Soba yanacağı raket mühərrikləri üçün yüksək səmərəlidir
Roket və kosmos dünyası kəsişmədə: qlobal tendensiyalar daha aşağı xərcləri və kosmik xidmətlərin ekoloji təhlükəsizliyini artırmağı tələb edir. Dizaynerlər bahalı, yüksək enerji tələb edən maye hidrogenini 90-98 faiz metan olan ucuz mayeləşdirilmiş təbii qazla (LNG) əvəz edərək, ekoloji cəhətdən təmiz yanacaqlardan istifadə edərək yeni maye yanacaqlı raket mühərrikləri (LPRE) icad etməlidirlər. Bu yanacaq, maye oksigenlə birlikdə, dizayn, material, texnoloji və istehsal geriliyinin artıq mövcud elementlərindən maksimum istifadə etməklə yeni yüksək səmərəli və ucuz mühərriklər yaratmağa imkan verir.
LNG zəhərli deyil və oksigenlə yandırıldıqda su buxarı və karbon qazı əmələ gəlir. Raketçilikdə geniş istifadə olunan kerosindən fərqli olaraq, LNG tökülməsi ətraf mühitə zərər vermədən tez buxarlanır.
İlk testlər
Təbii qazın hava ilə alovlanma temperaturu və partlayıcı konsentrasiyasının aşağı həddi hidrogen və kerosin buxarlarından daha yüksəkdir; buna görə də aşağı konsentrasiyalı bölgələrdə digər karbohidrogen yanacaqları ilə müqayisədə daha az partlayıcıdır.
Ümumiyyətlə, LNG -nin raket yanacağı kimi işləməsi üçün əvvəllər istifadə edilməmiş əlavə yanğın və partlayış qarşısının alınması tədbirləri tələb olunmur.
LNG sıxlığı maye hidrogendən 6 dəfə çoxdur, ancaq kerosinin yarısından çoxdur. Aşağı sıxlıq, kerosin tankı ilə müqayisədə LNG tankının ölçüsünün müvafiq olaraq artmasına səbəb olur. Bununla birlikdə, daha yüksək oksidləşdirici və yanacaq istehlakı nisbəti nəzərə alınmaqla (maye oksigen (LC) + LNG yanacağı üçün təxminən 3,5 ilə 1, ZhK + kerosin yanacağı üçün 2,7 ilə 1 arasında), ZhK + yanacağının ümumi həcmi yanacaq doldurulmuş LNG yalnız 20 faiz artır. Materialın kriogen sərtləşməsinin təsirini, həmçinin LC və LNG tanklarının diblərini birləşdirmə ehtimalını nəzərə alaraq, yanacaq çənlərinin çəkisi nisbətən kiçik olacaq.
Və nəhayət, LNG istehsalı və nəqli çoxdan mənimsənilib.
Moskva vilayətinin Korolev şəhərində AM İsaev adına Kimya Mühəndisliyi Dizayn Bürosu (KB Khimmash), 1994 -cü ildə ZhK + LNG yanacağının işlənməsi ilə əlaqədar işlərə başladı (məlum oldu ki, çox az maliyyə səbəbiylə illərlə uzanırdı). Dizayn - dizayn tədqiqatları və yuxarı mərhələnin bir hissəsi olaraq uğurla işlədilən 7.5 tf gücündə olan oksigen -hidrogen HPC1 -in şematik və struktur bazasından istifadə edərək yeni bir mühərrikin yaradılmasına qərar verildikdə (Kriogen Yuxarı Mərhələ) Hindistanın GSLV MkI (Geosinxron peyk buraxma vasitəsi) 12KRB.
1996 -cı ildə yanacaq komponentləri olaraq maye maye və təbii qazdan istifadə edən bir qaz generatorunun muxtar atəş sınaqları keçirildi, bunlar əsasən işə salınma və sabit iş rejimlərini yoxlamağa yönəldi - 13 daxil olmaqla qaz generatorunun iş qabiliyyətini təsdiqlədi və açıq və qapalı sxemlərdə işləyən bərpa qaz generatorlarının inkişafında istifadə olunan nəticələr.
