GNL pentru LRE
Combustibilul pentru arzătorul de bucătărie este foarte eficient pentru motoarele cu rachetă
Lumea rachetelor și a spațiului se află la o răscruce de drumuri: tendințele globale necesită reducerea costurilor și creșterea siguranței de mediu a serviciilor spațiale. Designerii trebuie să inventeze noi motoare rachete lichide (LPRE) folosind combustibili ecologici, înlocuind hidrogenul lichid scump, extrem de consumator de energie, cu gaz natural lichefiat (GNL) ieftin, cu un conținut de metan de 90-98%. Acest combustibil, asociat cu oxigenul lichid, face posibilă crearea de noi motoare foarte eficiente și ieftine, cu utilizarea maximă a elementelor de design, materiale, tehnologia și producție existente.
GNL nu este toxic; atunci când arde în oxigen, produce vapori de apă și dioxid de carbon. Spre deosebire de kerosen, care este utilizat pe scară largă în tehnologia rachetelor, scurgerile de GNL se evaporă rapid fără a dăuna mediului.
Primul test
Temperatura de aprindere a gazului natural cu aer și limita inferioară a concentrației sale explozive este mai mare decât cea a vaporilor de hidrogen și kerosen, prin urmare, în regiunea concentrațiilor scăzute, în comparație cu alți combustibili cu hidrocarburi, este mai puțin exploziv.
În general, exploatarea GNL ca combustibil pentru rachete nu necesită măsuri suplimentare de prevenire a incendiilor și a exploziilor care nu au fost utilizate anterior.
Densitatea GNL este de șase ori mai mare decât hidrogenul lichid, dar de două ori mai mică decât kerosenul. Densitatea mai mică duce la o creștere corespunzătoare a dimensiunii rezervorului de GNL în comparație cu un rezervor de kerosen. Cu toate acestea, ținând cont de raportul mai mare dintre oxidant și consumul de combustibil (aproximativ 3,5 la 1 pentru combustibilul „oxigen lichid (LO) + GNL” și 2,7 la 1 pentru combustibilul „LC + kerosen”), volumul total de combustibil „LC + ” combustibil GNL crește doar cu 20 la sută. Ținând cont de efectul întăririi criogenice a materialului, precum și de posibilitatea combinării fundului rezervoarelor LCD și GNL, greutatea rezervoarelor de combustibil va fi relativ mică.
Și, în sfârșit, producția și transportul GNL au fost de mult stăpânite.
Biroul de proiectare de inginerie chimică (KB Khimmash) numit după A. M. Isaev din Korolev, regiunea Moscova, a început să lucreze (după cum s-a dovedit, care a durat ani de zile din cauza finanțării foarte slabe) la dezvoltarea combustibilului LCD + GNL în 1994, atunci când s-au realizat proiecte de proiectare - studii de calcul și s-a luat decizia de a crea un nou motor folosind baza de proiectare a circuitului HPC1 oxigen-hidrogen existent cu o forță de 7,5 tf, operat cu succes ca parte a etapei superioare (Etapa superioară criogenică). ) 12 KRB ale vehiculului de lansare indian GSLV MkI (vehicul de lansare geosincronă prin satelit).
În 1996, au fost efectuate teste autonome de incendiu ale unui generator de gaz folosind LC și gaz natural ca componente de combustibil, cu scopul principal de a verifica modurile de pornire și funcționarea stabilă - 13 incluziuni au confirmat funcționalitatea generatorului de gaz și au dat rezultate care au fost utilizate. în dezvoltarea generatoarelor de gaz de recuperare care funcționează în moduri în buclă deschisă și închisă.scheme.
În august-septembrie 1997, Khimmash Design Bureau a efectuat teste de incendiu ale blocului de direcție al motorului KVD1 (folosind și gaz natural în loc de hidrogen), în care o cameră s-a deviat în două planuri la un unghi de ± 39,5 grade (împingere - 200). kgf) a fost combinat într-un singur design, presiune în cameră - 40 kg/cm2), fitinguri de pornire și oprire, sistem de aprindere pirotehnică și acționări electrice - o unitate de direcție standard KVD1 a trecut prin șase porniri cu un timp total de funcționare de peste 450 secunde și presiune în cameră în intervalul 42–36 kg/cm2. Rezultatele testelor au confirmat posibilitatea creării unei camere de dimensiuni mici, folosind gaz natural ca lichid de răcire.
