Использование гелия в жидкостных ракетных двигателях

Использование гелия в жидкостных ракетных двигателях

Инженерный журнал: наука и инновации

# 1·2017 3

Одной из обязательных предстартовых полетных операций явля-

ется предпусковой наддув ракеты. При использовании криогенных

компонентов (кислорода, водорода) наддув баков двигательной уста-

новки осуществляется компонентами, находящимися в баках, гази-

фицированных в элементах ЖРД. Но перед пуском для наддува, как

правило, используется инертный газ.

При выборе газа следует иметь в виду, что он не должен вступать

в реакцию с компонентами или легко растворяться в них. Также важ-

но учитывать, что при наддуве баков с низкокипящим компонентом

температура снижения вытесняющего газа должна быть ниже темпе-

ратуры кипения компонента, чтобы исключить конденсацию в баке

газа наддува. Этому требованию отвечает гелий.

Бак с керосином, как правило, наддувают гелием как перед стар-

том, так и во время работы двигательной установки. Единственной

ракетой, в которой при наддуве керосинового бака первой и второй

ступени используется генераторный газ, является ракета Н-1.

В ней при наддуве генераторного газа температура снижается в специ-

альном смесителе (подобно ЖРД РД-253 и РД-275 в ракете «Протон»),

поскольку громадный объем ее керосиновых баков (объем бака первой

ступени составляет 680 м

) потребовал бы и большого количества ге-

лия, что увеличило бы размеры ракеты и привело бы к ухудшению

массовых характеристик.

Следует отметить, что использование гелия для обеспечения за-

пуска ЖРД РД-170, когда осуществляется подача сжатого гелия в ма-

гистрали продувки полостей газогенератора и камер для эмульсиро-

вания горючего в целях флегматизации процесса горения топлива

при запуске, обеспечивает плавное нарастание давления в камерах

и газогенераторе двигателя.

Проекты использования гелия.

Опишем два перспективных

проекта по использованию гелия в ЖРД, разрабатываемых на кафед-

ре «Ракетные двигатели» МГТУ им. Н.Э. Баумана совместно с со-

трудниками предприятий ракетного двигателестроения, в которых

автор принимал непосредственное участие.

Первым проектом было расчетно-аналитическое исследование

добавления гелия в камеру сгорания ЖРД в целях повышения удель-

ного импульса [4]. Актуальной задачей сегодня является увеличение

удельного импульса ЖРД с минимальными экономическими затратами,

т. е. с использованием современной технологии создания двигателей.

Эффективность ЖРД характеризуется таким основным показате-

лем, как удельный импульс тяги

уд

, т. е. тяга двигателя, которая при-

ходится на 1 кг топлива, расходуемого в течение 1 с.

Для анализа влияния различных факторов на величину

уд

можно

воспользоваться уравнением