5 / 11
Использование гелия в жидкостных ракетных двигателях
Инженерный журнал: наука и инновации
# 1·2017 5
При добавлении гелия в топливо некоторое количество теплоты
будет идти на нагрев самого гелия. Это приведет к снижению темпе-
ратуры топлива, напрямую зависящего от количества добавляемого
инертного газа. Таким образом, при использовании гелия отмечаются
два явления:
1) увеличение газовой постоянной смеси продуктов сгорания
R
см
;
2) уменьшение температуры продуктов сгорания вследствие до-
полнительных затрат на нагрев нейтрального газа, не участвующего
в процессе горения.
Подчеркнем, что снижение температуры в камере сгорания несет
в себе не только негативный результат — этот процесс приводит к
уменьшению затрат на охлаждение камеры, что расценивается как
положительное явление.
Оба фактора зависят от количества добавленного гелия, хотя их
влияние противоположное.
Следует также иметь в виду, что на борту ЛА всегда есть гелий,
используемый для наддува баков, продувки магистралей подачи и
элементов двигательной установки, а также привода пневмоавтома-
тики. Это исключает необходимость использовать в ряде случаев
специальные системы, резко ухудшающие массовые характеристики
двигательной установки.
Для анализа влияния добавления гелия был выбран ракетный
двигатель, работающий на следующих топливных парах:
•
N
2
О
4
+ НДМГ;
•
жидкий О
2
+ керосин;
•
жидкий О
2
+ жидкий H
2
;
•
жидкий F
2
+ жидкий Н
2
.
Параметры двигателя:
р
к
= 150 МПа;
р
с
= 0,8 МПа.
Количество нейтрального газа (гелия) в качестве примеси к топ-
ливу составляло от 5 до 45 % относительно массы топлива. Расчеты
были проведены на ЭВМ по программе ASTRA32. Полученные ре-
зультаты показали, что использование гелия в качестве добавки к ос-
новному топливу (для топливных пар «жидкий О
2
+ керосин» и
«N
2
О
4
+ НДМГ») в пределах от 5 до 40 % секундного расхода топли-
ва положительно сказывается на удельном импульсе.
Вместе с тем, как указано выше, использование гелия в качестве
добавки иногда приводит к появлению на борту ракеты-носителя до-
полнительной системы, что может ухудшить массовые характеристи-
ки и усложнить как всю конструкцию, так и пневмогидросхему дви-
гательной установки.
Результат выполнения проектов.
Подводя итог, можно реко-
мендовать использовать увеличение удельного импульса посред-
ством добавки гелия в камеру ЖРД в случае наличия многокамерной