În august 1997, KB Khimmash a început testele de incendiu ale unui motor cu circuit închis de dimensiune completă cu o tracțiune de 7,5 tf folosind combustibil ZhK + GNL. Baza producției a fost un motor KVD1 modificat al unui circuit închis cu arderea ulterioară a gazului generator de gaz reducător și răcirea camerei cu combustibil.
Pompa de oxidare KVD1 standard a fost modificată: diametrul rotorului pompei a fost mărit pentru a asigura raportul de presiune necesar al pompelor de oxidare și de combustibil. De asemenea, au fost ajustate setările hidraulice ale liniilor de motor pentru a asigura raportul calculat al componentelor.
Utilizarea unui prototip de motor, care a trecut anterior unui ciclu de teste de incendiu folosind LCD + combustibil lichid cu hidrogen, a asigurat reducerea maximă a costurilor de cercetare.
Testele la rece au făcut posibilă dezvoltarea unei metodologii de pregătire a motorului și suportului pentru lucru la cald în ceea ce privește asigurarea parametrilor necesari de GNL în rezervoarele standului, răcirea conductelor de oxidant și combustibil la temperaturi care să garanteze funcționarea fiabilă a pompelor în timpul pornirii. -perioada de funcționare și pornire stabilă și durabilă a motorului.
Primul test de incendiu al motorului a avut loc pe 22 august 1997 la standul întreprinderii, care astăzi se numește Centrul de testare științifică al industriei rachetelor și spațiale (SRC RKP). În practica Biroului de proiectare a mașinilor chimice, aceste teste au fost prima experiență de utilizare a GNL ca motor combustibil cu circuit închis de dimensiune completă.
Obiectivul testului a fost obținerea unui rezultat de succes prin reducerea ușoară a parametrilor și facilitarea condițiilor de funcționare a motorului.
Controlul intrării în modul și funcționarea în mod a fost efectuat folosind regulatoare de tracțiune și raportul debitelor componentelor combustibilului folosind algoritmi KVD1, ținând cont de influența reciprocă a canalelor de control.
Programul pentru prima încercare la foc a motorului cu circuit închis a fost finalizat în totalitate. Motorul a funcționat pentru timpul specificat, nu au existat comentarii cu privire la starea piesei materiale.
Rezultatele testelor au confirmat posibilitatea fundamentală a utilizării GNL ca combustibil în motoarele cu oxigen-hidrogen.
Multă benzină - fără cocs
Ulterior, testele au fost continuate cu scopul de a studia mai în profunzime procesele asociate cu utilizarea GNL, testarea funcționării unităților motoare în condiții mai largi de aplicare și optimizarea soluțiilor de proiectare.
În total, din 1997 până în 2005, au fost efectuate cinci teste de incendiu pe două exemplare ale motorului KVD1, adaptate pentru utilizarea combustibilului LCD + GNL, cu o durată de la 17 la 60 de secunde, conținutul de metan în GNL a fost de la 89,3 la 99,5 la sută. .
În general, rezultatele acestor teste au făcut posibilă determinarea principiilor de bază pentru dezvoltarea motorului și a componentelor acestuia la utilizarea combustibilului LCD + GNL și trecerea în 2006 la următoarea etapă de cercetare, care a inclus dezvoltarea, producția și testarea a motorului S5.86. Camera de ardere, generatorul de gaz, unitatea de turbopompă și elementele de control ale acestuia din urmă sunt proiectate structural și parametric special pentru funcționarea cu combustibil LCD + GNL.
Până în 2009, au fost efectuate două teste de incendiu ale motoarelor C5.86, cu o durată de 68 și 60 de secunde, cu un conținut de metan în GNL de 97,9 și 97,7 la sută.
