Плитадагы күйүүчү май ракета кыймылдаткычтары үчүн абдан натыйжалуу
Ракета жана космос дүйнөсүнүн кесилишинде: глобалдык тенденциялар чыгымдарды төмөндөтүүнү жана космостук кызматтардын экологиялык коопсуздугун жогорулатууну талап кылат. Дизайнерлер экологиялык таза отунду колдонуп, суюк отун менен иштөөчү жаңы ракета кыймылдаткычтарын (LPRE) ойлоп табышы керек, кымбат баалуу, энергияны көп талап кылган суюк суутекти 90-98 пайыз метандагы арзан суюлтулган жаратылыш газына (LNG) алмаштыруу керек. Бул күйүүчү май, суюк кычкылтек менен коштолуп, конструкциянын, материалдык, технологиялык жана өндүрүштүн артта калган элементтерин максималдуу колдонуу менен жаңы жогорку натыйжалуу жана арзан моторлорду түзүүгө мүмкүндүк берет.
LNG уулуу эмес, кычкылтекке күйгөндө суу буусу жана көмүр кычкыл газы пайда болот. Ракетада кеңири колдонулган керосинден айырмаланып, газдын төгүлүшү айлана -чөйрөгө зыян келтирбестен тез бууланып кетет.
Биринчи тесттер
Табигый газдын аба менен күйүү температурасы жана анын жарылуучу концентрациясынын төмөнкү чеги суутек менен керосиндин буусуна караганда жогору; ошондуктан, концентрациясы төмөн болгон аймакта, башка углеводороддук отундарга салыштырмалуу, азыраак жарылуучу.
Жалпысынан алганда, СТГнын ракеталык отун катары иштеши мурда колдонулбаган өрттөн жана жарылуунун алдын алуу боюнча кошумча чараларды талап кылбайт.
LNG тыгыздыгы суюк водороддон алты эсе көп, бирок керосиндин жарымынан. Төмөн тыгыздык керосин танкына салыштырмалуу LNG танкынын көлөмүнүн тиешелүү түрдө өсүшүнө алып келет. Бирок, кычкылдандыргычтын жана күйүүчү майдын жогорку катышын эске алуу менен (бул суюк кычкылтек (LC) + LNG күйүүчү майы үчүн болжол менен 3,5тен 1ге чейин жана ZhK + керосин күйүүчү майы үчүн 2,7ден 1ге чейин), ZhK + күйүүчү майынын жалпы көлөмү күйүүчү май менен толтурулган 20 % га гана жогорулайт. Материалдын криогендик катууланышынын таасирин, ошондой эле LC жана LNG цистерналарынын түбүн бириктирүү мүмкүнчүлүгүн эске алуу менен, күйүүчү май бактарынын салмагы салыштырмалуу аз болот.
Жана акырында, LNG өндүрүү жана ташуу көптөн бери өздөштүрүлгөн.
Москва облусунун Королев шаарындагы А. М. Исаев атындагы Химиялык инженердиктин конструктордук бюросу (КБ Химмаш) 1994 -жылы ZhK + LNG күйүүчү майын иштеп чыгуу боюнча ишти баштады (белгилүү болгондой, өтө аз каржылоонун айынан жылдар бою созулган)., качан дизайн - долбоорлоо изилдөөлөрү жана 7,5 tf түрткүсү бар кычкылтек -суутек HPC1дин схемалык жана структуралык базасын колдонуп, жаңы кыймылдаткычты түзүү боюнча чечим кабыл алынганда, жогорку этаптын бир бөлүгү катары ийгиликтүү иштетилген (Cryogenic Upper Stage) Индиянын GSLV MkI (Geosynchronous Satellite Launch Vehicle) учуруучу ракетасынын 12KRB.
1996 -жылы отундун компоненттери катары суюк суюктукту жана жаратылыш газын колдонгон газ генераторунун автономдуу атуу сыноолору жүргүзүлгөн, алар негизинен иштетүү жана туруктуу иштөө режимдерин текшерүүгө багытталган - 13 кошуу газ генераторунун иштөө жөндөмдүүлүгүн ырастаган жана ачык жана жабык схемалар боюнча иштөөчү газ генераторлорун иштеп чыгууда колдонулган жыйынтыктар.
