ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ СОЗДАНИЯ ВЕРНЬЕРНОГО ЭЛЕКТРОРАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

© Б.Е.Байгалиев, Е.А.Тумаков, А.И.Ибрагимов, Д.В.Кошелев
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Проблемы ракетной и космической техники"
2014 г.

Известны следующие ракетные двигатели (РД): жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) — химический ракетный двигатель, использующий в качестве ракетного топлива жидкости, в том числе сжиженные газы; ракетный двигатель твердого топлива (РДТТ) — ракетный двигатель, использующий в качестве топлива пороха горючего и окислителя; гибридный ракетный двигатель (ГРД) — химический ракетный двигатель, использующий компоненты ракетного топлива в разных агрегатных состояниях (жидком и твердом). В твердом состоянии могут находиться как окислитель, так и горючее. Суть работы данных РД заключается в получении высокотемпературных продуктов сгорания (или продуктов разложения).

Особенностью верньерных двигателей является малый расход рабочего тела, в роли которого выступает газ под высоким давлением.

Во всех двигателях используются высокотемпературные продукты сгорания, которые из сопла двигателя выбрасываются наружу.

В электрических ракетных двигателях (ЭРД) в качестве источника энергии для создания тяги используется электричество. В зависимости от способа преобразования электрической энергии в кинетическую энергию реактивной струи, различают электротермические РД, электростатические (ионные) РД и электромагнитные РД.

Известен РД летательных аппаратов, который включает подачу в камеру поглощения газообразного рабочего тела, нагрев рабочего тела за счёт лазерного излучения, создание реактивной тяги. Существенным недостатком описанного РД является низкое значение КПД передачи энергии от лазерного источника к рабочему телу (не более 20 %).

Рассмотрен способ изготовления и работа РД на основе следующих представлений. Рабочее тело (жидкость) подаётся через пористую вставку в камеру сгорания с помощью шестерёнчатого насоса. При течении жидкости через пористую вставку, жидкость принимает температуру этой вставки и может её превысить при определённых условиях. Этими условиями являются малая пористость вставки (меньше 0,05). Процесс протекает в два этапа. На первом этапе жидкость превращается в пар, который затем нагревается до температуры пористой вставки и может превысить её; в качестве пористой вставки можно использовать пористые материалы, изготовленные из металла, имеющего температуру плавления в интервале от температуры плавления меди до температуры плавления вольфрама. Подвод энергии на превращение жидкости в пар и его перегрев осуществляется установкой ТВЧ. КПД этих установок достигает 95 %.

В качестве теплоносителя желательно применение жидкости неагрессивной и нетоксичной. К пористой вставке необходимо подводить тепла столько, чтобы проходящий через неё теплоноситель не позволял этой вставке расплавиться. На выходе из пористой вставки температура теплоносителя может значительно превышать температуру плавления этой вставки, причём сама вставка будет оставаться целостной.

Таким образом, в камере сгорания рабочее тело имеет температуру, необходимую для обеспечения требуемых параметров РД.