S-au obținut rezultate pozitive pentru pornirea și oprirea motorului rachetei, funcționând la starea de echilibru în ceea ce privește tracțiunea și raportul componentelor combustibilului (în conformitate cu acțiunile de control). Dar una dintre sarcinile principale - verificarea experimentală a absenței acumulării fazei solide în calea de răcire a camerei (cocs) și în calea gazului (funingine) cu timpi de comutare suficient de lungi - nu a putut fi efectuată din cauza volumului limitat. a rezervoarelor de banc de GNL (durata maximă de comutare a fost de 68 de secunde). Prin urmare, în 2010, s-a decis modernizarea standului pentru a efectua teste de incendiu cu o durată de cel puțin 1000 de secunde.
Ca nou loc de muncă, a fost folosit standul Centrului de Cercetare RKP pentru testarea motoarelor de rachete cu oxigen-hidrogen cu combustibil lichid, care are containere de volum adecvat. În pregătirea testului, a fost luată în considerare experiența semnificativă acumulată anterior în timpul a șapte teste de incendiu. În perioada iunie-septembrie 2010, sistemele bancului de testare cu hidrogen lichid au fost modificate pentru utilizarea GNL, pe stand a fost instalat motorul C5.86 nr. s-au efectuat raportul dintre debitele componentelor combustibile și presiunea din camera de ardere.
Umplerea rezervoarelor de banc cu combustibil a fost efectuată din rezervorul de transport al autocisternei (volum - 56,4 m3 cu o umplere de 16 tone) folosind o unitate de realimentare cu GNL, care include un schimbător de căldură, filtre, supape de închidere și instrumente de măsurare. . După finalizarea umplerii rezervoarelor, liniile de banc care furnizează componentele cu combustibil la motor au fost răcite și umplute.
Motorul a pornit si a mers normal. Schimbările de mod au avut loc în conformitate cu influențele sistemului de control. De la 1100 de secunde, temperatura gazului generator de gaz a crescut constant, drept urmare a fost luată decizia de a opri motorul. Oprirea a avut loc la comandă la 1160 de secunde fără niciun comentariu. Motivul creșterii temperaturii a fost o scurgere care a avut loc în timpul testului în galeria de evacuare a căii de răcire a camerei de ardere - o fisură în sudarea unui fiting de proces înfundat instalat pe galerie.
Analiza rezultatelor testului la foc ne-a permis să concluzionăm:
- în timpul funcționării, parametrii motorului au fost stabili în moduri cu diverse combinații de rapoarte de consum ale componentelor de combustibil (2,42 la 1 - 3,03 la 1) și tracțiune (6311 - 7340 kgf);
- s-a confirmat absența formațiunilor de fază solidă în traiectoria gazului și absența depunerilor de cocs în traiectoria lichidă a motorului;
- au fost obținute datele experimentale necesare pentru clarificarea metodologiei de calcul a răcirii camerei de ardere la utilizarea GNL ca lichid de răcire;
- s-a studiat dinamica tractului de răcire a camerei de ardere ajungând la un regim termic de echilibru;
- a fost confirmată corectitudinea soluțiilor tehnice pentru a asigura lansarea, controlul, reglarea și altele, ținând cont de caracteristicile GNL;
- S5.86 dezvoltat cu o tracțiune de 7,5 tf poate fi folosit (singur sau în combinație) ca motor de propulsie în treptele superioare și treptele superioare promițătoare ale vehiculelor de lansare;
- rezultatele pozitive ale testelor de incendiu au confirmat fezabilitatea unor experimente ulterioare pentru a crea un motor cu combustibil LCD + GNL.
La următorul test de incendiu din 2011, motorul a fost pornit de două ori. Înainte de prima oprire, motorul a funcționat timp de 162 de secunde. La a doua pornire, efectuată pentru a confirma absența formațiunilor de fază solidă în calea gazului și a depunerilor de cocs în calea lichidului, a fost atinsă o durată record de funcționare a unui motor de această dimensiune cu o singură pornire - 2007 secunde, iar capacitatea de a accelera împingerea a fost confirmată. Testul a fost oprit din cauza epuizării componentelor combustibilului. Timpul total de funcționare al acestui motor a fost de 3389 de secunde (patru porniri). Detectarea defectelor efectuată a confirmat absența fazei solide și a formațiunilor de cocs în conductele motorului.
