Меню

Главная
Случайная статья
Настройки
РД-0146
Материал из https://ru.wikipedia.org

РД-0146 — серия безгазогенераторных жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), разрабатываемых в Конструкторским бюро химавтоматики (КБХА) в Воронеже. Предназначены для использования в составе верхних ступеней и разгонных блоков РН, в том числе РН Ангара.

Содержание

Конструкция

Первый в СССР и России ЖРД, газогенератор которых заменён кипением компонентов топлива в системе охлаждения, что обеспечивает надёжность, особенно при многократных включениях[2].

Впервые в мире газ на турбины раздельных насосов компонентов подаётся последовательно. что позволило показать работающую систему подачи топлива в камеру сгорания с оптимальными параметрами насосов[3].

Для привода турбонасосных агрегатов вместо обычного высокотемпературного генераторного газа (до 800 °С) применяется закипевшее горючее. Жидкий водород проходит через рубашку охлаждения камеры сгорания, газифицируется, нагреваясь до 30—150 °C[4], проходит через турбины приводов насосов, после чего попадает в камеру сгорания[5].

Турбонасос горючего будет самым высокооборотным в мире среди серийных ЖРД[6], частота вращения ротора до 125 000 об/мин[7]. Лишь на одном двигателе это значение было превзойдено: ротор малогабаритного гексанового турбонасоса ядерного РД-0410, также разработанного КБХА, но не пошедшего в серию, вращался с частотой до 160 000 об/мин[5].

Низкооборотные преднасосы обеспечивают работоспособность двигателя при низких баковых давлениях компонентов.[3]

В конструкции двигателя применены: электроплазменное зажигание, оребрение огневой стенки камеры, шаровые пуско-отсечные клапаны, современные титановые и алюминиевые сплавы, нагруженные узлы турбонасосных агрегатов выполнены из титана по гранульной технологии, насадок расширяющейся части сопла охлаждается только излучением, выполнен из углерод-углеродного композита[2].

Варианты
Сравнение различных вариантов РД-0146[4][8]
Версия РД-0146 РД-0146Д РД-0146ДМ РД-0146Д-1
Компоненты топлива жидкий кислород / жидкий водород жидкий кислород / жидкий водород жидкий кислород / сжиженный природный газ жидкий кислород / жидкий водород
Соотношение компонентов топлива (О/Г) 5,9 / 1,0 5,9 / 1,0
Тяга в пустоте, тс (кН) 10,0 (98,0) 7,5 (68,6) 6,6 (64,7) 9
Удельный импульс тяги в пустоте, кгс·с/кг (м/с) 463 (4542) 470 (4690) 362 (3547) 470 (4690)
Давление в камере сгорания, кг/см (МПа) 80,8 (7,9) 60,0 (5,9) 60,0 (5,9) 71,5
Обороты ТНА горючего, об/мин 123 200 98 180 45 230
Обороты ТНА окислителя, об/мин 40 600 32 800
Максимальное время работы в полёте, с 560 1350 190
Количество включений в полёте 1 5 1
Высота, мм 2200 3558 2200
Диаметр среза сопла, мм 710 960 960
Диаметр среза сопла с насадком, мм 1250 1950 1250
Начало разработки 1997 2008 2007 2018


РД-0146Д

На базе двигателя РД-0146 разрабатывается кислородно-водородный ЖРД РД-0146Д тягой 7,5 тс (главный конструктор Лобов С. Д., ведущий конструктор Космачев Ю. П.). Двигатель предназначен для использования в составе кислородно-водородного разгонного блока (РБ) тяжёлого класса РН «Ангара», а также может найти применение на верхних ступенях перспективных РН[9]. РД-0146Д обладает возможностью многократного включения в ходе полёта[3]. Особенностью двигателя РД-0146Д является исполнение выходной части сверхзвукового сопла в виде сдвижного насадка радиационного охлаждения из углерод-углеродного композиционного материала[4].

РД0146Д-1

С 2018 года КБХА занимается разработкой модифицированного двигателя РД0146Д-1 тягой 9 тс для РН Ангара.

