Содержание
Ракетные двигатели В.П.Глушко | КПИ им. Игоря Сикорского
В.П.Глушко — основатель советского жидкостного ракетодвигателестроения. Но его первый ракетный двигатель был электрореактивный (ЭРД). Тяга в нем возникала благодаря мгновенному испарению тонких полосок металла при нагревании их электрическим током. Скорость истечения газов из таких двигателей на порядок выше, чем в двигателях с химическим топливом. В 1929-1930 годах работая в Газодинамической лаборатории (ГДЛ), В.П.Глушко изготовил опытные образцы ЭРД, провел испытания и доказал их работоспособность. Но из-за малой мощности ЭРД ученый стал работать над разработкой жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).
Характеристики ракетного двигателя в наибольшей степени определяются характеристиками компонентов ракетного топлива (КРП), которое в нем применяется. В 1930 г. В.П.Глушко исследовал такие окислители, как азотная кислота, растворы тетроксид азота в азотной кислоте, тетранитрометан, перекись водорода, хлорная кислота.
В 1931 г. предложил химическое зажигание и самовоспламеняющееся топливо.
Валентин Петрович сам готовил необходимые смеси, отрабатывал технологию их изготовления и только потом передавал в лабораторию для изготовления и испытаний. Создавая конструкции ЖРД, В.П.Глушко разрабатывал агрегаты для подачи топлива различных типов — поршневые, турбонасосные и др. Многочисленные исследования многих пар КРП дали Глушко возможность сформулировать требования к ним. Исходя из требуемой эффективности ЖРД и эксплуатационных требований, он остановился на паре азотная кислота — керосин. Именно эта пара использовалась в его исследовательских ракетных двигателях (ОРМ-И — ОРМ-65).
Двигатели такого же типа он создавал во время войны для реактивных ускорителей самолетов. Это были РД-1 и другие. Для первой советской ракеты дальнего действия Р-1 (аналог Фау-2), ракет Р-2, Р-5 В.П.Глушко разрабатывает кислородно-спиртовые двигатели РД-100, РД-101, РД-103М с тягой на земле, соответственно — 26, 37, 44 тс).
А для первой космической ракеты-носителя Р-7 были разработаны кислородно-керосиновые двигатели РД-107 и РД-108 (тяга на земле (в пустоте), соответственно 83/102 и 76/96 тс). Подвергнув модернизации, эти двигатели работают до сих пор …
Но процесс горения в таких двигателях был недостаточно устойчивым. Кроме того, очень сложно хранить жидкий кислород. Поэтому, разрабатывая ЖРД для боевых ракет, В.П.Глушко вновь возвращается к использованию азотистого окислителя (азотный тетроксид), а в качестве топлива — несимметричного диметилгидразина. Ракеты с такими двигателями могли храниться годами в заправленном состоянии. Вооруженные силы получили действительно боевые ракеты, пригодные для многолетнего дежурства в готовности к немедленному пуску. Но для космических ракет были необходимы мощные двигатели. В азотно-кислотных двигателях РД-253 (тяга 150/166 тс) ракеты «Протон» для повышения мощности В.П.Глушко ввел дожигание газа-окислителя. Впоследствии введение этого же процесса в кислородно-керосиновых двигателях повысило не только их мощность, но и стабильность работы.
На этом принципе был создан самый мощный в мире кислородно-керосиновый двигатель РД-170 с тягой 740/806 тс для ракет «Зенит» и «Энергия».
Конечно, усовершенствование ЖРД в КБ В.П.Глушка происходило не только за счет совершенствования ракетных топлив и процесса сгорания. Было обосновано и внедрено немало конструктивных наработок, в том числе — по форме и профилю сопла, охлаждения камеры сгорания, конструкции форсунок и т. Д.
Основана В.П.Глушко школа строительства ракетных двигателей и до сих пор не утратила своих позиций мирового лидера, а созданные в НПО «Энергомаш» им. В.П.Глушка двигатели США покупают для своих ракет «Атлас».