Un set de lucrări computaționale, teoretice și experimentale cu S5.86 nr. 2 a confirmat:
- posibilitatea fundamentală de a crea un motor de dimensiunea necesară folosind o pereche de combustibil de componente „LC + LNG” cu post-ardere a gazului reducător al generatorului, asigurând menținerea caracteristicilor stabile și absența virtuală a fazei solide în căile de gaz și depozitele de cocs pe traseele de lichid ale motorului;
-posibilitatea pornirii si opririi repetate a motorului;
-posibilitatea de funcționare pe termen lung a motorului;
- corectitudinea solutiilor tehnice adoptate pentru a asigura lansari multiple, control, reglare, tinand cont de caracteristicile GNL si protectie in caz de urgenta;
- capabilitățile Centrului de Cercetare RKP sunt pentru efectuarea de teste pe termen lung.
De asemenea, împreună cu Centrul de Cercetare RKP, a fost dezvoltată o tehnologie de transport, realimentare și termostatare a unor mase mari de GNL și s-au dezvoltat soluții tehnologice aplicabile practic pentru procedura de realimentare a produselor de zbor.
GNL este calea către zboruri reutilizabile
Datorită faptului că componentele și ansamblurile motorului demonstrativ S5.86 nr. 2 nu au fost optimizate în măsura necesară din cauza finanțării limitate, nu a fost posibil să se rezolve pe deplin o serie de probleme, inclusiv:
clarificarea proprietăților termofizice ale GNL ca lichid de răcire;
obținerea de date suplimentare pentru verificarea convergenței caracteristicilor principalelor unități la modelarea pe apă și operarea pe GNL;
verificarea experimentală a posibilei influențe a compoziției gazelor naturale asupra caracteristicilor unităților principale, inclusiv a căilor de răcire ale camerei de ardere și ale generatorului de gaz;
determinarea caracteristicilor motorului rachetă cu propulsie lichidă într-o gamă mai largă de modificări ale modurilor de funcționare și ale parametrilor de bază, atât pentru porniri simple, cât și multiple;
optimizarea proceselor dinamice la pornire.
Pentru a rezolva aceste probleme, Design Bureau Himmash a fabricat un motor modernizat S5.86A Nr. 2A, a cărui unitate turbopompă a fost echipată pentru prima dată cu o turbină de pornire, o turbină principală modernizată și o pompă de combustibil. Calea de răcire a camerei de ardere a fost modernizată și acul de accelerație a raportului de combustibil a fost reprofilat.
Un test de incendiu al motorului a fost efectuat pe 13 septembrie 2013 (conținut de metan în GNL - 94,6%). Programul de testare a inclus trei activări cu o durată totală de 1500 de secunde (1300 + 100 + 100). Motorul a pornit și a funcționat normal, dar la 532 de secunde sistemul de protecție în caz de urgență a generat o comandă de oprire de urgență. Cauza accidentului a fost pătrunderea unei particule de metal străin în partea de curgere a pompei de oxidare.
În ciuda accidentului, S5.86A No. 2A a funcționat destul de mult timp. Pentru prima dată, un motor destinat utilizării ca parte a unei etape de rachetă care necesită lansări multiple a fost lansat conform schemei implementate folosind un acumulator de presiune reîncărcat la bord. Un mod de funcționare stabil a fost obținut la un anumit mod de tracțiune și raportul maxim de consum al componentelor de combustibil realizat anterior. Au fost identificate posibile rezerve pentru creșterea tracțiunii și creșterea raportului consumului de componente de combustibil.
Acum KB Khimmash finalizează producția unei noi copii a lui S5.86 pentru testare pentru resursa maximă posibilă în ceea ce privește timpul de funcționare și numărul de porniri. Ar trebui să devină un prototip al unui motor real care utilizează combustibil LCD + GNL, care va adăuga o nouă calitate etapelor superioare ale vehiculelor de lansare și va da viață sistemelor de transport reutilizabile. Cu ajutorul lor, spațiul va deveni accesibil nu numai cercetătorilor și inventatorilor, ci, poate, pur și simplu călătorilor.
