НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ МНОГОРАЗОВОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ (90-ЛЕТИЮ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ АКАДЕМИКА В.Е. АЛЕМАСОВА ПОСВЯЩАЕТСЯ)

© В.А.Алтунин, К.В.Алтунин, В.П.Демиденко, Л.А.Обухова, Е.Н.Платонов, М.Л.Яновская
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Проблемы ракетной и космической техники"
2013 г.

В своих трудах К.Э. Циолковский уделял особое внимание ракетным двигателям, в том числе на жидких и газообразных углеводородных горючих. В этом году отмечается 90 лет со дня рождения дважды лауреата Государственной премии СССР академика В.Е. Алемасова, который всю свою жизнь посвятил научно-педагогической деятельности и развитию отечественных ракетных двигателей. Академиком В.Е. Алемасовым была создана научная школа, которая развивается и в наши дни. Ученики В.Е. Алемасова организуют и проводят в Казани Международную школу-семинар молодых учёных и специалистов им. академика В.Е. Алемасова, куда с докладами приглашаются известные учёные России, а лучшие доклады и разработки молодых участников отмечаются Дипломами и Премией им. академика В.Е. Алемасова, которую организует и вручает его супруга — Надежда Александровна Алемасова.

Жидкостные ракетные двигатели (ЖРД) на жидких углеводородных горючих и охладителях прошли исторический путь своего развития, но до сих пор они являются несовершенными, особенно ЖРД многоразового использования (ЖРДМИ). Расширилась область применения ЖРД, их используют при разогреве и добыче тяжёлой битумной нефти; при проектировании разгонных, поворотных и тормозных блоков экстренного торможения перспективных конструктивных схем экранопланов; при научных исследованиях горячей плазмы, продуктов сгорания, способов интенсификации теплоотдачи, горения и др.

Экспериментально обнаружено, что в ЖРД на жидких углеводородных горючих и охладителях происходят опасные аномальные эффекты — термоакустические автоколебания (ТААК) давления и процесс осадкообразования. Эти негативные процессы ещё более опасны для ЖРДМИ. При возникновении ТААК давления в рубашке охлаждения ЖРД устанавливается акустическая волна одной моды колебаний, которая приводит к образованию локально чередующихся зон перегревов и прогаров с дальнейшим возникновением пожара и взрыва. Кроме того, ТААК давления способствует самопроизвольному откалыванию твёрдого углеродистого осадка в нагреваемых «горячих» каналах, что влечёт за собой захолаживание топливно-охлаждающих трактов, преждевременный выход из строя существующих фильтрующих систем и др. Процесс осадкообразования приводит к образованию в топливно-охлаждающих каналах слоя твёрдого углеродистого осадка, из-за которого быстро и несанкционированно повышается температура стенки с дальнейшим прогаром, пожаром и взрывом. Кроме того, частичное закоксовывание каналов, форсунок, фильтров приводит к частичной потере тяги, а полное закоксовывание — к полной потере тяги, к образованию течи горючего, к возникновению пожара и взрыва. Частичное закоксовывание даже одной форсунки приводит к нерасчётному струйному распылу, к локальному перегреву и прогару сопла с дальнейшим возникновением пожара и взрыва.

На основе экспериментальных исследований разработаны и запатентованы новые конструктивные схемы форсунок, фильтров, каналов для ЖРД и ЖРДМИ и самих ЖРД, ЖРДМИ; датчиков и систем контроля за аномальными процессами в топливно-охлаждающих каналах ЖРД и ЖРДМИ с выводом данных на информационное табло наземного оператора, лётчика, космонавта. Разработаны новые методики борьбы с аномальными эффектами в ЖРД и ЖРДМИ.

Некоторые результаты исследований использованы при создании космических энергоустановок многоразового использования «Курс» и «Барьер»; при разработке систем управления перспективных аэрокосмических летательных аппаратов; при конструировании перспективных экранопланов и судов на воздушной подушке и с воздушной каверной; при создании и эксплуатации газотурбинных двигателей для газоперекачки НК-16СТ, НК-18СТ и др.; в учебной и научной работе ряда ВУЗов РФ.