1997-ci ilin avqust-sentyabr aylarında Khimmash Dizayn Bürosu, KVD1 mühərrikinin sükan qurğusunun yanğın sınaqları keçirdi (həm də hidrogen əvəzinə təbii qazdan istifadə edir), burada iki təyyarədə ± 39.5 dərəcə bir açı ilə əyilmiş bir otaq birləşdirildi. tək quruluş (itələmə - 200 kqf, kamera təzyiqi - 40 kq / sm2), işə salma və dayandırma klapanları, pirotexniki alovlanma sistemi və elektrik sürücülər - bir standart KVD1 sükan qurğusu, ümumi işləmə müddəti 450 saniyədən çox olan altı başlanğıcdan keçdi təzyiq 42-36 kq / sm2 aralığında. Testin nəticələri təbii qazı soyuducu kimi istifadə edən kiçik bir kamera yaratmaq ehtimalını təsdiqlədi.
1997-ci ilin avqustunda KB Khimmash, ZhK + LNG yanacağına 7,5 tf gücündə olan tam ölçülü qapalı dövrəli mühərrikin sınaqlarını keçirməyə başladı. İstehsal üçün əsas, azaldıcı qaz generatoru qazının yandırılması və kameranın yanacaqla soyudulması ilə bağlı qapalı dövrənin dəyişdirilmiş KVD1 mühərriki idi.
Standart oksidləşdirici nasos KVD1 dəyişdirildi: oksidləşdirici və yanacaq pompası başlarının lazımi nisbətini təmin etmək üçün nasos pervanesinin diametri artırıldı. Ayrıca, komponentlərin hesablanmış nisbətini təmin etmək üçün mühərrik xətlərinin hidravlik tənzimlənməsi düzəldildi.
Daha əvvəl LCD + maye hidrogen yanacağında atəş sınaqları dövrünü keçmiş mühərrik prototipinin istifadəsi tədqiqat xərclərində maksimum azalma təmin etdi.
Soyuq testlər, tezgah çənlərində LNG -nin lazımi parametrlərinin təmin edilməsi, oksidləşdirici və yanacaq xətlərinin istismar müddətində nasosların etibarlı işləməsini təmin edən temperaturlara qədər soyudulması baxımından mühərrikin və stendin isti iş üçün hazırlanma üsulunu hazırlamağa imkan verdi. başlanğıc dövrü və sabit və sabit mühərrikin işə salınması.
Mühərrikin ilk atəş sınağı 22 Avqust 1997 -ci ildə bu gün Raket və Kosmos Sənayesinin Elmi Test Mərkəzi (SRC RCP) adlanan müəssisənin stendində keçirildi. KB Khimmash praktikasında, bu testlər LNG-ni tam ölçülü qapalı dövrə mühərriki üçün yanacaq olaraq istifadə etməyin ilk təcrübəsi idi.
Testin məqsədi, parametrlərin bir qədər azalması və mühərrikin iş şəraitinin asanlaşdırılması nəticəsində uğurlu nəticə əldə etmək idi.
Rejimə çatma və rejimdə işləmə nəzarəti, tənzimləmə kanallarının qarşılıqlı əlaqəsi nəzərə alınmaqla, qaz tənzimləyiciləri və HPC1 alqoritmlərindən istifadə edərək yanacaq komponentlərinin istehlak nisbətindən istifadə etməklə həyata keçirildi.
Qapalı dövrə mühərrikinin ilk atəş sınağı proqramı tam olaraq tamamlandı. Mühərrik müəyyən bir müddət işləyib, material hissəsinin vəziyyəti ilə bağlı heç bir şərh verilməyib.
Test nəticələri, oksigen-hidrogen mühərriklərində LNG-ni yanacaq olaraq istifadə etməyin əsas ehtimalını təsdiqlədi.