Lumea rachetelor și a spațiului se află la o răscruce de drumuri: tendințele globale necesită reducerea costurilor și creșterea siguranței de mediu a serviciilor spațiale. Designerii trebuie să inventeze noi motoare rachete lichide (LPRE) folosind combustibili ecologici, înlocuind hidrogenul lichid scump, extrem de consumator de energie, cu gaz natural lichefiat (GNL) ieftin, cu un conținut de metan de 90-98%. Acest combustibil, asociat cu oxigenul lichid, face posibilă crearea de noi motoare foarte eficiente și ieftine, cu utilizarea maximă a elementelor de design, materiale, tehnologia și producție existente.
GNL nu este toxic; atunci când arde în oxigen, produce vapori de apă și dioxid de carbon. Spre deosebire de kerosen, care este utilizat pe scară largă în tehnologia rachetelor, scurgerile de GNL se evaporă rapid fără a dăuna mediului.
Primul test
Temperatura de aprindere a gazului natural cu aer și limita inferioară a concentrației sale explozive este mai mare decât cea a vaporilor de hidrogen și kerosen, prin urmare, în regiunea concentrațiilor scăzute, în comparație cu alți combustibili cu hidrocarburi, este mai puțin exploziv.
În general, exploatarea GNL ca combustibil pentru rachete nu necesită măsuri suplimentare de prevenire a incendiilor și a exploziilor care nu au fost utilizate anterior.
Densitatea GNL este de șase ori mai mare decât hidrogenul lichid, dar de două ori mai mică decât kerosenul. Densitatea mai mică duce la o creștere corespunzătoare a dimensiunii rezervorului de GNL în comparație cu un rezervor de kerosen. Cu toate acestea, ținând cont de raportul mai mare dintre oxidant și consumul de combustibil (aproximativ 3,5 la 1 pentru combustibilul „oxigen lichid (LO) + GNL” și 2,7 la 1 pentru combustibilul „LC + kerosen”), volumul total de combustibil „LC + ” combustibil GNL crește doar cu 20 la sută. Ținând cont de efectul întăririi criogenice a materialului, precum și de posibilitatea combinării fundului rezervoarelor LCD și GNL, greutatea rezervoarelor de combustibil va fi relativ mică.
Și, în sfârșit, producția și transportul GNL au fost de mult stăpânite.
Biroul de proiectare de inginerie chimică (KB Khimmash) numit după A. M. Isaev din Korolev, regiunea Moscova, a început să lucreze (după cum s-a dovedit, care a durat ani de zile din cauza finanțării foarte slabe) la dezvoltarea combustibilului LCD + GNL în 1994, atunci când s-au realizat proiecte de proiectare - studii de calcul și s-a luat decizia de a crea un nou motor folosind baza de proiectare a circuitului HPC1 oxigen-hidrogen existent cu o forță de 7,5 tf, operat cu succes ca parte a etapei superioare (Etapa superioară criogenică). ) 12 KRB ale vehiculului de lansare indian GSLV MkI (vehicul de lansare geosincronă prin satelit).
În 1996, au fost efectuate teste autonome de incendiu ale unui generator de gaz folosind LC și gaz natural ca componente de combustibil, cu scopul principal de a verifica modurile de pornire și funcționarea stabilă - 13 incluziuni au confirmat funcționalitatea generatorului de gaz și au dat rezultate care au fost utilizate. în dezvoltarea generatoarelor de gaz de recuperare care funcționează în moduri în buclă deschisă și închisă.scheme.
În august-septembrie 1997, Khimmash Design Bureau a efectuat teste de incendiu ale blocului de direcție al motorului KVD1 (folosind și gaz natural în loc de hidrogen), în care o cameră s-a deviat în două planuri la un unghi de ± 39,5 grade (împingere - 200). kgf) a fost combinat într-un singur design, presiune în cameră - 40 kg/cm2), fitinguri de pornire și oprire, sistem de aprindere pirotehnică și acționări electrice - o unitate de direcție standard KVD1 a trecut prin șase porniri cu un timp total de funcționare de peste 450 secunde și presiune în cameră în intervalul 42–36 kg/cm2. Rezultatele testelor au confirmat posibilitatea creării unei camere de dimensiuni mici, folosind gaz natural ca lichid de răcire.
