Жидкостный ракетный двигатель

Во время работы двигателя клапаны К2 и К9 закрыты, и запальные устройства ЗП2 и ЗП1 работают как струйные форсунки горючего, поступающего через открытые клапаны К4 и К5.

Запуск

 

В исходном состоянии все клапаны закрыты.

Перед запуском двигателя включается профилактическая продувка полости окислителя генератора и камеры, охлаждающего тракта камеры, разделительной полости турбонасосного агрегата.

Затем открываются подбаковые клапаны ракеты (на схеме не показаны) и под воздействием гидростатического напора и давления наддува в баках происходит заполнение насосов и трубопроводов горючего до клапанов К3, К4, К5, К6 и К7, насосов и трубопроводов окислителя - до клапанов К1, К2, К8, К9, К10.

Открытием клапана К6 циркуляции горючего и подачей гелия (азота?) через обратный клапан КО1 на турбину бустерного насоса горючего БНАГ начинается "вялая" раскрутка ротора бустерного насоса, создающего напор, достаточный для обеспечения циркуляции жидкого водорода через насосы горючего, отводящий трубопровод и клапан К6. "Вялая" раскрутка производится минимально необходимое для захолаживания насосов горючего и трубопроводов (до пуско-отсечного клапана К3) время - чрезмерное увеличение этого времени приводит к излишним достартовым выбросам водорода.

Открытием клапана К10 циркуляции окислителя и под воздействием гидростатического напора и давления наддува в баке производится циркуляции жидкого кислорода через насосы окислителя, трубопроводы и клапан К10.

За несколько секунд до запуска подается напряжение на агрегат зажигания.

Затем открытвается клапан (на рис.2.3 не показан) в линии подачи горючего из отводящего трубопровода насоса НГ на охлаждение подшипника турбины, и включается интенсивная продувка линии окислителя запальных устройств. Время выключения интенсивной продувки запальников выбрано таким образом, чтобы к моменту подачи окислителя в магистрали отсутствовало противодавление.

Непосредственно перед запуском запальных устройств производится интенсивная раскрутка ротора бустерного насоса горючего БНАГ для набора давления водорода на входе в запальники. Включается интенсивная продувка магистралей генератора и камеры.

С открытием клапанов К2 и К4 окислитель и горючее поступают в запальник газогенератора, где воспламеняются электрическими свечами.

После открытия клапана К7 происходим заполнение горючим охлаждающего тракта камеры сгоряния.

После этого окислитель и горючее одновременно (с разницей не более 0.2-0.3 с) подаются в газогенератор (открытием клапанов К3 и К1) и окислитель - в смесительную головку камеры сгорания (открытием клапана К8).

Одновременно с открытием клапана горючего газогенератора К3 закрывается клапан циркуляции горючего К6.

После выхода двигателя на режим малой тяги закрытием клапанов К2 и К9 прекращается подача окислителя в запальные устройства и включается интенсивная продувка перекрытых трубопроводов для удаления из них остатков окислителя.

Для исключения образования взрывоопасной смеси газов во внутренних полостях двигателя после его выключения расчетно-экспериментальным путем были отработаны оптимальные по длительности, расходу, месту подвода рабочего тела режимы продувки двигателя гелием и азотом. Эти продувки включаются непосредственно при выключении двигателя и продолжаются в течение всего времени удаления компонентов топлива, предотвращая накопление возможных утечек во внутренних полостях, флегматизируя и удаляя их в атмосферу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.1 Камера

 

Камера сгорания представляет собой паяно-сварной неразъемный агрегат и состоит из смесительной головки, камеры сгорания и сопла. Сопло и камера охлаждаются частью водорода, отбираемого после насоса ТНА высокого давления.

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2 Турбонасосный агрегат (ТНА) высокого давления

 

Турбонасосный агрегат высокого давления выполнен по одновальной схеме и состоит из двухступенчатой осевой реактивной турбины, трехступенчатого насоса горючего (давление на выходе из насоса примерно 475 атм.) и двух насосов окислителя (основного и дополнительного).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3 Бустерный насосный агрегат горючего (БНАГ)

 

Для обеспечения бескавитационной работы насоса горючего ТНА высокого давления при заданном давлении во входной магистрали (1.35 атм.) в двигателе предусмотрен бустерный насосный агрегат горючего (БНАГ).