Çox qaz var - koks yoxdur
Daha sonra, LNG istifadəsi ilə əlaqəli proseslərin daha dərindən öyrənilməsi, daha geniş tətbiq şəraitində mühərrik bloklarının işinin yoxlanılması və dizayn həllərinin optimallaşdırılması məqsədi ilə testlər davam etdirildi.
Ümumilikdə, 1997 -ci ildən 2005 -ci ilə qədər, 17-60 saniyə davam edən, ZhK + LNG yanacağının istifadəsi üçün uyğunlaşdırılmış KVD1 mühərrikinin iki nüsxəsinin beş atəş sınağı keçirildi, LNG -də metan tərkibi - 89.3 ilə 99.5 faiz arasında..
Ümumilikdə, bu testlərin nəticələri "ZhK + LNG" yanacağından istifadə edərkən mühərrikin və aqreqatlarının inkişafının əsas prinsiplərini müəyyən etməyə və 2006 -cı ildə inkişaf etdirmə, istehsalatla bağlı tədqiqatın növbəti mərhələsinə keçməyə imkan verdi. və C5.86 mühərrikinin sınağı. Yanma kamerası, qaz generatoru, turbopump qurğusu və sonuncunun tənzimləyiciləri struktur və parametrik olaraq xüsusi olaraq ZhK + LNG yanacağında işləmək üçün hazırlanmışdır.
2009 -cu ilə qədər 68 və 60 saniyəlik C5.86 mühərriklərinin iki yanğın sınağı LNG -də 97, 9 və 97, 7 faizlik metan tərkibi ilə həyata keçirildi.
Təzyiq və yanacaq komponentlərinin nisbəti baxımından (nəzarət tədbirlərinə uyğun olaraq) sabit vəziyyət rejimində işləyən maye yanacaqlı mühərrikin işə salınması və dayandırılması ilə bağlı müsbət nəticələr əldə edilmişdir. Ancaq əsas vəzifələrdən biri - kameranın soyutma yolunda (koks) və kifayət qədər uzun müddət açılan qaz yolunda (qurum) bərk faz yığılmasının olmamasının eksperimental yoxlanılması məhdud həcm səbəbindən həyata keçirilə bilmədi. tezgah LNG tankları (maksimum açılma müddəti 68 saniyə idi). Buna görə də, 2010 -cu ildə stendin ən az 1000 saniyəlik atəş sınaqları aparmaq üçün təchiz edilməsi qərara alındı.
Yeni bir iş yeri olaraq, NRC RCP test tezgahı, müvafiq həcmdə olan oksigen-hidrogen maye-itələyici raket mühərriklərinin sınanması üçün istifadə edilmişdir. Testə hazırlaşarkən, əvvəllər yeddi yanğın sınağı zamanı qazanılan əhəmiyyətli təcrübə nəzərə alındı. 2010 -cu ilin iyun ayından sentyabr ayına qədər maye hidrogenin dəzgah sistemləri LNG istifadəsi üçün təmizləndi, 2 saylı C5.86 mühərriki dəzgahda quraşdırıldı, ölçmə, idarəetmə, təcili mühafizə sistemləri və yanma kamerasında yanacaq istehlakı və təzyiq nisbətinin tənzimlənməsi həyata keçirildi.
Dəzgah tankları, istilik dəyişdiricisi, filtrlər, bağlama vanaları və ölçü cihazları daxil olmaqla LNG yanacaq doldurma qurğusundan istifadə edərək yanacaq doldurma tankerinin nəqliyyat çənindən yanacaqla dolduruldu (həcmi - 16 ton yanacaq doldurma ilə 56,4 m3). Tankların doldurulması başa çatdıqdan sonra, mühərrikə yanacaq komponentlərinin tədarükü üçün dəzgah xətləri soyudulur və doldurulur.