În august 1997, KB Khimmash a început testele de incendiu ale unui motor cu circuit închis de dimensiune completă cu o tracțiune de 7,5 tf folosind combustibil ZhK + GNL. Baza producției a fost un motor KVD1 modificat al unui circuit închis cu arderea ulterioară a gazului generator de gaz reducător și răcirea camerei cu combustibil.
Pompa de oxidare KVD1 standard a fost modificată: diametrul rotorului pompei a fost mărit pentru a asigura raportul de presiune necesar al pompelor de oxidare și de combustibil. De asemenea, au fost ajustate setările hidraulice ale liniilor de motor pentru a asigura raportul calculat al componentelor.
Utilizarea unui prototip de motor, care a trecut anterior unui ciclu de teste de incendiu folosind LCD + combustibil lichid cu hidrogen, a asigurat reducerea maximă a costurilor de cercetare.
Testele la rece au făcut posibilă dezvoltarea unei metodologii de pregătire a motorului și suportului pentru lucru la cald în ceea ce privește asigurarea parametrilor necesari de GNL în rezervoarele standului, răcirea conductelor de oxidant și combustibil la temperaturi care să garanteze funcționarea fiabilă a pompelor în timpul pornirii. -perioada de funcționare și pornire stabilă și durabilă a motorului.
Primul test de incendiu al motorului a avut loc pe 22 august 1997 la standul întreprinderii, care astăzi se numește Centrul de testare științifică al industriei rachetelor și spațiale (SRC RKP). În practica Biroului de proiectare a mașinilor chimice, aceste teste au fost prima experiență de utilizare a GNL ca motor combustibil cu circuit închis de dimensiune completă.
Obiectivul testului a fost obținerea unui rezultat de succes prin reducerea ușoară a parametrilor și facilitarea condițiilor de funcționare a motorului.
Controlul intrării în modul și funcționarea în mod a fost efectuat folosind regulatoare de tracțiune și raportul debitelor componentelor combustibilului folosind algoritmi KVD1, ținând cont de influența reciprocă a canalelor de control.
Programul pentru prima încercare la foc a motorului cu circuit închis a fost finalizat în totalitate. Motorul a funcționat pentru timpul specificat, nu au existat comentarii cu privire la starea piesei materiale.
Rezultatele testelor au confirmat posibilitatea fundamentală a utilizării GNL ca combustibil în motoarele cu oxigen-hidrogen.
Multă benzină - fără cocs
Ulterior, testele au fost continuate cu scopul de a studia mai în profunzime procesele asociate cu utilizarea GNL, testarea funcționării unităților motoare în condiții mai largi de aplicare și optimizarea soluțiilor de proiectare.
În total, din 1997 până în 2005, au fost efectuate cinci teste de incendiu pe două exemplare ale motorului KVD1, adaptate pentru utilizarea combustibilului LCD + GNL, cu o durată de la 17 la 60 de secunde, conținutul de metan în GNL a fost de la 89,3 la 99,5 la sută. .
În general, rezultatele acestor teste au făcut posibilă determinarea principiilor de bază pentru dezvoltarea motorului și a componentelor acestuia la utilizarea combustibilului LCD + GNL și trecerea în 2006 la următoarea etapă de cercetare, care a inclus dezvoltarea, producția și testarea a motorului S5.86. Camera de ardere, generatorul de gaz, unitatea de turbopompă și elementele de control ale acestuia din urmă sunt proiectate structural și parametric special pentru funcționarea cu combustibil LCD + GNL.
Până în 2009, au fost efectuate două teste de incendiu ale motoarelor C5.86, cu o durată de 68 și 60 de secunde, cu un conținut de metan în GNL de 97,9 și 97,7 la sută.