Предыстория

Хотя в США разработка и внедрение водородного безгазогенераторного двигателя RL-10 была проведена еще в конце 50-х - начале 60-х, в СССР и России до РД-0146 в ЖРД подобной схемы не разрабатывались. Конструкторское бюро химического машиностроения (КБХМ) в начале работ по двигателю 11Д56 по проекту Н-1/Л-3 рассматривало безгазогенераторную схему, но отказалось от неё по ряду причин[10][11][12]. КБХА приступило к работе с водородом сразу на 200-тонном РД-0120 для ракеты-носителя (РН) «Энергия», на котором при такой схеме было крайне сложно реализовать высокие удельные характеристики (прежде всего, высокое давление в камере, расчётную тягу и удельный импульс на земле, а также габариты и массу)[5].

Предшественником первого отечественного безгазогенераторного кислородно-водородного двигателя можно считать ЖРД РО-95. В 1988 году КБХА получило от РКК «Энергия» техническое задание на создание этого двигателя для разгонных блоков РН «Буран-Т» и «Вулкан», но работы ограничились только эскизным проектированием[13].

Разработка

В 1997 году КБХА по техническому заданию ГКНПЦ им. М. В. Хруничева начата разработка кислородно-водородного двигателя РД-0146 тягой 10 тс с высотным соплом[3]. Разработку финансировала и американская компания Pratt & Whitney, оплатившая создание макета РД-0146, представленного на Ле Бурже 2001, а также изготовление стендового образца для огневых испытаний и показа потенциальным покупателям в США. Помимо этого компания Pratt & Whitney заключила контракт с КБХА на продажу двигателей по всему миру за исключением стран СНГ. C 2004 года планировалось начать продажу РД-0146[5][7].

10 октября 2009[уточнить] года была завершена разработка турбонасосного агрегата для РД-0146.

В настоящее время

Испытания

При работе над РД-0146 была изменена методика испытаний. По ранее принятой отечественной методике испытаний ЖРД замкнутой схемы ставился на стенд в собранном виде. В случае каких-либо конструктивных недоработок во время испытаний весь двигатель выходил из строя. После этого необходимо было производить его переборку, дефектацию и вносить изменения в конструкцию[5].

Новая методика заключается в разделении двигателя на три части: экспериментальные установки систем жидкого кислорода, экспериментальные установки систем жидкого водорода и камеры с запальниками. И только после отработки этих систем по отдельности двигатель начинают испытывать в собранном виде. Так при испытании системы подачи жидкого кислорода был обнаружен и исправлен конструкторско-технологический дефект[5].

На следующем этапе испытывалась камера сгорания. Испытания проходили при нагрузках 60—70 % от номинальной. Во время испытаний была отработана система поджига компонентов топлива в разных агрегатных состояниях[5].

Последней испытывалась установка с жидким водородом. Для его получения КБХА специально построило завод мощностью 100 кг/сут[7], который стал вторым в России[5].

9 октября 2001 года прошли первые огневые испытания РД-0146. При первом пуске двигатель проработал всего 8,5 секунд при режиме, соответствующем 50 % штатного[5].

К 2011 году проведено 30 огневых испытаний на 4 образцах двигателя с суммарной наработкой в 1680 секунд[2]. Испытания показали отклонения от математической модели на 2—4 %[5]. Отказов и аварий при испытаниях не было[2].

23 августа 2012 года успешно прошли первые огневые испытания кислородно-водородного двигателя РД-0146Д[15][16].

30 ноября 2012 года успешно прошли первые огневые испытания кислородно-водородного двигателя РД-0146Д с лазерной системой зажигания совместной разработки КБХА и Исследовательского центра имени М. В. Келдыша, разрабатываемой в рамках опытно-конструкторской работы «Двина-КВТК»[17][18].

28 октября 2013 года успешно проведена первая серия огневых испытаний этапа доводочных испытаний двигателя РД-0146Д[19][20].

20 ноября 2013 года успешно проведены огневые испытания двигателя РД-0146Д в высотных условиях — впервые реализован запуск в штатных условиях вакуума и обеспечено безотрывное истечение в сопле за счет использования газодинамической трубы[21][22].

Проведено более 100 испытаний с суммарной наработкой свыше 5000 секунд[3]. В рамках создания ЖРД семейства РД-0146 были проведены огневые испытания[4]:
  • двигателя РД-0146 с лазерным поджигом компонентов топлива;
  • двигателя РД-0146Д в штатных условиях вакуума;
  • двигателя РД-0146ДМ на топливе жидкий кислород — сжиженный природный газ.