Mühərrik normal işə düşdü və işləyirdi. Rejimdəki dəyişikliklər nəzarət sisteminin təsirlərinə uyğun olaraq baş verdi. 1100 saniyədən etibarən qaz generatoru qazının istiliyi daim artdı və nəticədə mühərriki dayandırmaq qərarı verildi. Bağlama, heç bir qeyd edilmədən əmrlə 1160 saniyədə baş verdi. Temperaturun artmasının səbəbi, test zamanı ortaya çıxan yanma kamerasının soyutma yolunun çıxış manifoldunun sızması idi - manifolda quraşdırılmış tıxalı proses nozzinin qaynaq tikişində bir çatlaq.
Aparılan yanğın testinin nəticələrinin təhlili belə nəticəyə gəlməyə imkan verdi:
- iş prosesində mühərrik parametrləri, yanacaq komponentlərinin istehlakı (2.42 ilə 1 - 3.03 -ə 1) və itələmə (6311 - 7340 kqf) nisbətinin müxtəlif birləşmələri olan rejimlərdə sabit idi;
-qaz yolunda bərk faza əmələgəlməməsi və mühərrikin maye yolunda koks çöküntülərinin olmaması;
- LNG -ni soyuducu kimi istifadə edərkən yanma kamerasının soyudulması üçün hesablama üsulunu təkmilləşdirmək üçün lazımi təcrübi məlumatlar əldə edilmişdir;
- yanma kamerasının soyutma kanalının sabit istilik rejiminə çıxış dinamikası öyrənilmişdir;
-LNG-nin xüsusiyyətlərini nəzərə alaraq işə salınma, nəzarət, tənzimləmə və digər şeyləri təmin etmək üçün texniki həllərin düzgünlüyünü təsdiqlədi;
-7.5 tf gücündə inkişaf etdirilmiş C5.86, buraxılış vasitələrinin yuxarı və yuxarı mərhələlərində vəd edən bir mühərrik olaraq (tək və ya kombinasiyada) istifadə edilə bilər;
- atəş testlərinin müsbət nəticələri, ZhK + LNG yanacağı ilə işləyən bir mühərrik yaratmaq üçün əlavə təcrübələrin mümkünlüyünü təsdiqlədi.
2011 -ci ildə növbəti yanğın testində mühərrik iki dəfə açıldı. İlk bağlanmadan əvvəl mühərrik 162 saniyə işləyib. Qaz yolunda bərk faz əmələ gəlməsinin və maye yolunda koks yataqlarının olmadığını təsdiq etmək üçün həyata keçirilən ikinci işə salınmada, bu ölçülü bir mühərrikin bir başlanğıcla işləmə rekord müddəti - 2007 saniyə əldə edildi, həm də itələmə gücünün azalması ehtimalı təsdiqləndi. Yanacaq komponentlərinin tükənməsi səbəbindən sınaq dayandırıldı. Bu mühərrik nümunəsinin ümumi işləmə müddəti 3389 saniyə idi (dörd başlanğıc). Aparılan qüsur, mühərrik yollarında bərk fazanın və koks əmələ gəlməsinin olmadığını təsdiqlədi.
C5.86 No 2 ilə bir sıra nəzəri və təcrübi işlər təsdiqləndi:
- sabit xüsusiyyətlərin saxlanmasını və praktiki olaraq bərk fazanın olmamasını təmin edən azaldıcı generator qazının yanması ilə "ZhK + LNG" komponentlərinin yanacaq cütündə lazımi ölçüdə bir mühərrik yaratmağın əsas imkanı. mühərrikin maye yollarında qaz yolları və koks yataqları;
-birdən çox mühərriki işə salmaq və dayandırmaq imkanı;
-mühərrikin uzunmüddətli işləmə imkanı;
-LNG və fövqəladə halların qorunması xüsusiyyətləri nəzərə alınmaqla çoxlu işə salınma, nəzarət, tənzimləmə təmin etmək üçün qəbul edilmiş texniki həllərin düzgünlüyü;
-NIC RCP-nin imkanları uzunmüddətli testlər üçün dayanır.