1997-жылдын август-сентябрь айларында Khimmash конструктордук бюросу KVD1 кыймылдаткычынын руль агрегатынын өрт сыноолорун өткөргөн (ошондой эле суутектин ордуна жаратылыш газын колдонгон), анда эки учакта ± 39,5 градус бурчта бурулган камера бириктирилген. жалгыз түзүлүш (түрткү - 200 кгс, камеранын басымы - 40 кг / см2), баштоо жана токтотуу клапандары, пиротехникалык от алдыруу тутуму жана электр жетектери - бир стандарт KVD1 рулдук агрегаты жалпы иштөө убактысы 450 секундадан ашкан алты старттан өттү басым 42–36 кг / см2 диапазонунда. Тесттин жыйынтыктары муздатуучу зат катары жаратылыш газын колдонуп кичинекей камера түзүү мүмкүнчүлүгүн тастыктады.
1997-жылдын августунда КБ Химмаш ZhK + LNG күйүүчү майына 7,5 тф болгон толук көлөмдөгү жабык мотордун сыноолорун баштады. Азайтуучу газ генераторунун газын күйгүзүү жана камераны отун менен муздатуу менен жабык чынжырдын модификацияланган KVD1 мотору өндүрүш үчүн негиз болгон.
Стандарттык кычкылдандыруучу насос KVD1 өзгөртүлдү: кычкылдандыруучу менен күйүүчү насостун баштарынын керектүү катышын камсыз кылуу үчүн насостун дөңгөлөгүнүн диаметри көбөйтүлдү. Ошондой эле, кыймылдаткыч линияларынын гидравликалык тюнинги компоненттердин эсептелген катышын камсыз кылуу үчүн оңдолгон.
Мурда ЖК + суюк водород күйүүчү майында сыноо циклинен өткөн прототип кыймылдаткычын колдонуу изилдөө чыгымдарын максималдуу азайтууну камсыз кылган.
Муздак тесттер моторду жана стендди ысык жумушка даярдоо методун иштеп чыгууга мүмкүндүк берди, стенддик цистерналарда СТГнын керектүү параметрлерин камсыз кылуу, кычкылдандыргычты жана отун линияларын муздатуу учурунда насостордун ишенимдүү иштешине кепилдик берген температурага чейин муздатуу. баштоо мезгили жана туруктуу жана туруктуу кыймылдаткычтын башталуусу.
Кыймылдаткычтын биринчи өрт сыноосу 1997 -жылдын 22 -августунда ишкананын стендинде өткөрүлгөн, ал бүгүн ракета жана космостук өнөр жайдын илимий сыноо борбору (RRC RCP) деп аталат. КБ Химмаштын практикасында бул сыноолор LNGди толук көлөмдүү жабык мотор үчүн отун катары колдонуунун биринчи тажрыйбасы болду.
Тесттин максаты - параметрлердин бир аз кыскарышынан жана кыймылдаткычтын иштөө шарттарын жеңилдетүүдөн ийгиликтүү жыйынтык алуу.
Режимге жетүүнү жана режимде иштөөнү контролдоо контролдук каналдардын өз ара аракеттенүүсүн эске алуу менен, дроссель контроллерлерин жана HPC1 алгоритмдерин колдонуу менен отун компоненттеринин керектөө катышын колдонуу менен ишке ашырылды.
Жабык мотордун биринчи атуу сыноосунун программасы толугу менен аткарылды. Кыймылдаткыч белгилүү бир убакытка чуркады, материалдык бөлүктүн абалы боюнча эч кандай комментарий жок.
Сыноонун жыйынтыктары кычкылтек-водород кыймылдаткычынын бирдиктеринде СТГны отун катары колдонуунун негизги мүмкүнчүлүгүн тастыктады.
