Краткий обзор работ по ЖРД МТ, выполненных на каф.202 МАИ в гг

Краткий обзор работ по ЖРД МТ,

выполненных на каф.202 МАИ в гг.

В связи с невозможностью дальнейшего использования на территории института экспериментального вакуумного стенда на штатных токсичных самовоспламеняющихся компонентах (АТ + НДМГ) – начиная с 1992г. основные разработки в области создания экспериментальных образцов ЖРД МТ были ориентированы на использование экологически чистых компонентов топлива (газообразные кислород и водород, кислород и керосин, ВПВ и керосин).

1.  Разработан и изготовлен экспериментальный ЖРД МТ на кислород-водородных компонентах топлива тягой 100Н с газодинамическим источником воспламенения (ГИВ) [1, 2, 3]. Источник воспламенения был отработан на гелии и двигатель отправлен в НИИ ХИММАШ для огневых испытаний. Из-за отсутствия средств огневые испытания не были завершены. Фотография двигателя и конструкция смесительной головки приведены на рис. Рисунок 1.

Рисунок 1. ЖРД МТ МАИ-100.

2.  По контракту МАИ с Бразильским институтом космических исследований (INPE) в гг. разработан апогейный ЖРД МТ МАИ-200 на стабильных самовоспламеняющихся компонентах топлива. Двигатель прошел полный цикл испытаний в НИИ ХИММАШ на компонентах АТ и НДМГ, передан (INPE) и повторно испытан в Бразилии на компонентах ММГ и АТ [4, 5, 6]. Двигатель тягой 200Н и удельным импульсом 296с послужил основой для отработки смесительных головок нового типа и технологии их изготовления (см. рис. Рисунок 2).

Рисунок 2. ЖРД МТ МАИ-200.

В дальнейшем основные разработки проводились в направлении развития технологий проектирования и испытаний ЖРД МТ применительно к экологически чистым компонентам топлива:

·  разработка технологии диффузионной сварки пластин в вакууме;

·  разработка технологии изготовления малоразмерных тангенциальных каналов на поверхностях пластин (рис. Рисунок 3);

·  разработка и отладка низкоперепадных завес внутреннего охлаждения;

·  разработка и отладка методов воспламенения компонентов топлива (электроискровое для О2 + кер. и катализаторное для ВПВ + кер.);

·  совершенствование технологии огневых испытаний ЖРД МТ.

Рисунок 3. Конструкция смесительной головки.

3.  К настоящему времени полностью отлажены процессы изготовления ЖРД МТ из высокотемпературных нержавеющих сталей в диапазоне тяг 100-500Н со сменными пластинчатыми форсуночными головками на экспериментальном опытном заводе (ЭОЗ) МАИ и НПО «Энергомаш». Отлажена также технология огневых испытаний ЖРД МТ в НИИ ХИММАШ с отработкой рабочего процесса на камере с подрезанным соплом, отработкой пусковых характеристик с кратковременными пусками в вакуумной камере. Для снижения времени и стоимости огневых испытаний используется разработанная тепловая модель ЖРД МТ. Разработан малогабаритный преобразователь напряжения для воспламенения кислород-керосиновой смеси [8] (см. рис. Рисунок 4).

Рисунок 4. Испытание электроискрового устройства воспламенения.

4.  Изготовлены два ЖРД МТ с двумя сменными форсуночными смесительными головками для каждого (см. рис. Рисунок 5,Рисунок 6) на компонентах О2+ кер. и ВПВ + кер. Выполнены гидравлические проливки изготовленных головок и получены их расходные характеристики. Изготовлены термодатчики для измерения температуры наружных поверхностей камер сгорания и сопел.

Рисунок 5. ЖРД МТ МАИ200-1К.

Рисунок 6. ЖРД МТ МАИ200 1П, 7К, 1К.

Основные разработки ЖРД МТ, выполненные на кафедре 202 МАИ, приведены в таблице 1.

Для подтверждения проектных характеристик разработанных ЖРД МТ будут проведены огневые испытания в МАИ и НИИ ХИММАШ.

Публикации:

1., и др. Разработка перспективных ДУ на высокоэффективных криогенных компонентов топлива. Отчет о НИР № 000-02 «П», шифр «Форинт-МВО». МАИ, 1990.