S-au obținut rezultate pozitive pentru pornirea și oprirea motorului rachetei, funcționând la starea de echilibru în ceea ce privește tracțiunea și raportul componentelor combustibilului (în conformitate cu acțiunile de control). Dar una dintre sarcinile principale - verificarea experimentală a absenței acumulării fazei solide în calea de răcire a camerei (cocs) și în calea gazului (funingine) cu timpi de comutare suficient de lungi - nu a putut fi efectuată din cauza volumului limitat. a rezervoarelor de banc de GNL (durata maximă de comutare a fost de 68 de secunde). Prin urmare, în 2010, s-a decis modernizarea standului pentru a efectua teste de incendiu cu o durată de cel puțin 1000 de secunde.
Ca nou loc de muncă, a fost folosit standul Centrului de Cercetare RKP pentru testarea motoarelor de rachete cu oxigen-hidrogen cu combustibil lichid, care are containere de volum adecvat. În pregătirea testului, a fost luată în considerare experiența semnificativă acumulată anterior în timpul a șapte teste de incendiu. În perioada iunie-septembrie 2010, sistemele bancului de testare cu hidrogen lichid au fost modificate pentru utilizarea GNL, pe stand a fost instalat motorul C5.86 nr. s-au efectuat raportul dintre debitele componentelor combustibile și presiunea din camera de ardere.
Umplerea rezervoarelor de banc cu combustibil a fost efectuată din rezervorul de transport al autocisternei (volum - 56,4 m3 cu o umplere de 16 tone) folosind o unitate de realimentare cu GNL, care include un schimbător de căldură, filtre, supape de închidere și instrumente de măsurare. . După finalizarea umplerii rezervoarelor, liniile de banc care furnizează componentele cu combustibil la motor au fost răcite și umplute.
Motorul a pornit si a mers normal. Schimbările de mod au avut loc în conformitate cu influențele sistemului de control. De la 1100 de secunde, temperatura gazului generator de gaz a crescut constant, drept urmare a fost luată decizia de a opri motorul. Oprirea a avut loc la comandă la 1160 de secunde fără niciun comentariu. Motivul creșterii temperaturii a fost o scurgere care a avut loc în timpul testului în galeria de evacuare a căii de răcire a camerei de ardere - o fisură în sudarea unui fiting de proces înfundat instalat pe galerie.
Analiza rezultatelor testului la foc ne-a permis să concluzionăm:
- în timpul funcționării, parametrii motorului au fost stabili în moduri cu diverse combinații de rapoarte de consum ale componentelor de combustibil (2,42 la 1 - 3,03 la 1) și tracțiune (6311 - 7340 kgf);
- s-a confirmat absența formațiunilor de fază solidă în traiectoria gazului și absența depunerilor de cocs în traiectoria lichidă a motorului;
- au fost obținute datele experimentale necesare pentru clarificarea metodologiei de calcul a răcirii camerei de ardere la utilizarea GNL ca lichid de răcire;
- s-a studiat dinamica tractului de răcire a camerei de ardere ajungând la un regim termic de echilibru;
- a fost confirmată corectitudinea soluțiilor tehnice pentru a asigura lansarea, controlul, reglarea și altele, ținând cont de caracteristicile GNL;
- S5.86 dezvoltat cu o tracțiune de 7,5 tf poate fi folosit (singur sau în combinație) ca motor de propulsie în treptele superioare și treptele superioare promițătoare ale vehiculelor de lansare;
- rezultatele pozitive ale testelor de incendiu au confirmat fezabilitatea unor experimente ulterioare pentru a crea un motor cu combustibil LCD + GNL.
La următorul test de incendiu din 2011, motorul a fost pornit de două ori. Înainte de prima oprire, motorul a funcționat timp de 162 de secunde. La a doua pornire, efectuată pentru a confirma absența formațiunilor de fază solidă în calea gazului și a depunerilor de cocs în calea lichidului, a fost atinsă o durată record de funcționare a unui motor de această dimensiune cu o singură pornire - 2007 secunde, iar capacitatea de a accelera împingerea a fost confirmată. Testul a fost oprit din cauza epuizării componentelor combustibilului. Timpul total de funcționare al acestui motor a fost de 3389 de secunde (patru porniri). Detectarea defectelor efectuată a confirmat absența fazei solide și a formațiunilor de cocs în conductele motorului.
