СПОСОБЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (ЖРД)

THE METHODS OF COOLING LIQUID PROPELLANT ROCKET ENGINES

Nikolay Kaushan

student, Department of Aircraft Engines Reshetnev Siberian State University of Science and Technology

Russia, Krasnoyarsk

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются способы охлаждения конструктивных элементов жидкостного ракетного двигателя. Эта тема крайне актуальна из-за высокой температуры горения, которая грозит термической деструкцией двигателя. В статье отмечена важность работы специалистов ракетостроения в этом направлении.

ABSTRACT

The article discusses the methods of cooling the structural elements of a liquid rocket engine. This topic is extremely relevant because of the high gorenje temperature, which threatens the thermal destruction of the engine. The article notes the importance of the work of rocket scientists in this direction.

Ключевые слова: охлаждение, ракетный двигатель, регенеративное охлаждение, пограничный слой, абляционный способ охлаждения.

Keywords: cooling, rocket engine, regenerative cooling, boundary layer, ablative cooling method.

Безопасный запуск двигателя – это то, что лежит в основе автоматического управления жидкостным ракетным двигателем. Кроме того, элементами системы автоматического управления являются:

• эффективный контроль на всех этапах запуска и выхода на основной режим работы,
• постоянный мониторинг тяги по плану полета с необходимостью ее регулирования,
• постоянный мониторинг с последующим регулированием расходных материалов,
• остановка при выходе на заданную траекторию.

Жидкостный ракетный двигатель оснащают гарантированным запасом топлива, так как не все моменты работы запуска и вывода ракеты на проектнируемый режим можно просчитать заранее, возможны различные отклонения.

Пуск ЖРД очень критичен с точки зрения взрывоопасных отказов в его реализации. Причиной взрывоопасного отказа может стать накопление несгоревшего топлива в камере, и при проблемах охлаждения конструкций двигателя может разрушиться по причине взрыва.

Существует несколько видов охлаждения стенок камеры ЖРД:

1 регенеративное охлаждение, основанное на создании полостей в стенках камеры, через которые окислитель без топлива охлаждает стенки камеры и тепло с теплоносителем (топливом) возвращается обратно в камеру. Специалистами рассмотрены различные способы регенеративного охлаждения. Так, группа специалистов [4] рассмотрела в своей публикации «новую высокоэффективную систему регенеративного охлаждения на основе принципа межканальной транспирации теплоносителя сквозь пористый сетчатый металл (ПСМ)». Исследователи указали на влияние числа каналов на гидравлические потери и эффективность теплообмена, установив, при этом, высокую интенсификацию теплообмена в пористом тракте.

2 создание пограничного слоя, который создается из паров топлива слой газа со стенок камеры. Этот эффект достигается установкой на периферии головки форсунок, подающих только топливо. При этом топливной смеси не хватает окислителя и горение у стенки не такое интенсивное, как в центре камеры. Температура пограничного слоя изолирует высокие температуры в центре камеры от стенок камеры сгорания [2].

3 абляционный способ охлаждения жидкостного ракетного двигателя, который используют для небольших двигателей с вытеснительной топливной системой. В этом случае наносят специальный теплозащитный слой соответствующего покрытия на стенки камеры и сопла. При высоких температурах покрытие переходит из твердого состояния в газообразное, поглощая большую часть тепла. Этот способ охлаждения жидкостного ракетного двигателя использовался в американской лунной программе.

Какой бы способ не был использован, необходимо сформировать систему охлаждения таким образом, чтобы снизить температуру стенки двигателя. В этом направлении работают изобретатели, например, Болотин Н.Б. [3], Захаров А.М. [1]. И этот поиск трудно переоценить.

Список литературы:

1. Захаров А.М. Способ охлаждения огневой стенки камеры ЖРД и устройство для его реализации. Патент на изобретение RU 2403426 C1, 10.11.2010. Заявка № 2009118139/06 от 12.05.2009
2. Казаков А.Ю. Способы теплоизоляции камеры сгорания в газовой ракетной двигательной установке // Динамика систем, механизмов и машин. –2014. – № 2. – С. 232-233
3. Патент RU 2 511 785 C1 2014 год. [Электронный ресурс] Режим доступа: https://yandex.ru/patents/doc/RU2511785C1_20140410 (Дата обращения 06.08.2020)
4. Пелевин Ф.В. К вопросу о применении пористых металлов в регенеративной системе охлаждения жидкостных ракетных двигателей / Ф.В. Пелевин, А.В. Пономарев, П.Ю. Семенов // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. – 2014. – № 5(650). – С. 10-19