Давление в камере сгорания ракетный двигатель - Авто журнал "Гараж"
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Давление в камере сгорания ракетный двигатель

Твердотопливные ракетные двигатели

История твердотопливных двигателей

Первой работой КБ «Южное» в области создания твердотопливных ракетных двигателей (РДТТ) является начатая в 1963 г. опытно-конструкторская разработка маршевого РДТТ первой ступени 15Д15 для комбинированной ракеты 8К99.

Первый пуск двигателя был проведен в апреле 1965 г.

Однако в октябре 1969 г., несмотря на серию полностью успешных пусков ракеты 8К99, ее разработка была прекращена. Опыт создания РДТТ позволил выработать новые прогрессивные подходы к определению наиболее оптимального облика будущих маршевых РДТТ.

В 1969 г. в КБ «Южное» была начата разработка МБР 15Ж43 и, в том числе, РДТТ первой ступени – 15Д122.

При создании двигателя был предложен ряд прогрессивных решений:

  • комбинированный корпус со стеклопластиковой трубой продольно-поперечной намотки и металлическими днищами;
  • моноблочный заряд из смесевого твердого топлива на основе бутилового каучука, прочноскрепленный с корпусом;
  • центральное частично утопленное в камеру сгорания стационарное сопло с системой управления вектором тяги вдувом горячего камерного газа в утопленную сверхзвуковую часть сопла.

Проведенные огневые испытания двигателя 15Д122 подтвердили его работоспособность и требуемые характеристики системы управления вектором тяги на основе «горячего» вдува.

В этот период в КБ были разработаны управляющие твердотопливные двигатели для разведения космических объектов с увеличенным временем работы и управляющими усилиями (15Д161, 15Д171, 15Д221). В двигателях использовались заряды торцевого горения из безметального смесевого топлива с оригинальной конструкцией скрепления с корпусом и уникальной конструкцией уплотнения в подшипниках вращающихся сопел.

Следующей работой КБ «Южное» по созданию РДТТ стала разработка маршевого двигателя 3Д65 для первой ступени ракеты морского базирования 3М65 (разработки конструкторского бюро им. Макеева), в конструкции которого были применены самые передовые инженерные решения:

  • цельномотанный корпус типа «кокон» с силовой оболочкой из высокопрочного органоволокна и закладными элементами из титанового сплава;
  • прочноскрепленный с корпусом заряд из высокоэнергетического смесевого топлива на основе бутилкаучука;
  • стационарное сопло с системой управления вектором тяги по трем каналам на основе «горячего» вдува;
  • ряд конструкторских решений, обусловленных спецификой применения двигателя в составе ракеты морского базирования (старт, как из надводного, так и подводного положения).

В 1982 г. двигатель 3Д65 был допущен к серийному производству.

В середине 1970-х годов КБ «Южное» приступило к разработке маршевых РДТТ первой ступени – 15Д206 и второй ступени – 15Д207 для шахтной МБР 15Ж44 и мобильной МБР 15Ж52.

С целью сокращения объема и сроков экспериментальной отработки двигатель 15Д206 был спроектирован как полный аналог двигателя 3Д65, изменения состояли в повышении уровня расходно-тяговых характеристик, увеличении диаметра критического сечения и величины давления в камере сгорания.

При разработке двигателя 15Д207 были применены следующие новые технические решения:

  • стационарное сопло с выдвижным высотным насадком;
  • углерод-углеродные композиционные материалы для вкладыша критического сечения;
  • рецептуры топлива с повышенным уровнем энергетических характеристик;
  • моноблочный заряд с высоким коэффициентом заполнения камеры сгорания.

Наземная отработка двигателей была начата в 1979 г.

Однако в 1983 г. было принято решение о прекращении разработки ракет 15Ж44 и 15Ж52 и о создании на их базе МБР 15Ж60 и 15Ж61 с улучшенными тактико-техническими характеристиками и повышенным уровнем стойкости к поражающим факторам ядерного оружия.

Для мобильных ракет 15Ж61 был создан новый двигатель второй ступени – 15Д290, улучшенные характеристики которого были получены за счет применения нового высокоэнергетического смесевого топлива и внедрения ряда конструкторских решений, повышающих стойкость двигателя к воздействию поражающих факторов ядерного оружия.