2., и др. Создание высокоэффективной экологически чистой комбинированной ЖРДУ многократного включения для транспортировки грузов на стационарную орбиту Земли и удаления радиоактивных отходов в дальний космос. Отчет о НИР № 000-91 К1. МАИ, 1991.

3., и др. Создание высокоэффективной экологически чистой комбинированной ЖРДУ многократного включения для транспортировки грузов на стационарную орбиту Земли и удаления радиоактивных отходов в дальний космос. Отчет о НИР № 000-91 К1. МАИ, 1992.

4.Kozlov A. A., Abashev V. M., Denisov K. P. and other. Experimental finishing of the bipropellant apogee engine with thrust 200 N. 51st International Astronautical Congress. Rio de Janeiro, Brazil, October 2 – 6, 2000.

5.Kozlov A. A., Abashev V. M., Hinckel J. N. Organization of the working process in the small thrust engine LRESTh MAI – 200. 52nd International Astronautical Congress. Toulouse, France, October 1 – 5, 2001.

6.Abashev V. M., Kozlov A. A., Hinckel J. N. Двигатель тягой 200 H на стабильных компонентах топлива для коррекции орбиты и маневрирования спутников. Космос без оружия - арена мирового сотрудничества в 21 веке. Международная конференция 11-14 апреля 2001 Москва, МАИ.

7.Kozlov A. A., Abashev V. M., Mordovin V. Z., Bazanova I. A. Investigation of the working process in liquid rocket engine of small thrust at high concentration hydrogen peroxide with kerosene or alcohol with catalyst. Chinese – Russian – Ukrainian workshop on space propulsion. Xian, China, September 17 – 19, 2002.

8., Абашеев и проектирование жидкостного ракетного двигателя малой тяги. МАИ, Москва, 2004. Учебное пособие.

9., , Чундури Мурали Кришна. Разработка ЖРД МТ на экологически чистых компонентах топлива. Chinese – Russian – Ukrainian workshop on space propulsion. Xian, China, September 17 – 19, 2002.

10.Козлов топлива, схемы и основных параметров жидкостной ракетной двигательной установки на ранних этапах проектирования. МАИ, Москва, 1997. Учебное пособие.

11., , Murali Krishna Chunduri, . Cравнительная характеристика способов газификации жидкого кислорода для ЖРД МТ космических разгонных блоков Московский авиационный институт, Москва. Международная конференция «Авиация и космонавтика-2005».

Таблица 1.

Thruster	DMT MAI-100	DMT MAI-200	DMT MAI-200p	DMT MAI-400p	DMT MAI-200k	DMT MAI-200-1k,200-7k	DMT MAI-200-1p,200-7p
Propellant	H2gas+O2gas	NT+UDMH, NT+MMH	98%H2O2+ker	98%H2O2+ker	O2gas+ker	O2gas+ker	98%H2O2+ker
Thrust, N	100	200	200	400	200	200	200
Combustion Chamber Pressure, atm	6.5	9.4	10	10	10	10	10
Mass Ratio	4	1	4.44	4.44	1.7	1.9	4.6
Expansion ratio at pressure	700	1000	1000	1000	1000	1000	1000
Injectors	Spray	Swirler:(1),(1+6),(1+6+12)	Swirler (1+6)	Swirler (1+6)	Swirler(1),(1+6)	Swirler(1),(1+6)	Swirler(1),(1+6)
Theoretical Specific Impulse, s	453.6	329	314.8	314.8	325.2	336	318
Real or expected Specific Impulse, s	405	292 (r)	280	281 (e)	305 (e)	307 (e)	291 (e)
Tc, K	2858	3001	2579	2579	2825	2900	2585
Ignition	gasdynamical	selfignition	catalytic	chemical	electrical candle	electrical candle	catalytic
fi=Ir/It	0.813	0.89	0.89	0.889	0.938	0.914	0.915
Comments	Tested using He, in MAI,1992	Tested in NIICHIMMACH and BRASIL,	Fuel with dissolved catalyst. Head was tested in MAI 1995.		Tested in MAI, 2006.	Tested partly.	Solid catalyst. Tested partly.