Бустерный насосный агрегат горючего - шнеко-центробежный, одновальный, с приводом от двухступенчатой газовой турбины. Рабочим телом турбины является газифицированный в рубашке охлаждения камеры сгорания водород.

Давление горючего на выходе из бустерного насоса составляет 44 атм.

 

 

1. подвод газообразного водорода из рубашки охлаждения камеры

2. отвод отработанного водорода в смесительную головку камеры

3. подвод жидкого водорода в насос

4. отвод жидкого водорода из насоса

 

3.4 Бустерный насосный агрегат окислителя (БНАО)

 

Для обеспечения бескавитационной работы насосов осислителя ТНА высокого давления при заданном давлении во входной магистрали (2.1 атм.) в двигателе предусмотрен бустерный насосный агрегат окислителя (БНАО).

Бустерный насос окислителя – осевой двухступенчатый шнековый, двухвальный, с соосным расположением валов и приводом ступеней насоса от соответствующих ступеней гидротурбины с разными скоростями вращения. Рабочим телом гидротурбины является жидкий кислород, отбираемый из отводящего трубопровода дополнительного насоса окислителя ТНА высокого давления. После гидротурбины жидкий кислород сбрасывается в подводящий трубопровод основного насоса ТНА.

 

 

1. трехступенчатая гидротурбина

2. подвод жидкого кислорода к гидротурбине

3. отвод отработанного жидкого кислорода

4. подвод жидкого кислорода в насос

5. отвод жидкого кислорода из насоса

 

3.5 Газогенератор

 

Газогенератор вырабатывает газ с избытком горючего для привода турбины ТНА высокого давления и представляет собой паяно-сварную конструкцию, состоящую из смесительной головки, коллектора подвода горючего и корпуса.

Газогенератор двигателя - однозонный: все топливо поступает в огневую камеру через смесительную головку, содержащую струйно-центробежные двухкомпонентные форсунки. В периферийном ряду смесительной головки также применены соосно-струйные форсунки.

Выравнивающая решетка обеспечивает заданную неравномерность температурного поля генерируемого газа, температура которого на выходе из генератора составляет 800 K.

Охлаждение газогенератора осуществляется водородом, поступающим в рубашку охлаждения из коллектора горючего. После рубашки охлаждения водород сбрасывается в цилиндр газогенератора.

 

1. выравнивающая      решетка

2. посадочное место запального устройства

3. подвод окислителя

4. смесительная головка

5. подвод горючего

6. рубашка охлаждения

 

 

4. Заключение

 

В настоящее время в мире в эксплуатации и на стадии разработки находится более десяти кислородно-водородных ЖРД. В России не эксплуатируется ни одной РН с использованием жидкого водорода.

Выполнение работ высококвалифицированными специалистами, собственное производство для изготовление узлов, агрегатов и двигателя в целом, производство водорода, наличие стенда для проведения огневых испытаний на штатных компонентах, большой опыт КБХА, полученный при создании

Кислородно-водородного ЖРД РД0120, и текущие работы по двигателям семейства РД0146 позволяет в короткий срок разработать и ввести в эксплуатацию надежный современный кислородно-водородный ЖРД требуемой размерности для конкретной РН.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

1. РД-0120 на сайте КБХА
2. Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. - М.: МГТУ, 2005
3. Описание изобретения к патенту Российской Федерации RU 2083881. ТУРБОНАСОСНЫЙ АГРЕГАТ
4. Гончаров Г.И., Гуртовой А.А., Липля-

    вый И.В., Лобов С.Д., Шостак А.В. Создание  кислородно-водородных жидкостных ракетных двигателей            семейства РД0146 для верхних ступеней и разгонных блоков  перспективных ракет-носителей // Международный научный журнал «Космонавтика». 2012. No 1–2. С. 24–31