Для ракеты 15Ж60 предъявленные требования к маршевым РДТТ первой и второй ступеней привели к необходимости создания принципиально нового двигателя первой ступени и модернизации двигателя второй ступени (15Д305 и 15Д339 соответственно).

При разработке двигателя 15Д305 были заложены следующие уникальные решения:

  • высокоэнергетическое топливо на основе октогена;
  • корпус типа «кокон»;
  • центральное поворотное сопло на эластичном опорном шарнире с моноблочным вкладышем критического сечения из объемно-армированного углерод-углеродного материала.

Для двигателя 15Д339 было создано многофункциональное покрытие, защищающее корпус от всех поражающих факторов ядерного оружия, а также улучшено массовое совершенство конструкции и повышена эрозионная стойкость сопла.

В результате проведенных работ в 1986-1988 гг. была завершена отработка РДТТ 15Д290, 15Д305 и 15Д339 и начато их серийное производство.

В 1988 г. КБ «Южное» была поручена разработка двигательной установки первой ступени (15Д365) МБР 15Ж65.

Особенностями конструкции двигателя 15Д365 являются:

  • моноблочный заряд с поворотным управляющим соплом на эластичном опорном шарнире, с качанием по круговой диаграмме;
  • органопластиковый корпус типа «кокон»;
  • прочноскрепленный заряд из смесевого топлива, на основе октогена.

Было проведено пять огневых испытаний с выпуском заключения о допуске двигателя 15Д365 к летным испытаниям. Однако из-за распада СССР все работы по теме в КБ «Южное» были прекращены.

Наряду с маршевыми и управляющими РДТТ в КБ «Южное» разработана большая группа (82 типа) малогабаритных твердотопливных двигателей, аккумуляторов давления и газогенераторов.

С их помощью решен широкий круг технических задач:

  • минометный старт ракеты;
  • минометное разделение ступеней ракеты;
  • заклон ракеты при минометном старте;
  • изменение геометрии надувного наконечника головного обтекателя;
  • увеличение высотности сопла маршевого двигателя;
  • отделение и увод с траектории ракеты различных объектов;
  • управление полетом частей ракеты;
  • выброс с ракеты объектов и обеспечение их полета с заданной скоростью;
  • стабилизация объектов вращением.

Многолетний опыт успешной эксплуатации ракет подтвердил высокую надежность и высокую стойкость разработанных РДТТ к воздействию внешних эксплуатационных факторов.

Успех Raptor под вопросом

Создатель ракетного двигателя РД-180 Борис Каторгин прокомментировал заявление главы SpaceX о превосходстве американской разработки. Илон Маск написал в своем твиттере, что новый двигатель Raptor побил рекорд РД-180 по уровню давления в камере сгорания. По его словам, Raptor смог достичь давления 268,9 бара (около 274,2 кгс/см 2 ). Российский жидкостный ракетный двигатель РД-180, согласно данным, представленным на сайте производителя, НПО «Энергомаш», развивает давление в камере сгорания 261,7 кгс/см 2 .

«Прежде чем делать выводы о результатах работы двигателя, надо получить ответы на ряд вопросов: в какой камере была получена тяга, насколько процесс горения устойчив? Как камера охлаждалась при таких высоких тепловых потоках, а также отработала ли она один полетный ресурс или несколько? Только после получения этих показателей можно давать оценку результатам. Надеюсь, Илон Маск увидит мои вопросы и предоставит полные данные, буду рад в дальнейшем вступить в полемику», — отметил Борис Каторгин.

Кислородно-керосиновый ракетный двигатель РД-180 используется на первых ступенях ракет-носителей США серии Atlas. Совершено уже 85 полетов. Ранее Илон Маск дал высокую оценку конструкции РД-180. Он говорил, что использование в американской ракете-носителе Atlas V российского двигателя должно быть постыдным фактом для американских производителей.

Главный конструктор НПО «Энергомаш» Петр Левочкин, в свою очередь, отметил, что Маск «не является техническим специалистом» и не учитывает, что в двигателе РД-180 для ракеты-носителя Atlas применяют совершенно иную топливную схему — «кислород–керосин», что говорит о других параметрах работы двигателя.

Читать еще:  Хорошее зимнее масло для дизельных двигателей

Главный конструктор также добавил, что «Энергомаш» сертифицировал двигатель РД-180 с десятипроцентным запасом, и, таким образом, давление в его камере сгорания превышает 280 атмосфер.

