Использование гелия в жидкостных ракетных двигателях
Инженерный журнал: наука и инновации
# 1·2017 3
Одной из обязательных предстартовых полетных операций явля-
ется предпусковой наддув ракеты. При использовании криогенных
компонентов (кислорода, водорода) наддув баков двигательной уста-
новки осуществляется компонентами, находящимися в баках, гази-
фицированных в элементах ЖРД. Но перед пуском для наддува, как
правило, используется инертный газ.
При выборе газа следует иметь в виду, что он не должен вступать
в реакцию с компонентами или легко растворяться в них. Также важ-
но учитывать, что при наддуве баков с низкокипящим компонентом
температура снижения вытесняющего газа должна быть ниже темпе-
ратуры кипения компонента, чтобы исключить конденсацию в баке
газа наддува. Этому требованию отвечает гелий.
Бак с керосином, как правило, наддувают гелием как перед стар-
том, так и во время работы двигательной установки. Единственной
ракетой, в которой при наддуве керосинового бака первой и второй
ступени используется генераторный газ, является ракета Н-1.
В ней при наддуве генераторного газа температура снижается в специ-
альном смесителе (подобно ЖРД РД-253 и РД-275 в ракете «Протон»),
поскольку громадный объем ее керосиновых баков (объем бака первой
ступени составляет 680 м
3
) потребовал бы и большого количества ге-
лия, что увеличило бы размеры ракеты и привело бы к ухудшению
массовых характеристик.
Следует отметить, что использование гелия для обеспечения за-
пуска ЖРД РД-170, когда осуществляется подача сжатого гелия в ма-
гистрали продувки полостей газогенератора и камер для эмульсиро-
вания горючего в целях флегматизации процесса горения топлива
при запуске, обеспечивает плавное нарастание давления в камерах
и газогенераторе двигателя.
Проекты использования гелия.
Опишем два перспективных
проекта по использованию гелия в ЖРД, разрабатываемых на кафед-
ре «Ракетные двигатели» МГТУ им. Н.Э. Баумана совместно с со-
трудниками предприятий ракетного двигателестроения, в которых
автор принимал непосредственное участие.
Первым проектом было расчетно-аналитическое исследование
добавления гелия в камеру сгорания ЖРД в целях повышения удель-
ного импульса [4]. Актуальной задачей сегодня является увеличение
удельного импульса ЖРД с минимальными экономическими затратами,
т. е. с использованием современной технологии создания двигателей.
Эффективность ЖРД характеризуется таким основным показате-
лем, как удельный импульс тяги
I
уд
, т. е. тяга двигателя, которая при-
ходится на 1 кг топлива, расходуемого в течение 1 с.
Для анализа влияния различных факторов на величину
I
уд
можно
воспользоваться уравнением