Газ көп - кокс жок
Кийинчерээк, сыноолор LNGди колдонуу менен байланышкан процесстерди тереңирээк изилдөө, мотор агрегаттарынын иштөө шарттарын кененирээк текшерүү жана дизайн чечимдерин оптималдаштыруу максатында улантылды.
Жалпысынан 1997 -жылдан 2005 -жылга чейин, ZhK + LNG күйүүчү майын колдонууга ыңгайлаштырылган KVD1 кыймылдаткычынын эки нускасынын беш атуу сыноосу 17-60 секундага созулган, метан газдагы - 89,3төн 99,5 пайызга чейин болгон..
Жалпысынан алганда, бул сыноолордун жыйынтыктары "ZhK + LNG" күйүүчү майын колдонууда моторду жана анын агрегаттарын өнүктүрүүнүн негизги принциптерин аныктоого жана 2006 -жылы иштеп чыгууну, өндүрүүнү камтыган изилдөөлөрдүн кийинки баскычына өтүүгө мүмкүндүк берди. жана C5.86 кыймылдаткычын сыноо. Күйүү камерасы, газ генератору, турбопампа бирдиги жана экинчисинин жөндөгүчтөрү структуралык жана параметрдик жактан ZhK + LNG отуну менен иштөө үчүн атайын жасалган.
2009 -жылга карата 68 жана 60 секунддук C5.86 кыймылдаткычтарынын эки өрт сыноосу 97, 9 жана 97, 7 пайыздык СТГда метан камтылган.
Суюк кыймылдаткычтын кыймылдаткычын күйгүзүү жана токтотуу боюнча оң натыйжаларга жетишүү, күйгүзүү жана күйүүчү компоненттердин катышы боюнча туруктуу режимде иштөөдө (башкаруу аракеттерине ылайык). Бирок негизги милдеттердин бири - камеранын муздатуу жолунда (кокс) жана газ жолунда (күйөө) жетишерлик узак күйгүзүлгөн катуу фазанын топтолушунун жоктугун эксперименталдык текшерүү - көлөмү чектелүү болгондуктан аткарылган жок. отургуч LNG танктары (максималдуу күйгүзүү узактыгы 68 секунд). Ошондуктан, 2010 -жылы стендди атуу сыноолорун жүргүзүү үчүн 1000 секунддан кем эмес убакытта жабдуу жөнүндө чечим кабыл алынган.
Жаңы жумуш орду катары, NRC RCP сыноо стенжи тиешелүү көлөмдөгү кубаттуулуктарга ээ болгон кычкылтек-суутек суюк-кыймылдаткыч ракета кыймылдаткычтарын сыноо үчүн колдонулган. Сыноого даярдануу учурунда жети өрт сыноосунда мурда топтолгон олуттуу тажрыйба эске алынды. 2010 -жылдын июнь айынан сентябрь айына чейин суюк водороддун отургуч системалары суюлтулган газды колдонуу үчүн тазаланган, отургучка No2 С5.86 кыймылдаткычы орнотулган, өлчөө, башкаруу, авариялык коргоо системаларынын комплекстүү сыноолору жана күйүүчү камерада күйүүчү майдын жана басымдын катышын жөнгө салуу жүргүзүлгөн.
Скамейка цистерналары күйүүчү май куюучу танкердин транспорттук цистернасынан күйүүчү май менен толтурулган (көлөмү - 56,4 м3, 16 тонна куюу менен), газ алмаштыруучу агрегатты, анын ичинде жылуулук алмаштыргычты, чыпкаларды, өчүрүү клапандарын жана өлчөө приборлорун колдонуу менен. Цистерналарды толтуруу аяктагандан кийин, кыймылдаткычка күйүүчү майдын компоненттерин берүү үчүн отургуч линиялары муздап, толтурулган.
Мотор кадимкидей иштей баштады. Режимдеги өзгөрүүлөр башкаруу системасынын таасирине ылайык ишке ашты. 1100 секунддан баштап газ генераторунун газынын температурасы тынымсыз жогорулап, натыйжада моторду токтотуу чечими кабыл алынган. Өчүрүү буйрук боюнча 1160 секундда эч кандай эскертүүсүз ишке ашты. Температуранын көтөрүлүшүнүн себеби, сыноо учурунда пайда болгон күйүү камерасынын муздатуу жолунун чыгуучу коллекторунун агып чыгышы болгон - коллекторго орнотулган сайылган технологиялык саптаманын ширетүүчү тигишинин жаракасы.