По его словам, Raptor работает по схеме «газ–газ», поэтому указанный уровень давления «не является чем-то выдающимся».

«В своих разработках для данных схем мы закладываем уровень давления в камере более 300 атмосфер. А сам параметр давление в камере не является выходной характеристикой двигателя, такой как тяга и удельный импульс», — заключил Петр Левочкин.

Помимо этого он поздравил SpaceX с первыми успехами в области ракетного двигателестроения и отметил достаточно высокий уровень разработок и производственных процессов в компании.

В начале февраля двигатель Raptor успешно прошел огневые испытания. Испытательный макет имеет только три двигателя, однако в финальную версию будет включено до семи двигателей. Они будут использованы в космическом корабле Starship, который сначала полетит на Луну, а затем возьмет курс на Марс.

Как заметил в интервью газете «Взгляд» член-корреспондент Российской академии космонавтики им. К. Э. Циолковского Андрей Ионин, «одно дело разогнать какую-то систему до определенных параметров, а другое — ее стабильная работа».

Академик подчеркнул, что ракеты с двигателями серий РД-170, 180 и 190 летают более 30 лет, то есть их характеристики подтверждены многолетней практикой. Этим заявлением, по мнению эксперта, Маск лишь пытается поддерживать свой имидж.

Но дело даже не в том, что новый Raptor пока еще не прошел испытание практикой. «То, о чем говорит Маск, — это не та разница, которая на что-то влияет. Это просто выбор конструктора, — заявил научный руководитель Института космической политики Иван Моисеев. — Чем больше давление, тем эффективнее двигатель. Повышение давления поднимает эффективность, но приближает к некоему максимуму, к которому мы так и так близко. Ну взял побольше двигатель давления — пожалуйста, ради бога. Могли бы сделать меньше, могли бы и больше. Наши двигатели все равно одного класса».

Очередное достижение Маска, конечно, представляет научно-технический интерес, но на расклад сил в космосе, точнее, на международном рынке космических запусков, пока не влияет. Рыночным позициям РД-180 оно прямо не угрожает. Как сообщалось ранее, Соединенные Штаты будут закупать РД-180 по меньшей мере до 2023–2024 годов.

Как считает Павел Пушкин, генеральный директор компании «КосмоКурс», ранее занимавшийся разработкой ракеты «Ангара», Россия и США вступили в новую фазу «космической гонки» в области создания самого идеального с технической точки зрения ракетного двигателя.

По его словам, если Маск создал метановый двигатель, то и в России с технической точки зрения может быть создан двигатель на метане. А пока же, напомнил Павел Пушкин, ведется модернизация самого мощного в мире двигателя РД-171 до версии РД-171МВ, который будет использоваться в российских ракетах среднего класса «Союз-5»/«Иртыш» и в сверхтяжелой ракете «Енисей», предназначенной для полета на Луну.

В то же время Павел Пушкин считает, что пока рано говорить о достижения паритета между США и Россией. «Для метанового двигателя реализуются более мягкие температурные параметры при том же давлении, что в кислородно-керосиновом РД-180. Температура в метановом двигателе пониже будет, помягче тепловые нагрузки. Даже если бы сделали керосиновый двигатель с таким давлением, это вопрос технической реализации: кто лучше или хуже. Но мне кажется, что основной параметр — это цена двигателя и ракеты. Если Маск реализовал по низкой цене — это одно, если по высокой — другое. Если там высокое давление, то это может быть ненадежно и двигатели при полном цикле испытаний начнут отказывать. Пока информации недостаточно», — подытожил эксперт.

Давление в камере сгорания ракетный двигатель

  • О Фонде
  • Органы управления
    • Правление
    • Попечительский совет
    • Научно-технический совет
  • Лаборатории
  • Центры
  • Документы
  • Противодействие коррупции
  • Направления
  • Предложить проект
  • Вакансии
  • Партнеры
  • Проекты
  • Конкурсы
  • Контакты
  • Пресс-центр
  • О Фонде
    • Цели и задачи
    • Органы управления
      • Генеральный директор
      • Правление
      • Попечительский совет
      • Научно-технический совет
    • Лаборатории
    • Центры
    • Документы
    • Противодействие коррупции
  • Проекты
    • Все проекты
    • Физико-технические исследования
    • Химико-биологические
      и медицинские исследования
    • Информационные исследования
  • Конкурсы
    • Все
    • Завершенные
  • Сотрудничество
    • Направления
    • Предложить проект
    • Вакансии
    • Партнеры
  • Пресс-центр
    • Новости Фонда
    • СМИ о нас
    • События
  • Контакты