Авіація — космонавтика
Киевский политехник
Глушко В.П.
Ракетный двигатель РД‐171МВ — мощь, побеждающая гравитацию
Самый мощный в мире двигатель – 246 тысяч лошадиных сил. Это в пять раз больше, чем мощность двигателей атомного ледокола. При массе в 10 тонн тяга двигателя превысит 800 тонн. Эта огромная мощь спрессована в одном ракетном двигателе – РД-171МВ.
Именно он позволит вывести ракету «Союз-5» («Иртыш») с полезной нагрузкой к Луне и к Марсу. В НПО «Энергомаш» полным ходом идет разработка нового космического двигателя.
Характеристики двигателя:
Масса: 10 300 кг.
Высота: 4150 мм.
Диаметр: 3565 мм.
Тепловая мощность, выделяемая камерой сгорания — 7 млн киловатт, что сравнимо с мощностью крупной гидроэлектростанции
Комментирует Игорь Арбузов, генеральный директор НПО «Энергомаш»:
— Сегодня основное внимание госкорпорации «Роскосмос» сконцентрировано на создании ракеты среднего класса «Союз-5» и разработке на ее основе ракеты-носителя сверхтяжелого класса. Руководством госкорпорации поставлена задача создания космического ракетного комплекса сверхтяжелого класса (КРК СТК) на базе тех конструкций, которые прошли летную практику и имеют высокий уровень статистики и надежности. Это вполне обоснованное и рациональное решение, которое позволит, во-первых, повысить надежность ракеты, во-вторых — создать эффективное средство выведения.
На первой ступени ракеты «Союз-5» будет установлен двигатель РД-171МВ. На второй — использоваться модернизированный РД-0124М разработки «Конструкторского бюро химавтоматики». В каждом из этих двигателей будет применен ряд технологических усовершенствований.
Характеристики ракеты «Союз-5» («Иртыш»):
Длина с ГЧ: 61,8 м.
Диаметр: 4,1 м.
Стартовая масса: 530 т.
Двигатель 1-й ступени: РД-171МВ
Двигатель 2-й ступени: 2 РД-124МС
Масса выводимой полезной нагрузки:
На НОО – 17т.
На ГСО – 25т.
Дмитрий Баранов, генеральный директор АО «РКЦ «Прогресс»»:
– В РКЦ «Прогресс» разрабатывается ракета-носитель среднего класса «Союз-5», на первой ступени которой установлен двигатель РД-171 – самый мощный из используемых сегодня в мире жидкостных ракетных двигателей. Ракетные блоки с РД-171 будут также входить в состав ракеты-носителя сверхтяжелого класса, разрабатываемой в соответствии с указом президента.
Рис. 1. РД-171
Петр Лёвочкин, главный конструктор НПО «Энергомаш»:
– Обеспечение надежной работы ракетного двигателя — задача колоссальной сложности, поэтому мы подошли к его проектированию и созданию модификации двигателя с таких позиций: мы знаем особенности его работы, владеем апробированными методиками и технологиями. После того как был создан двигатель РД-170, НПО «Энергомаш» на его основе разработало РД-180, РД-191 и другие модификации. Эти двигатели по схеме повторяли предыдущие, но в них применялись другие, более совершенные системы регулирования, новые способы защиты от возгорания, повышения устойчивости и так далее. И эти элементы хорошо себя зарекомендовали в двигателях последующих разработок НПО «Энергомаш».
РД-171МВ – модифицированная версия двигателя РД-171М по программе «Энергия» — «Буран», который успешно отработал при запусках ракеты-носителя «Зенит». И сейчас на основании проверенного, надежного двигателя с применением новейших технологий в НПО «Энергомаш» разрабатывают самый мощный российский двигатель.
Двигатели семейства:
Один экземпляр РД-171 был испытан без съема со стенда более 20 раз.