Un set de lucrări computaționale, teoretice și experimentale cu S5.86 nr. 2 a confirmat:
- posibilitatea fundamentală de a crea un motor de dimensiunea necesară folosind o pereche de combustibil de componente „LC + LNG” cu post-ardere a gazului reducător al generatorului, asigurând menținerea caracteristicilor stabile și absența virtuală a fazei solide în căile de gaz și depozitele de cocs pe traseele de lichid ale motorului;
-posibilitatea pornirii si opririi repetate a motorului;
-posibilitatea de funcționare pe termen lung a motorului;
- corectitudinea solutiilor tehnice adoptate pentru a asigura lansari multiple, control, reglare, tinand cont de caracteristicile GNL si protectie in caz de urgenta;
- capabilitățile Centrului de Cercetare RKP sunt pentru efectuarea de teste pe termen lung.
De asemenea, împreună cu Centrul de Cercetare RKP, a fost dezvoltată o tehnologie de transport, realimentare și termostatare a unor mase mari de GNL și s-au dezvoltat soluții tehnologice aplicabile practic pentru procedura de realimentare a produselor de zbor.
GNL este calea către zboruri reutilizabile
Datorită faptului că componentele și ansamblurile motorului demonstrativ S5.86 nr. 2 nu au fost optimizate în măsura necesară din cauza finanțării limitate, nu a fost posibil să se rezolve pe deplin o serie de probleme, inclusiv:
clarificarea proprietăților termofizice ale GNL ca lichid de răcire;
obținerea de date suplimentare pentru verificarea convergenței caracteristicilor principalelor unități la modelarea pe apă și operarea pe GNL;
verificarea experimentală a posibilei influențe a compoziției gazelor naturale asupra caracteristicilor unităților principale, inclusiv a căilor de răcire ale camerei de ardere și ale generatorului de gaz;
determinarea caracteristicilor motorului rachetă cu propulsie lichidă într-o gamă mai largă de modificări ale modurilor de funcționare și ale parametrilor de bază, atât pentru porniri simple, cât și multiple;
optimizarea proceselor dinamice la pornire.
Pentru a rezolva aceste probleme, Design Bureau Himmash a fabricat un motor modernizat S5.86A Nr. 2A, a cărui unitate turbopompă a fost echipată pentru prima dată cu o turbină de pornire, o turbină principală modernizată și o pompă de combustibil. Calea de răcire a camerei de ardere a fost modernizată și acul de accelerație a raportului de combustibil a fost reprofilat.
Un test de incendiu al motorului a fost efectuat pe 13 septembrie 2013 (conținut de metan în GNL - 94,6%). Programul de testare a inclus trei activări cu o durată totală de 1500 de secunde (1300 + 100 + 100). Motorul a pornit și a funcționat normal, dar la 532 de secunde sistemul de protecție în caz de urgență a generat o comandă de oprire de urgență. Cauza accidentului a fost pătrunderea unei particule de metal străin în partea de curgere a pompei de oxidare.
În ciuda accidentului, S5.86A No. 2A a funcționat destul de mult timp. Pentru prima dată, un motor destinat utilizării ca parte a unei etape de rachetă care necesită lansări multiple a fost lansat conform schemei implementate folosind un acumulator de presiune reîncărcat la bord. Un mod de funcționare stabil a fost obținut la un anumit mod de tracțiune și raportul maxim de consum al componentelor de combustibil realizat anterior. Au fost identificate posibile rezerve pentru creșterea tracțiunii și creșterea raportului consumului de componente de combustibil.
Acum KB Khimmash finalizează producția unei noi copii a lui S5.86 pentru testare pentru resursa maximă posibilă în ceea ce privește timpul de funcționare și numărul de porniri. Ar trebui să devină un prototip al unui motor real care utilizează combustibil LCD + GNL, care va adăuga o nouă calitate etapelor superioare ale vehiculelor de lansare și va da viață sistemelor de transport reutilizabile. Cu ajutorul lor, spațiul va deveni accesibil nu numai cercetătorilor și inventatorilor, ci, poate, pur și simplu călătorilor.
informații