      Проезд от ст. м. «Киевская»
      автобусы №7, 17, 34 до остановки
      «Патентное ведомство»

      • Цели и задачи
      • Органы управления
      • Лаборатории
      • Центры
      • Документы
      • Противодействие коррупции

      Совместный проект Фонда перспективных исследований и АО «НПО Энергомаш имени академика В.П.Глушко»

      Лаборатория «Детонационные ЖРД» создана Фондом перспективных исследований в 2014 году на базе АО «НПО Энергомаш».

      АО «НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко» – ведущее российское предприятие по разработке мощных жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Ракетные двигатели, разработанные в НПО Энергомаш, вывели и выводят в космос практически все отечественные космические аппараты. В их числе – первый искусственный спутник Земли, первый космический корабль с человеком на борту, орбитальная станция «Мир» и космический корабль «Буран».

      В НПО Энергомаш созданы самые мощные в мире жидкостные ракетные двигатели РД-170 и РД-171 для ракет-носителей «Энергия» и «Зенит», двигатели РД-264 и РД-268 для боевых ракет Р-36М и МР-УР-100, двигатель РД-180 для американских ракет-носителей «Атлас III» и «Атлас-V», двигатель РД-191 для семейства российских ракет-носителей «Ангара».

      Огромный опыт создания жидкостных ракетных двигателей и владение уникальными технологиями обеспечили основу сотрудничества предприятия с авиакосмическими организациями и компаниями всего мира.

      Работа лаборатории «Детонационные ЖРД» ведётся в кооперации с ФГБОУ ВПО МАИ (НИУ) и ФГБОУ ИГиЛ СО РАН, в рамках этой работы создан и успешно испытан демонстратор жидкостного ракетного двигателя, работающего в режиме непрерывной спиновой детонации. В ходе реализации данного проекта изучены возможности повышения тягово-экономических характеристик двигателя путем организации детонационного горения, а также способы обеспечения работоспособности конструкции двигателя при высочайших температурах и параметрах давления внутри камеры сгорания, возникающих при работе в детонационном режиме при отсутствии охлаждения пристеночного слоя.

      Новизна данных исследований определена применением принципиально новых способов организации рабочего процесса в камере сгорания жидкостного ракетного двигателя и использованием для создания его конструкции не имеющих аналогов высокотемпературных теплозащитных покрытий со специфическими свойствами. Эти покрытия позволяют обеспечить работоспособность стенки камеры сгорания без системы охлаждения в течение заданного времени. Более того исследования позволят получить понимание о возможностях и пределах детонации топливной пары кислород-керосин.

      Особое место в проекте было отведено исследованиям процесса смесеобразования топлива и поиску новых подходов в конструкции смесительных головок, позволяющих получать капли топливной смеси необходимого размера, состава и концентрации.

      В результате реализации проекта создан демонстратор нового ракетного двигателя, который ляжет в основу нового класса ракет-носителей. Кроме того, в ходе реализации проекта разработан ряд уникальных технологий, математических моделей и программных продуктов, которые могут быть использованы для других перспективных работ.

      В настоящее время в составе лаборатории работают девять человек. Это ведущие сотрудники конструкторского бюро АО «НПО Энергомаш», которые имеют уникальный опыт расчетов и разработки конструкций ЖРД, а также проведения научно-исследовательских работ в области создания перспективных инновационных ракетных двигателей.

      Какой ракетный двигатель самый лучший?


      Ракетные двигатели — одна из вершин технического прогресса. Работающие на пределе материалы, сотни атмосфер, тысячи градусов и сотни тонн тяги — это не может не восхищать. Но разных двигателей много, какие же из них самые лучшие? Чьи инженеры поднимутся на пьедестал почета? Пришло, наконец, время со всей прямотой ответить на этот вопрос.

      К сожалению, по внешнему виду двигателя нельзя сказать, насколько он замечательный. Приходится закапываться в скучные цифры характеристик каждого двигателя. Но их много, какую выбрать?

