Кислородно-водородный ЖРД НМ60

Реферат на тему:

«Кислородно-водородный ЖРД НМ60»

ПЛАН

Требования, выдвигаемые при разработке ракетного двигателя

Схемы двигателя

Сравнение вариантов ЖРД НМ60 и ЖРД SSME

Характеристики ЖРД ПМ 60 после доработки

Основные параметры турбонасосов

Характеристики КС ЖРД

Форсуточная головка и камера сгорания

Сравнение двигителя НМ60 с другим ЖРД

Список литературы

При разработке ракетного двигателя следует учитывать, что он должен удовлетворять ряду выдвинутых требований, среди которых:

1. удельный импульс в вакууме - 4346 Нсек/кг;

2. номинальная тяга в вакууме — 800 кН; с возможностью дросселирования в полете до 600 кН;

3. перспективный уровень тяги в вакууме — 1300 кН. Данная тяга необходима для использования ЖРД на первой ступени перспективных РН и достигается увеличением давления в камере сгорания. Таким образом, первоначальная конфигурация с тягой 800 кН разрабатывается в условиях минимального технического риска;

4. длина и максимальный диаметр не более 4,0 и 2,4 м, соответственно, что обеспечивает безопасное разделение ступеней в полете. В перспективе предполагается использовать выдвигаемый насадок сопла;

5.критическим на входе в насос окислителя принято избыточное давление 1,5×105 Па и в насос горючего 0,5×105 Па, что позволяет обойтись без преднасосов;

6. ЖРД должен допускать многократное использование.

Для выявления потенциальных технических проблем, начиная с 1978 года проводились предварительные исследования кислородно-водородного ЖРД с тягой 500 кН. В 1980 году было принято решение о разработке семейства РН Ариан-5 (рис.1), на которой предполагается использование разгонных блоков первой ступени РН Ариан-4 и нового кислородно-водородного блока Н60 (рис.2) на второй ступени. На рис. 1 под каждой модификацией РН указана ее грузоподъемность (кг) и соответствующая орбита: LEO — низкая околоземная; GTO — переходная к стационарной.

Предварительные исследования по двигателю блока были начаты в 1981 году. Разработку планировалось начать в 1984 году, а закончить в 1991 году с тем, чтобы первый пуск Ариан-5 осуществить в 1993—1994 году.

Исследования, проводимые в Европе в области ракет-носителей, показывают необходимость разработки кислородно-водородного двигателя большой тяги для эксплуатации в 90-годы.

Ниже рассматриваются основные результаты предварительных исследований по созданию ЖРД НМ60.

В процессе предварительных исследований рассматривались три схемы двигателя:

1.ЖРД с использованием на турбине пара водорода, полученного в тракте

2.ЖРД с дожиганием генераторного газа;

3. ЖРД без дожигания генераторного газа

Принципиальными преимуществами ЖРД первой из рассмотренных схем являются: простота, предельно низкая стоимость производства и относительной низкий уровень давления в насосах, необходимый для заданного давления в камере сгорания. Тем не менее, предварительные исследования показывают, что тепловой энергии, снятой со всей поверхности камеры сгорания, включая сопло, не достаточно для подачи топлива в камеру сгорания с давлением 100×105 Па.

В схеме ЖРД с дожиганием генераторного газа, камера сгорания питается двумя отдельными турбонасосами, работающими на газе, полученном в предкамере, объединенной с турбонасосом жидкого водорода. Для данной схемы ЖРД рассматривались конфигурации турбонасосов, подобные ЖРД ТКА Space Shuttle, но без преднасосов, что объясняется требованиями к двигателю. Камера сгорая имеет регенеративное охлаждение, для чего используется 20% топлива, а 6% его идет на охлаждение сопла с последующим сбросом горячего пара.

На рис. 4 приведен общий в ид ЖРД НМ60 с дожиганием генераторного газа (А) и без дожигания (В).

Конструкция и технология изготовления камеры сгорания ЖРД без дожигания генераторнрго газа, как и схемы с дожиганием генераторного газа, аналогичны маршевому двигателю ТКА Space Shuttle (SSME). Основные характеристики двух анализируемых схем ЖРД приведены в табл.1, где также для сравнения даны характеристики маршевого ЖРД ТКА Space Shuttle (SSME). Можно видеть, что для обеих схем уровни давления ниже, чем у SSME.

Таблица 1. Сравнение вариантов ЖРД НМ60 и ЖРД SSME

НМ 60 без дожигания

НМ 60 с дожиганием

SSME

Тяга в вакууме, кН

800

1300

800

1300

2092(100%)

Тяга на уровне моря, кН

624

1054

654

1104

1669

Соотношение компонентов

5,12

5,12

5,58

5,58

6.0

Камера сгорания:

Давление в камере сгорания х 105 Па

Отношение площадей

100

103,7

160

103,7

125

124,4

203

124,4

205

77.5

Газогенератор:

Давление

х 105 Па

Соотношение компонентов

50,6

0,9

115,6

0,9

194