Өткөрүлгөн өрт сынагынын жыйынтыктарын талдоо төмөнкү тыянак чыгарууга мүмкүндүк берди:
- иштөө процессинде кыймылдаткычтын параметрлери күйүүчү компоненттердин (2.42ден 1ге чейин - 3.03кө 1) жана түртүүнүн (6311 - 7340 кгс) катышынын ар кандай айкалыштары менен режимдерде туруктуу болгон;
-газ жолунда катуу фазалуу түзүлүштөрдүн жоктугун жана кыймылдаткычтын суюк жолунда кокстун кендеринин жоктугун ырастады;
- суюлтулган газды муздатуучу катары колдонууда күйүү камерасын муздатуунун эсептөө ыкмасын тактоо үчүн керектүү эксперименталдык маалыматтар алынган;
- күйүү камерасынын муздатуу каналынын туруктуу жылуулук режимине чыгуу динамикасы изилденген;
-СТГнын өзгөчөлүктөрүн эске алуу менен ишке киргизүүнү, көзөмөлдөөнү, жөнгө салууну жана башка нерселерди камсыз кылуу үчүн техникалык чечимдердин тууралыгын ырастады;
-иштелип чыккан C5.86 7.5 tf түртүүчү приборлордун потенциалдуу жогорку баскычтарында жана жогорку баскычтарында кыймылдаткыч катары (жалгыз же айкалышта) колдонулушу мүмкүн;
- атуу сыноолорунун оң жыйынтыктары ZhK + LNG күйүүчү майы менен иштеген моторду түзүү боюнча кийинки эксперименттердин максатка ылайыктуулугун тастыктады.
2011 -жылы кезектеги өрт сыноосунда мотор эки жолу күйгүзүлгөн. Биринчи өчүрүү алдында кыймылдаткыч 162 секунд иштеди. Газ жолунда катуу фаза пайда болбогонун жана суюктук жолунда кокс кендеринин жоктугун ырастоо үчүн жүргүзүлгөн экинчи ишке киргизүүдө, бул өлчөмдөгү кыймылдаткычтын бир старт менен иштөөсүнүн рекорддук узактыгы - 2007 секундга жетти, ошондой эле тетиктерди кыскартуу мүмкүнчүлүгү ырасталды. Күйүүчү майдын компоненттери түгөнгөндүктөн сыноо токтотулган. Бул мотор инстанциясынын жалпы иштөө убактысы 3389 секундду (төрт жолу баштоо) түзгөн. Жүргүзүлгөн кемчиликти аныктоо кыймылдаткыч жолдорунда катуу фазанын жана кокстун пайда болушунун жоктугун ырастады.
C5.86 No2 менен теориялык жана эксперименталдык иштердин жыйындысы тастыкталды:
- "ZhK + LNG" компоненттеринин отун түтүкчөсүндө керектүү өлчөмдөгү кыймылдаткычты түзүүнүн негизги мүмкүнчүлүгү, репродуктивдүү газдын күйгүзүлүшү менен, ал туруктуу мүнөздөмөлөрдүн сакталышын жана катуу фазанын иш жүзүндө жоктугун камсыз кылат. кыймылдаткычтын суюк жолдорунда газ жолдору жана кокс кендери;
-кыймылдаткычты бир нече жолу иштетүү жана токтотуу мүмкүнчүлүгү;
-кыймылдаткычтын узак мөөнөттүү иштөө мүмкүнчүлүгү;
-суюлтулган газдын жана авариялык коргоонун өзгөчөлүктөрүн эске алуу менен бир нече жолу иштетүүнү, көзөмөлдөөнү, жөнгө салууну камсыз кылуу үчүн кабыл алынган техникалык чечимдердин тууралыгы;
-NIC RCP жөндөмдүүлүктөрү узак мөөнөттүү тесттер үчүн турат.