      Мощнее

      Ну, наверное, чем мощнее двигатель, тем он лучше? Больше ракета, больше грузоподъемность, быстрее начинает двигаться освоение космоса, разве не так? Но если мы посмотрим на лидера в этой области, нас ждет некоторое разочарование. Самая большая тяга из всех двигателей, 1400 тонн, у бокового ускорителя Спейс Шаттла.

      Несмотря на всю мощь, твердотопливные ускорители сложно назвать символом технического прогресса, потому что конструктивно они являются всего лишь стальным (или композитным, но это неважно) цилиндром с топливом. Во-вторых, эти ускорители вымерли вместе с шаттлами в 2011 году, что подрывает впечатление их успешности. Да, те, кто следят за новостями о новой американской сверхтяжелой ракете SLS скажут мне, что для нее разрабатываются новые твердотопливные ускорители, тяга которых составит уже 1600 тонн, но, во-первых, полетит эта ракета еще не скоро, не раньше конца 2018 года. А во-вторых, концепция «возьмем больше сегментов с топливом, чтобы тяга была еще больше» является экстенсивным путем развития, при желании, можно поставить еще больше сегментов и получить еще большую тягу, предел тут пока не достигнут, и незаметно, чтобы этот путь вел к техническому совершенству.

      Второе место по тяге держит отечественный жидкостной двигатель РД-171М — 793 тонны.


      Четыре камеры сгорания — это один двигатель. И человек для масштаба

      Казалось бы — вот он, наш герой. Но, если это лучший двигатель, где его успех? Ладно, ракета «Энергия» погибла под обломками развалившегося Советского Союза, а «Зенит» прикончила политика отношений России и Украины. Но почему США покупают у нас не этот замечательный двигатель, а вдвое меньший РД-180? Почему РД-180, начинавшийся как «половинка» РД-170, сейчас выдает больше, чем половину тяги РД-170 — целых 416 тонн? Странно. Непонятно.

      Третье и четвертое места по тяге занимают двигатели с ракет, которые больше не летают. Твердотопливному UA1207 (714 тонн), стоявшему на Титане IV, и звезде лунной программы двигателю F-1 (679 тонн) почему-то не помогли дожить до сегодняшнего дня выдающиеся показатели по мощности. Может быть, какой-нибудь другой параметр важнее?

      Эффективнее

      Какой показатель определяет эффективность двигателя? Если ракетный двигатель сжигает топливо, чтобы разгонять ракету, то, чем эффективнее он это делает, тем меньше топлива нам нужно потратить для того, чтобы долететь до орбиты/Луны/Марса/Альфы Центавра. В баллистике для оценки такой эффективности есть специальный параметр — удельный импульс.

      Удельный импульс показывает, сколько секунд двигатель может развивать тягу в 1 Ньютон на одном килограмме топлива

      Рекордсмены по тяге оказываются, в лучшем случае, в середине списка, если отсортировать его по удельному импульсу, а F-1 с твердотопливными ускорителями оказываются глубоко в хвосте. Казалось бы, вот она, важнейшая характеристика. Но посмотрим на лидеров списка. С показателем 9620 секунд на первом месте располагается малоизвестный электрореактивный двигатель HiPEP


      Это не пожар в микроволновке, а настоящий ракетный двигатель. Правда, микроволновка ему все-таки приходится очень отдаленным родственником.

      Двигатель HiPEP разрабатывался для закрытого проекта зонда для исследования лун Юпитера, и работы по нему были остановлены в 2005 году. На испытаниях прототип двигателя, как говорит официальный отчет NASA, развил удельный импульс 9620 секунд, потребляя 40 кВт энергии.

      Второе и третье места занимают еще не летавшие электрореактивные двигатели VASIMR (5000 секунд) и NEXT (4100 секунд), показавшие свои характеристики на испытательных стендах. А летавшие в космос двигатели (например, серия отечественных двигателей СПД от ОКБ «Факел») имеют показатели до 3000 секунд.


      Двигатели серии СПД. Кто сказал «классные колонки с подсветкой»?

      Почему же эти двигатели еще не вытеснили все остальные? Ответ прост, если мы посмотрим на другие их параметры. Тяга электрореактивных двигателей измеряется, увы, в граммах, а в атмосфере они вообще не могут работать. Поэтому собрать на таких двигателях сверхэффективную ракету-носитель не получится. А в космосе они требуют киловатты энергии, что не всякие спутники могут себе позволить. Поэтому электрореактивные двигатели используются, в основном, только на межпланетных станциях и геостационарных коммуникационных спутниках.