Двигатели РД-171 прошли 900 огневых испытаний общей наработкой более 100 000 секунд.
Рис. 2. РД-171М
Рис. 3. РД-171МВ
Игорь Арбузов:
— Двигатель РД-171МВ действительно будет самым мощным в мире, потому что уже базовая версия, которая создавалась нашими предшественниками — и РД-170, и РД-171М, — не имела аналогов в мире по своей тяге и всем остальным характеристикам. Кроме этого, благодаря тем возможностям, которыми сегодня обладает КБ, применение современных технологий позволяет создать еще более совершенную версию двигателя. И это будет, на наш взгляд, одно из лучших решений по двигателям такой тяги.
Рис. 4 и рис. 5. Двигатели в процессе сборки в НПО «Энергомаш»
Для реализации программы в НПО «Энергомаш» применяются самые современные технологии.
На предприятии проводится глобальная реконструкция. Происходит масштабное техническое переоснащение предприятия и повышение квалификации рабочих – в НПО «Энергомаш» при создании нового двигателя идут к новым целям.
«Иртыш» будет выводить в космос как пилотируемые миссии, так и коммерческую полезную нагрузку с космодромов Байконур и Восточный.
Василий Чарыков, заместитель генерального директора, директор по производству НПО «Энергомаш»:
— Эффективно использовать ресурсы, производить агрегаты и детали с большей точностью, применять новейшие материалы, разрабатывать системы регулирования, усовершенствовать способы защиты от возгорания – вот к чему стремятся на всех этапах создания двигателя.
Петр Лёвочкин:
– Сегодня для ускорения новых разработок мы внедряем трехмерное моделирование, для снижения стоимости и повышения конкурентоспособности — самые современные технологии, композитные материалы, оборудование.
Идет техническое перевоооружение предприятия с точки зрения станочного парка. Все это направлено на то, чтобы новый продукт был конкурентоспособен и востребован на рынке не только внутри страны, но и за рубежом.
Самый мощный в мире двигатель– 246 тысяч лошадиных сил.
При массе в 10 тонн тяга двигателя превысит 800 тонн.
Турбонаддувочный агрегат развивает мощность 180 тысяч киловатт, что соответствует мощности трех атомных силовых установок крупных ледоколов
Впервые этот двигатель создается полностью в цифровом формате: от конструкторской документации в 3D-моделировании до первых проработок испытаний. Применение цифровых технологий существенно снизит риски и временные затраты.
Игорь Арбузов:
— Все мы понимаем, что создание такого рода конструкции – это локомотив не только конструкторской мысли, но это еще и технологический локомотив, который стимулирует нас к созданию новых современных технологий.
Технологий не только в изготовлении отдельных элементов конструкции, но и в проектировании, и в управлении, и в целом ряде других процессов, которые позволяют сохранять лидерство в космической отрасли.
Первый шаг к реализации программы сделан. Впереди — два года напряженной работы и постоянного контроля. Первый двигатель будет поставлен заказчику в 2021 году. А первый полет ракеты «Союз-5» запланирован на 2022 год.
Рис. 6. Ступень ракеты-носителя «Союз» с двигателями НПО «Энергомаш
Игорь Арбузов:
— Сегодня команда управления работает на выполнение единой цели и живет выполнением этой цели. Общая культура, понимание задач, отношение к делу — это залог успеха. Кроме того, высокие профессиональные навыки, компетентность, интеллектуальный потенциал предприятия являются дополнительными гарантиями того, что наш двигатель долгие годы будет оставаться лучшим среди тех, которые сегодня создаются в этом классе тяги.
Рис. 7. Испытательная база
Мир не стоит на месте, и наше лидерство — это не только почетное звание. Быть лидером в современном ракетостроении значит быть первым в области технических и конструкторских решений. Мы понимаем, что без этого останавливается развитие нашего персонала, развитие нашей отрасли, да и вообще технологический прогресс.