Ошондой эле, NRC RCP менен биргеликте, LNGтин чоң массаларын ташуу, май куюу жана термостаттоо технологиясы иштелип чыккан жана учуу продуктуларына май куюу процедурасы үчүн иш жүзүндө колдонулуучу технологиялык чечимдер иштелип чыккан.
LNG - кайра колдонулуучу каттамдарга жол
Чектелген каржылоонун айынан С5.86 No2 демонстрациялоочу кыймылдаткычтын тетиктери жана тетиктери тиешелүү деңгээлде оптималдаштырылбагандыктан, бир катар көйгөйлөрдү толук чечүү мүмкүн болгон жок, анын ичинде:
муздатуучу зат катары СТГнын термофизикалык касиеттерин тактоо;
сууга симуляциялоодо жана СТГда иштөөдө негизги агрегаттардын мүнөздөмөлөрүнүн жакындашуусун текшерүү үчүн кошумча маалыматтарды алуу;
негизги блоктордун мүнөздөмөлөрүнө жаратылыш газынын курамынын мүмкүн болгон таасирин эксперименталдык текшерүү, анын ичинде күйүү камерасынын жана газ генераторунун муздатуу жолдорун;
суюк от алуучу ракета кыймылдаткычтарынын мүнөздөмөлөрүн иштөө режимдеринин кеңири диапазонунда жана негизги параметрлерди бир жолку жана бир нече жолу баштоо менен аныктоо;
баштаганда динамикалык процесстерди оптималдаштыруу.
Бул көйгөйлөрдү чечүү үчүн КБ Химмаш С5.86А No2А модернизацияланган моторун чыгарды, анын турбо насостук агрегаты биринчи жолу турбинасы, модернизацияланган башкы турбинасы жана күйүүчү май насосу менен жабдылган. Күйүү камерасынын муздатуу жолу модернизацияланган жана отундун катышы дроссель ийнеси кайра иштелип чыккан.
Кыймылдаткычтын өрт сыноосу 2013 -жылдын 13 -сентябрында жүргүзүлгөн (СТГдагы метандын курамы - 94,6%). Сыноо программасы жалпы узактыгы 1500 секунд (1300 + 100 + 100) болгон үч которгучту караштырган. Кыймылдаткычтын режимде иштей башташы жана иштеши кадимкидей уланды, бирок 532 секундда авариялык коргоо системасы авариялык өчүрүү буйругун чыгарды. Кырсыктын себеби кычкылдандыруучу насостун агым жолуна бөтөн металл бөлүкчөсүнүн кириши болгон.
Кырсыкка карабай, C5.86A No2A бир топ убакыт иштеген. Биринчи жолу заряддалуучу басымдын борттогу аккумуляторун колдонуу менен ишке ашырылган схемага ылайык, бир нече жолу башталууну талап кылган ракета стадиясынын бир бөлүгү катары колдонууга арналган кыймылдаткыч ишке киргизилди. Белгиленген түртүү режими үчүн туруктуу иштөө режими алынган жана отун компоненттеринин керектөөсүнүн мурда ишке ашкан катышы максимум. Күчтү күчөтүүнүн жана отундун компоненттерин керектөө коэффициентин жогорулатуунун мүмкүн болгон резервдери аныкталды.
Азыр KB Khimmash иштөө убактысы жана башталуу саны боюнча мүмкүн болгон максималдуу ресурстарды текшерүү үчүн C5.86нын жаңы көчүрмөсүн даярдоону аяктап жатат. Бул ZhK + LNG күйүүчү майындагы реалдуу кыймылдаткычтын прототипи болуп калышы керек, ал учуруучу машиналардын жогорку баскычтарына жаңы сапат берет жана кайра колдонулуучу транспорттук системаларга дем берет. Алардын жардамы менен космос изилдөөчүлөр жана ойлоп табуучулар үчүн гана эмес, мүмкүн саякатчылар үчүн да жеткиликтүү болуп калат.