Ayrıca, NRC RCP ilə əməkdaşlıqda, böyük miqdarda LNG kütlələrinin daşınması, yanacaq doldurulması və termostatı üçün bir texnologiya hazırlanmış və uçuş məhsullarının yanacaq doldurma proseduru üçün praktiki olaraq tətbiq olunan texnoloji həllər hazırlanmışdır.
LNG - təkrar istifadə edilə bilən uçuşlara gedən yol
Məhdud maliyyələşmə səbəbindən C5.86 No2 nümayişçi mühərrikinin komponentləri və yığımları lazımi dərəcədə optimallaşdırılmadığından, o cümlədən bir sıra problemləri tam həll etmək mümkün olmadı.
soyuducu kimi LNG -nin termofiziki xüsusiyyətlərinin aydınlaşdırılması;
su üzərində simulyasiya edərkən və LNG -də işləyərkən əsas qurğuların xüsusiyyətlərinin yaxınlaşmasını yoxlamaq üçün əlavə məlumatların əldə edilməsi;
yanma kamerasının və qaz generatorunun soyutma yolları da daxil olmaqla əsas qurğuların xüsusiyyətlərinə təbii qazın tərkibinin mümkün təsirinin eksperimental yoxlanılması;
maye yanacaqlı raket mühərriklərinin xüsusiyyətlərinin həm tək, həm də çoxlu başlanğıclarla iş rejimlərində və əsas parametrlərdə daha geniş dəyişikliklərdə müəyyən edilməsi;
başlanğıcda dinamik proseslərin optimallaşdırılması.
Bu problemləri həll etmək üçün KB Khimmash, təkmilləşdirilmiş C5.86A 2A mühərrikini istehsal etdi, turbo nasos qurğusu ilk dəfə işə salınan turbin, təkmilləşdirilmiş əsas turbin və yanacaq nasosu ilə təchiz edildi. Yanma kamerasının soyutma yolu modernləşdirildi və yanacaq nisbəti qazı iynəsi yenidən dizayn edildi.
Mühərrikin yanğın testi 13 sentyabr 2013 -cü ildə həyata keçirildi (LNG -də metan tərkibi - 94,6%). Test proqramı, ümumi müddəti 1500 saniyə (1300 + 100 + 100) olan üç açar üçün nəzərdə tutulmuşdur. Mühərrikin rejimdə işə salınması və işləməsi normal şəkildə davam etdi, lakin 532 saniyədə təcili müdafiə sistemi təcili olaraq söndürmə əmri verdi. Qəzaya səbəb oksidləşdirici nasosun axış yoluna yad metal hissəciyinin girməsi olub.
Qəzaya baxmayaraq, C5.86A No 2A kifayət qədər uzun müddət işləyib. İlk dəfə, təyyarədə şarj edilə bilən bir təzyiq akkumulyatorundan istifadə edərək həyata keçirilən sxemə görə, birdən çox işə başlamağı tələb edən bir raket mərhələsinin bir hissəsi olaraq istifadə üçün nəzərdə tutulmuş bir mühərrik işə salındı. Müəyyən bir itələmə rejimi və yanacaq komponentlərinin istehlakının əvvəllər həyata keçirilmiş nisbəti üçün sabit bir iş rejimi əldə edildi. Gücün artırılması və yanacaq komponentlərinin istehlak nisbətinin artırılması üçün mümkün ehtiyatlar müəyyən edilmişdir.
İndi KB Khimmash, əməliyyat müddəti və başlanğıc sayı baxımından mümkün olan maksimum mənbəni yoxlamaq üçün yeni bir C5.86 nüsxəsinin istehsalını tamamlayır. ZhK + LNG yanacağında real mühərrikin prototipinə çevrilməlidir ki, bu da raketlərin yuxarı mərhələlərinə yeni keyfiyyət verəcək və təkrar istifadə edilə bilən nəqliyyat sistemlərində nəfəs alacaq. Onların köməyi ilə məkan yalnız tədqiqatçılar və ixtiraçılar üçün deyil, bəlkə də yalnız səyahətçilər üçün də əlçatan olacaq.