      Ну, хорошо, скажет читатель, отбросим электрореактивные двигатели. Кто будет рекордсменом по удельному импульсу среди химических двигателей?

      С показателем 462 секунды в лидерах среди химических двигателей окажутся отечественный КВД1 и американский RL-10. И если КВД1 летал всего шесть раз в составе индийской ракеты GSLV, то RL-10 — успешный и уважаемый двигатель для верхних ступеней и разгонных блоков, прекрасно работающий уже много лет. В теории, можно собрать ракету-носитель целиком из таких двигателей, но тяга одного двигателя в 11 тонн означает, что на первую и вторую ступень их придется ставить десятками, и желающих так делать нет.

      Можно ли совместить большую тягу и высокий удельный импульс? Химические двигатели уперлись в законы нашего мира (ну не горит водород с кислородом с удельным импульсом больше

      460, физика запрещает). Были проекты атомных двигателей (раз, два), но дальше проектов это пока не ушло. Но, в целом, если человечество сможет скрестить высокую тягу с высоким удельным импульсом, это сделает космос доступней. Есть ли еще показатели, по которым можно оценить двигатель?

      Напряженней

      Ракетный двигатель выбрасывает массу (продукты сгорания или рабочее тело), создавая тягу. Чем больше давление давление в камере сгорания, тем больше тяга и, главным образом в атмосфере, удельный импульс. Двигатель с более высоким давлением в камере сгорания будет эффективнее двигателя с низким давлением на том же топливе. И если мы отсортируем список двигателей по давлению в камере сгорания, то пьедестал будет оккупирован Россией/СССР — в нашей конструкторской школе всячески старались делать эффективные двигатели с высокими параметрами. Первые три места занимает семейство кислородно-керосиновых двигателей на базе РД-170: РД-191 (259 атм), РД-180 (258 атм), РД-171М (246 атм).


      Камера сгорания РД-180 в музее. Обратите внимание на количество шпилек, удерживающих крышку камеры сгорания, и расстояние между ними. Хорошо видно, как тяжело удержать стремящиеся сорвать крышку 258 атмосфер давления

      Четвертое место у советского РД-0120 (216 атм), который держит первенство среди водородно-кислородных двигателей и летал два раза на РН «Энергия». Пятое место тоже у нашего двигателя — РД-264 на топливной паре несимметричный диметилгидразин/азотный тетраоксид на РН «Днепр» работает с давлением в 207 атм. И только на шестом месте будет американский двигатель Спейс Шаттла RS-25 с двумястами тремя атмосферами.

      Надежней

      Каким бы ни был многообещающим по характеристикам двигатель, если он взрывается через раз, пользы от него немного. Сравнительно недавно, например, компания Orbital была вынуждена отказаться от использования хранившихся десятилетиями двигателей НК-33 с очень высокими характеристиками, потому что авария на испытательном стенде и феерический по красоте ночной взрыв двигателя на РН Antares поставили под сомнение целесообразность использования этих двигателей дальше. Теперь Antares будут пересаживать на российский же РД-181.


      Большая фотография по ссылке

      Верно и обратное — двигатель, который не отличается выдающимися значениями тяги или удельного импульса, но надежен, будет популярен. Чем длиннее история использования двигателя, тем больше статистика, и тем больше багов в нем успели отловить на уже случившихся авариях. Двигатели РД-107/108, стоящие на «Союзе», ведут свою родословную от тех самых двигателей, которые запускали первый спутник и Гагарина, и, несмотря на модернизации, имеют достаточно невысокие на сегодняшний день параметры. Но высочайшая надежность во многом окупает это.

      Доступней

      Двигатель, который ты не можешь построить или купить, не имеет для тебя никакой ценности. Этот параметр не выразить в числах, но он не становится от этого менее важным. Частные компании часто не могут купить готовые двигатели задорого, и вынуждены делать свои, пусть и попроще. Несмотря на то, что те не блещут характеристиками, это лучшие двигатели для их разработчиков. Например, давление в камере сгорания двигателя Merlin-1D компании SpaceX составляет всего 95 атмосфер, рубеж, который инженеры СССР перешли в 1960-х, а США — в 1980-х. Но Маск может делать эти двигатели на своих производственных мощностях и получать по себестоимости в нужных количествах, десятками в год, и это круто.