Петр Лёвочкин:
— Надо всегда лететь на Марс, а Луны достигнем – ведь она ближе. Строить далекие и амбициозные планы, смотреть за горизонт. Тогда люди будут экспериментировать, будут создавать новые конструкции. А что такое новые конструкции, новые разработки? Это сохранение не только нашей ракетно-космической отрасли, но и авторитета России как космической державы. А еще это работа для людей, счастье для их семей — начиная от высокого чувства гордости и заканчивая простыми житейскими радостями, которые способен дать космос человеку.
Развиваться необходимо еще и потому, что человечеству придется искать новое место обитания.
Мы живем в лучах светила, которое понемногу гаснет. И нужно уже сейчас задумываться, где человечество обретет свой новый дом после того, как через пару миллиардов лет водород на Солнце закончится.
Техническое развитие предприятия сравнимо с профессиональным ростом спортсмена: чем больше он тренируется, тем лучше его результат. Чем больше предприятие проектирует, чем больше оно создает, тем лучше изделие, его потребительские качества.
Более того, существуют вопросы национальной безопасности, которые необходимо решать, обеспечивая пуски ракет-носителей с двигателями нужных характеристик. Новые разработки также привлекают молодежь, способную создать что-то новое и в перспективе обрести славу не только для себя и своего предприятия, но и для своей Родины.
© Бурцева Н.Л., 2019
История статьи:
Поступила в редакцию: 21.04.2019
Принята к публикации: 09.05.2019
Модератор: Гесс Л.А.
Конфликт интересов: отсутствует
Для цитирования:
Бурцева Н.
Л. Ракетный двигатель РД-171МВ – мощь, побеждающая гравитацию // Воздушно-космическая сфера. 2019. №2. С. 20-25.
Летающие модели ракет — относительно Характеристики модели ракеты ( В верхней части страницы мы показываем типичные кривые производительности для нескольких различных Вот компьютерная анимация движения фронта пламени На анимации мы показываем форму и расположение фронта пламени. Рассматривая различные графики двигателей, мы видим картину горения, похожую на Экскурсии с гидом
Деятельность: Связанные сайты: |
ВКак рассчитать мощность ракетного двигателя?
Как рассчитать мощность ракетного двигателя?
Как работает двигатель? |
Характеристики ракетного двигателя
можно приблизительно рассчитать по уравнению тяги:
T = мВ e + (p e — p a ) A e
куда
Т = сила тяги
м = расход = f e V e A e
f e = плотность жидкости на выходе из сопла
V e = скорость выхлопа на выходе из сопла
p e = давление выхлопа на выходе из сопла
p a = давление окружающей среды
A e = выходное отверстие сопла
Это означает, что производимая ракетой сила равна сумме двух сил:
- расход * скорость выхлопа
- перепад давления * площадь сопла
Однако доминирующий член (тот, который численно намного больше, чем
другое) составляет mV e, и поэтому тяга иногда может быть аппроксимирована
как:
Т = мВ e
Вы можете видеть, что основным предиктором производительности ракеты является то, как
сколько вещей вы можете выбросить обратно, умноженное на то, как быстро вы можете их выбросить
вне.
Чем больше сила тяги, тем большую массу ракета может поднять с
земля. Однако есть и другие факторы, которые могут повлиять на характеристики ракетного двигателя.
| Тип ракеты | Ограничивающий фактор | Эффекты |
| химическая ракета | ограниченная масса | закончились вещи, чтобы выбросить |
| ионная/электрическая ракета | ограничение энергии | недостаточно энергии для выброса большого количества топлива |
Фундаментальная мера характеристик ракетного двигателя — это масса, которую вы можете
продвигать из спины и на каких скоростях метательное топливо выгоняется из спины.
Химические ракеты могут одновременно выбрасывать большое количество топлива.
но из-за этого они менее эффективны, чем ионно-электрические ракеты, которые
выбрасывать топливо на более высоких скоростях.