Использование гелия в жидкостных ракетных двигателях

Инженерный журнал: наука и инновации

# 1·2017 1

УДК 621, 453 DOI 10.18698/2308-6033-2017-01-1572

Использование гелия в жидкостных

ракетных двигателях

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия

Исследована возможность использования гелия в двигательных установках

с жидкостными ракетными двигателями (ЖРД). Изложены свойства гелия, пред-

ставляющие интерес для разработки агрегатов ракетно-космической промыш-

ленности. Рассмотрены примеры использования гелия в современных ЖРД в каче-

стве рабочего тела для обеспечения функционирования систем двигательной

установки с ЖРД (наддув топливных баков перед запуском, привод элементов ав-

томатики), а также проведена оценка участия гелия в рабочем процессе, проис-

ходящем в камере сгорания. Обосновано преимущество использования гелия по

сравнению с другими инертными газами (например, азотом). Показано, что в слу-

чае добавки гелия в камеру сгорания ракетного двигателя для ряда топлив воз-

можно увеличение удельного импульса. Приведены результаты перспективных

разработок по созданию ЖРД, имеющих автономный контур охлаждения, указа-

ны преимущества такого конструктивного решения. Подчеркнуто, что предло-

женный метод модернизации уже имеющихся ЖРД с применением рассмотрен-

ных методов использования гелия не влечет значительных переделок конструкции

двигателя и экономически выгоден.

Ключевые слова:

жидкостные ракетные двигатели, гелий, удельный импульс, раз-

гонный блок, перспективные конструктивные решения

Введение.

Инертный газ гелий в настоящее время широко применя-

ется в двигательных установках с жидкостными ракетными двигателя-

ми (ЖРД) [1]. Такие качества гелия, как малая мольная масса

(0,004 кг/моль) и хорошие охлаждающие свойства (при

= 1000 К

удельная теплоемкость

= 5,18 кДж/(кг

⋅

К)), позволяют использовать

этот газ в современных двигательных установках с ЖРД и в перспек-

тивных разработках. В жидком состоянии гелий является криогенным

компонентом [2, 3].

В настоящее время гелий применяют преимущественно в газо-

баллонных вытеснительных системах подачи для вытеснения компо-

нентов в жидкостный газогенератор, наддува баков с компонентами,

а также как рабочее тело газовой автоматики. К вытесняющим газам

обычно относят воздух, азот или гелий, но предпочтение отдают ге-

лию, поскольку он имеет б

льшее значение комплекса RT, обладая

меньшей молекулярной массой при одинаковых условиях.

Вследствие малой мольной массы гелий характеризуется в не-

сколько раз высшей скоростью звука, в отличие от других газов

(кроме водорода), что обеспечивает высокую скорость срабатывания