      Двигатель Merlin-1D. Выхлоп из газогенератора как на «Атласах» шестьдесят лет назад, зато доступно

      Раз уж зашла речь о спейсэксовских «Мерлинах», нельзя не упомянуть характеристику, которую всячески форсили пиарщики и фанаты SpaceX — тяговооруженность. Тяговооруженность (она же удельная тяга или TWR) — это отношение тяги двигателя к его весу. По этому параметру двигатели Merlin с большим отрывом впереди, у них он выше 150. На сайте SpaceX пишут, что это делает двигатель «самым эффективным из всех когда-либо построенных», и эта информация разносится пиарщиками и фанатами по другим ресурсам. В английской Википедии даже шла тихая война, когда этот параметр запихивался, куда только можно, что привело к тому, что в таблице сравнения двигателей этот столбец вообще убрали. Увы, в таком заявлении гораздо больше пиара, нежели правды. В чистом виде тяговооруженность двигателя можно получить только на стенде, а при старте настоящей ракеты двигатели будут составлять меньше процента от ее массы, и разница в массе двигателей ни на что не повлияет. Несмотря на то, что двигатель с высоким TWR будет более технологичным, чем с низким, это скорее мера технической простоты и ненапряженности двигателя. Например, по параметру тяговооруженности двигатель F-1 (94) превосходит РД-180 (78), но по удельному импульсу и давлению в камере сгорания F-1 будет заметно уступать. И возносить тяговооруженность на пьедестал как самую важную для ракетного двигателя характеристику, по меньшей мере наивно.

      Этот параметр во многом связан с доступностью. Если вы делаете двигатель сами, то себестоимость вполне можно подсчитать. Если же покупаете, то этот параметр будет указан явно. К сожалению, по этому параметру не построить красивую таблицу, потому что себестоимость известна только производителям, а стоимость продажи двигателя тоже публикуется далеко не всегда. Также на цену влияет время, если в 2009 году РД-180 оценивался в $9 млн, то сейчас его оценивают в $11-15 млн.

      Вывод

      Самый лучший ракетный двигатель — это такой двигатель, который вы можете произвести/купить, при этом он будет обладать тягой в требуемом вам диапазоне (не слишком большой или маленькой) и будет эффективным настолько(удельный импульс, давление в камере сгорания), что его цена не станет неподъемной для вас.

      Скучно? Зато ближе всего к истине.

      И, в заключение, небольшой хит-парад двигателей, которые лично я считаю лучшими:


      Семейство РД-170/180/190. Если вы из России или можете купить российские двигатели и вам нужны мощные двигатели на первую ступень, то отличным вариантом будет семейство РД-170/180/190. Эффективные, с высокими характеристиками и отличной статистикой надежности, эти двигатели находятся на острие технологического прогресса.


      Be-3 и RocketMotorTwo. Двигатели частных компаний, занимающихся суборбитальным туризмом, будут в космосе всего несколько минут, но это не мешает восхищаться красотой использованных технических решений. Водородный двигатель BE-3, перезапускаемый и дросселируемый в широком диапазоне, с тягой до 50 тонн и оригинальной схемой с открытым фазовым переходом, разработанный сравнительно небольшой командой — это круто. Что же касается RocketMotorTwo, то при всем скептицизме по отношению к Брэнсону и SpaceShipTwo, я не могу не восхищаться красотой и простотой схемы гибридного двигателя с твердым топливом и газообразным окислителем.

      F-1 и J-2 В 1960-х это были самые мощные двигатели в своих классах. Да и нельзя не любить двигатели, подарившие нам такую красоту:


      РД-107/108. Парадоксально? Невысокие параметры? Всего 90 тонн тяги? 60 атмосфер в камере? Привод турбонасоса от перекиси водорода, что устарело лет на 70? Это все неважно, если двигатель имеет высочайшую надежность, а по стоимости приближается к «большому глупому носителю». Да, конечно, когда-нибудь и его время пройдет, но эти двигатели будут жить еще лет десять минимум, и, похоже, поставят рекорд по долголетию. Не получится найти более успешный двигатель с более славной историей.

      Использованные источники
      • Материал во многом базируется на вот этой сводной таблице из английской вики, там стараются на каждую цифру дать ссылку и держать материал актуальным.
      • Полная картинка КДПВ с копирайтами, которые пришлось отрезать при кадрировании — тут.
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector