Использование гелия в жидкостных ракетных двигателях

С.А. Орлин

Инженерный журнал: наука и инновации

# 1·2017

двигательной установки. При возникновении ситуации, когда одна

или две камеры не выходят на номинальный режим по величине тяги,

можно форсировать другие камеры, добавляя в топливо гелий.

Вторым проектом, связанным с использованием гелия в ЖРД, яв-

ляется проработка возможности повышения характеристик жидкост-

ных ракетных двигателей посредством введения в состав двигатель-

ной установки автономного контура охлаждения камеры сгорания.

По объективным, техническим и экономическим причинам на

имеющихся отечественных средствах выведения целесообразнее ис-

пользовать разгонные блоки с двигательными установками на кисло-

родно-керосиновом топливе или на топливе «кислород + некриоген-

ное и нетоксичное синтетическое углеводородное горючее высокой

плотности».

Известно, что с точки зрения максимальных энергетических воз-

можностей на космических кислородно-углеводородных разгонных

блоках целесообразно использовать ЖРД замкнутой схемы. В насто-

ящее время разработана такая замкнутая схема с дожиганием окисли-

тельного газогенераторного газа (РД-253, РД-120, НК-33 и др.).

В ходе развития двигателей традиционной схемы с дожиганием

окислительного генераторного газа достигнут практически предель-

ный (для каждого уровня тяги ЖРД) уровень давления в камере сго-

рания. Это связано с ограничениями по стойкости конструкционных

материалов в высокотемпературном окислительном газе, от темпера-

туры которого зависит мощность, развиваемая турбиной турбонасос-

ного агрегата подачи компонентов топлива в камеру сгорания.

Сегодня наиболее совершенным по совокупности технических па-

раметров маршевым двигателем для кислородно-углеводородных

ЖРД является двигатель с дожиганием окислительного газа, разрабо-

танный в 1970–1973 гг. Последняя модификация такого двигателя

имеет тягу 8 тс и удельный импульс 352 с на керосине. Повышение

энергетических возможностей двигателя за счет дальнейшего увели-

чения степени расширения газов в сопле ограничивается стойкостью

конструктивных материалов в высокотемпературном окислительном

газе и возможностями по охлаждению камеры сгорания. Эта проблема

не может быть эффективно решена в рамках традиционных схем пода-

чи топлива.

Существенное улучшение энергетических параметров ЖРД воз-

можно при ликвидации потерь удельного импульса в результате рас-

хода горючего на внутреннее охлаждение камеры и при повышении

давления в ней. С целью достигнуть этого для охлаждения камеры

сгорания используют промежуточный высокоэффективный охлади-

тель, не являющийся компонентом топлива.