29 декабря 2021 года Роскосмос сообщил о успешном испытании двигателя РД0146Д-1, в ходе которого включение, работа на заданных режимах и останов двигателя прошли в полном соответствии с заложенной программой.[23][24]

См. также

Примечания
  1. Журнал «Новости космонавтики», 2001, Таблица — Кислородно-водородные двигатели безгазогенераторной схемы.
  2. 1 2 3 4 История. РД0146. КБХА. Дата обращения: 25 декабря 2010. Архивировано 26 сентября 2011 года.
  3. 1 2 3 4 5 РД-0146/0146Д. НПО «Энергомаш». Дата обращения: 23 сентября 2019. Архивировано 23 сентября 2019 года.
  4. 1 2 3 4 5 РД0146. РД0146Д. Ракета-носитель «Ангара-А5». КБХА. Архивировано 8 марта 2019 года.
  5. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Журнал «Новости космонавтики», 2001.
  6. Двигатель «Ангары» оснастят уникальным турбонасосом. Газета «Известия» (8 октября 2009). Дата обращения: 23 сентября 2019. Архивировано 23 сентября 2019 года.
  7. 1 2 3 Полёт нормальный. Воронежское КБ делает новые двигатели. Газета «Известия» (20 декабря 2002). Архивировано из оригинала 1 ноября 2009 года.
  8. Журнал «Космическая техника и технологии», 2014, Таблица 2 — Основные параметры двигателей семейства РД-0146, с. 65.
  9. История. РД0146Д. КБХА. Дата обращения: 25 декабря 2010. Архивировано 26 сентября 2011 года.
  10. Афанасьев И. Космодром, где ракеты остаются на Земле // «Новости космонавтики» : журнал. — М.: Издательский центр «Экспринт», 1999. — Т. 9, вып. №12 (203). — С. 56—57. — ISSN 1561-1078. Архивировано из оригинала 6 марта 2012 года.
  11. Афанасьев И. Звездочка для Индии // «Новости космонавтики» : журнал. — М.: Издательский центр «Экспринт», 2000. — Вып. №1 (204). — ISSN 1561-1078. Архивировано из оригинала 27 марта 2011 года.
  12. Афанасьев И. Звездочка для Индии // «Новости космонавтики» : журнал. — М.: Издательский центр «Экспринт», 2000. — Вып. №2 (205). — ISSN 1561-1078. Архивировано из оригинала 12 мая 2011 года.
  13. Журнал «Космическая техника и технологии», 2014, Кислородно-водородные ЖРД безгазогенераторной схемы, с. 63.
  14. Жидкостный ракетный двигатель РД-0146. ГКНПЦ имени М. В. Хруничева.
  15. В ОАО КБХА успешно прошли огневые испытания безгазогенераторного кислородно-водородного двигателя РД0146Д. КБХА (27 августа 2012).
  16. В Воронеже проведены первые огневые испытания кислородно-водородного двигателя РД0146Д. REGNUM (27 августа 2012). Дата обращения: 23 сентября 2019. Архивировано 23 сентября 2019 года.
  17. В КБХА проведены испытания ракетного двигателя с лазерной системой зажигания. КБХА (4 декабря 2012). Дата обращения: 24 сентября 2019. Архивировано 15 августа 2020 года.
  18. КБХА провело первые в РФ испытания ракетного двигателя РД0146Д. «РИА Новости» (5 декабря 2012). Дата обращения: 24 сентября 2019. Архивировано 24 сентября 2019 года.
  19. В КБХА успешно начат этап доводочных испытаний кислородно-водородного двигателя РД0146Д. КБХА (1 ноября 2013).
  20. Воронежское КБХА провело испытания двигателя для «Ангары-А5». «РИА Новости» (1 ноября 2013). Дата обращения: 23 сентября 2019. Архивировано 23 сентября 2019 года.
  21. В КБХА проведены испытания двигателя РД0146Д в высотных условиях. КБХА (22 ноября 2013).
  22. На воронежском КБХА ракетный двигатель РД0146Д испытали в высотных условиях. REGNUM (25 ноября 2013). Дата обращения: 23 сентября 2019. Архивировано 23 сентября 2019 года.
  23. Новости. Проведены испытания кислородно-водородного двигателя для «Ангары-А5». www.roscosmos.ru. Дата обращения: 30 декабря 2021. Архивировано 29 декабря 2021 года.
  24. Госкорпорация «Роскосмос». Telegram. Дата обращения: 29 декабря 2021. Архивировано 29 декабря 2021 года.


Литература

Ссылки
Downgrade Counter