ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ И ОТРАБОТКИ КОМБИНИРОВАННЫХ ДВИГАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК НА ТВЁРДЫХ ТОПЛИВАХ

© А.И.Ланшин, Л.С.Яновский, М.С.Шаров, Е.В.Суриков, О.М.Алексеева, П.А.Коломенцев, А.П.Ширин
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Проблемы ракетной и космической техники"
2017 г.

В последние годы в мире ведутся активные работы по радикальному совершенствованию характеристик летательных аппаратов (ЛА) путём разработки и внедрения в качестве двигательных установок (ДУ) комбинированных двигательных установок (КДУ) газогенераторной схемы на основе ракетно-прямоточных двигателей на твёрдых топливах [1-3].

Твёрдотопливные комбинированные двигательные установки газогенераторного типа являются наиболее привлекательными для использования в качестве ДУ летательных аппаратов с внутриатмосферной зоной эксплуатации, так как они являются более экономичными по сравнению с ракетными двигателями на твёрдом топливе в широкой области применения по высоте и скорости полёта.

Особенностью таких КДУ является то, что они разрабатываются в качестве интегрированной с летательным аппаратом системы, что предопределяет методологию их комплексного проектирования и экспериментальной отработки.

Для успешного создания твёрдотопливных регулируемых и нерегулируемых КДУ газогенераторных схем для летательных аппаратов необходимо решение ряда ключевых проблем:

– разработка рецептур маршевого твёрдого топлива с высокой объёмной теплотой сгорания, в том числе с ограниченным содержанием конденсированной фазы, а также, при необходимости, высокой чувствительностью скорости горения к изменению давления в газогенераторе;

– создание регулируемого газогенератора с программным или обратимым изменением расхода твёрдого топлива;

– обеспечение устойчивого функционирования ДУ на всех режимах работы в течение длительного времени;

– создание эффективной камеры дожигания с высокой полнотой сгорания продуктов газогенерации с воздухом и минимальным гидравлическим сопротивлением на всех режимах работы;

– создание эффективного воздухозаборного устройства, обеспечивающего высокие характеристики на всех режимах работы;

– создание стартово-разгонной ступени, обеспечивающей выполнение требований по габаритно-массовым ограничениям при обеспечении заданного удельного импульса, в том числе при отсутствии сбрасываемых элементов.

Высокая интеграция корпуса летательного аппарата с комбинированным двигателем проявляется и в подходе к проведению испытаний элементов и узлов КДУ и отработке конструкции в целом.

При разработке перспективных КДУ для решения ключевых проблем необходимо проведение комплекса испытаний, который включает [1]: 1) продувку воздухозаборного устройства в аэродинамической трубе; 2) определение в аэродинамической трубе характеристик внешнего обтекания ЛА; 3) огневые стендовые испытания (ОСИ) КДУ с присоединенным трубопроводом подачи горячего воздуха; 4) ОСИ КДУ в составе ЛА в свободной струе воздуха; 5) лётные испытания КДУ в составе ЛА.

ОСИ КДУ с присоединённым трубопроводом являются наиболее объёмными в ходе отработки ДУ. Эти испытания проводят для оценки следующих параметров: коэффициента полноты сгорания и потерь давления в камере дожигания, работоспособности соплового блока и системы теплозащиты, а также для моделирования переходных режимов работы.

В зависимости от назначения ЛА и наличия опыта предшествующей отработки комплекс испытаний может быть скорректирован как по типу испытаний, так и по необходимому объёму. В частности, другие виды испытаний могут быть сокращены по объёму или исключены при отработке.

Литература

1. Александров В.Н., Быцкевич В.М., Верхоломов В.К. и др. Интегральные прямоточные воздушно-реактивные двигатели на твёрдых топливах. Основы теории и расчёта // Под ред. Л.С. Яновского. – М.: Академкнига, 2006. 343 С.

2. Сорокин В.А., Яновский Л.С., Козлов В.А. и др. Ракетно-прямоточные двигатели на твёрдых и пастообразных топливах. Основы проектирования и экспериментальной отработки // Под ред. Ю.М. Милёхина и В.А. Сорокина. – М.: Физматлит, 2010. – 320 С.

3. Сорокин В.А., Яновский Л.С., Ягодников Д.А. и др. Проектирование и отработка ракетно-прямоточных двигателей на твёрдом топливе // Учебное пособие под общ. ред. д.т.н. В.А. Сорокина. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. – 317 С.