ДТП, движение затруднено

В Подмосковье на видео попало, как школьник на питбайке разбился в жестком ДТП

Водитель Audi сбил трех пешеходов, переходивших дорогу на западе Москвы

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


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

Сигналы становятся всё громче. Переговоры - только ширма. Главное решится не в Стамбуле

Путин дал указание рассмотреть проблемы онкологии в Архангельской области.

Путин отметил успех российских школьников на олимпиаде по физике.


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

Депздрав Москвы оценил ситуацию с распространением нового штамма коронавируса

В Алтайском крае распространяется новый штамм коронавируса

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



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

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

Путин дал указание рассмотреть проблемы онкологии в Архангельской области.

Компания КИТ МЕД представляет революционный аппарат SONOQUEEN — первую в мире анатомическую HIFU-технологию для anti-age терапии в России


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

Мединский дал неожиданный ответ на предложение Киева о встрече Путина и Зеленского 


"Атлетико" заключил соглашение с игроком национальной команды Словакии

"Зенит" заключил соглашение с американским защитником Рэндольфом

«Каникулы с Росгвардией» проходят в регионах Центральной России

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


Лукашенко поделился мнением о самой идеальной профессии.

Лукашенко посоветовал не злить его и не допускать падежа в животноводстве

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

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


Сергей Собянин поздравил москвича — победителя международной олимпиады по физике

Сергей Собянин. Главное за день

Собянин поддержал проведение конкурса «Лучший книжный магазин Москвы»

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


Московские студенты начали исследовать влияние климатических изменений на сток рек Ямала

Исследование выявило снижение инвестиций в экологически чистую энергетику США.

Детеныш краснокнижной боливийской обезьяны появился на свет в Московском зоопарке

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


Игровые терминалы в ТЦ: союз ради будущего

Жертва перестройки — почему эта Волга была обречена

Мигрант погиб, выпав из окна бутик-отеля в Москве

Обломки сбитых дронов повредили контактную сеть на станциях в двух регионах РФ


Республика Алтай вошла в десятку регионов России по развитию ипотеки

70 участников СВО в Архангельске показали мотивацию выше госслужащих — Цыбульский

Путин дал указание рассмотреть проблемы онкологии в Архангельской области.

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


Лавандовое поле горит в Симферопольском районе Крыма

Поезда "Таврия" по-прежнему задерживаются из-за ЧП в Ростовской области

"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


Первая победа «Динамо» в сезоне? «Динамо» — «Ростов»: прогноз и ставка

Игровые терминалы в ТЦ: союз ради будущего

ВДНХ приглашает волонтёров для помощи посетителям выставки

В районе Невинномысска уничтожили 37 дронов.














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