H Какой ракетный двигатель самый лучший? Надежность ракетных двигателей


Секреты российского космоса: испытатели ракетных двигателей рассказали об их надежности

В 1954—1957 годах в ОКБ-456 под руководством советского инженера и ученого Валентина Глушко были разработаны ракетные двигатели РД-107 и РД-108, которые предназначались для установки на ракету Р-7, созданную в ОКБ-1. Прошло 60 лет, и теперь уже российские ракеты «Союз» продолжают летать на этих двигателях. Сайт телеканала «Звезда» разобрался, в чем заключается секрет исключительной надежности российских ракетных двигателей.

Прежде всего стоит отметить, что успехам в космической отрасли страна обязана гению инженерной мысли одного из основателей пилотируемой космонавтики Валентину Глушко и коллективу ученых, который работал под его руководством.

Двигатели РД-107 и РД-108, разработанные Глушко, были успешно испытаны в том числе и на межконтинентальной баллистической ракете. Именно они обеспечили первый успешный пуск МБР 21 августа 1957 года.

Советский академик Александр Ишлинский в 1977 году писал: «До сих пор вызывает восхищение исключительная надежность двигателей конструкции академика Валентина Петровича Глушко».

Так в чем же заключается такая надежность, что двигатели позволяют и во втором десятилетии XXI века успешно осуществлять запуск пилотируемых кораблей «Союз» с тремя космонавтами на борту?

Двигатель как человек

Специалисты самарского завода ПАО «Кузнецов» сравнивают создание ракетного двигателя с рождением человека, ведь процесс его технологической сборки и проверки занимает девять месяцев.

После изготовления всех деталей он поступает на сборку, где также проходит проливку всех изделий, чтобы обеспечить  герметичность. После этого он поступает на стенд, где проходит испытания. После них он снова отправляется в цех, где опять разбирается. Детали промываются, консервируется в сборке и отправляется на «Прогресс».

При этом специалисты подчеркивают, что рождение двигателя происходит не после сборки, а именно во время испытаний. Только после них ему присваивается своеобразное «свидетельство о рождении» — паспорт, с которым он отправляется на «Прогресс» для установки уже на ракету-носитель «Союз».

В состав ракеты входят пять больших двигателей и 12 рулевых агрегатов. Поэтому пакет для «Союза» состоит из 17 двигателей. В начале октября прошли испытания 15-го пакета. Всего же по программе завод в год должен выпустить 21 пакет. Таким образом, в год завод производит 105 больших двигателей и 252 рулевых агрегата. То есть по одному изделию в день!

Самара космическая

Сборка двигателей РД-107 и РД-108 происходит на заводе ПАО «Кузнецов» в Самаре, а испытания  – на самом отдаленном обособленном подразделении завода в поселке Винтай. В 70 км от города был построен испытательный комплекс. Работы, которые проводились там, были засекречены, поэтому предприятие в советские годы везде значилось как «Химзавод». Первые огневые испытания на новеньком стенде прошли уже 31 августа 1961 года.

«Территория комплекса уникальна. Она выбиралась с учетом всех особенностей технологического процесса. Поскольку по технологии имеет место выброс пламени, местность овражистая, а шум моторов «гасит» окружающий лес», — рассказал руководитель обособленного подразделения производственной площадки  «Винтай» Владимир Карповский.

На основном стенде проводят испытания двигателей РД-107, РД-108, а также испытания, связанные с совершенствованием двигателей. На площадке работают около 1000 человек. Само объединение полностью обеспечивает себя всем необходимым, закупая лишь топливо.

Стенд имеет угловатый и не очень красивый вид, но его уникальность в другом. По словам Карповского, советские строители заложили такой запас прочности, что стенд уже работает 56 лет и может прослужить на благо космоса еще лет 50.

По словам Карповского, за почти 60 лет работы стенд претерпел множество внутренних технологических изменений, и сегодня система испытаний автоматизирована.

«Если раньше после испытаний нужно было составлять протокол и ждать до трех-четырех суток результатов испытаний, то сегодня экспресс-анализ работы двигателя готов через 5 минут после проверки», — рассказал Карповский.

Испытания двигателя

Испытания проходят следующим образом. После монтажа двигателя на стенде к нему стыкуют все коммуникации, по которым подходят кислород, топливо, жидкий азот.

Цикл испытаний длится порядка 14 часов, а само огневое испытание длится всего лишь 60 секунд. При этом есть определенные тонкости в его работе. Первые 10-12 секунд идет розжиг, а при выходе на основной режим раздается сильный хлопок. Специалисты даже рекомендуют закрыть уши и приоткрыть рот, чтобы выровнять давление.

«Некоторым бывает страшновато. У нас были случаи, что и в лес убегали», — рассказал Карповский.

Во время огневых испытаний специалисты снимают главные параметры — расход топлива, тягу, параметры пульсации и вибрации.

Двигатель РД-107 сначала поднимал одного космонавта, потом за счет нового топлива его мощность увеличилась, и он смог поднимать трех космонавтов. Сегодня, по словам специалистов, керосин такой плотности заканчивается и работники космоса переходят на новую топливную программу, которая предполагает новые добавки. Скорее всего, тяга увеличится еще больше.

Интересный факт. Такой параметр, как экономичность неуместен для ракетного двигателя в отличие от авиационного. Только на одно испытание уходит около 15 тонн топлива. При этом мощность двигателя РД-107 в среднем 75-80 тонн, и он относится к легкой серии ракет. Поэтому на испытаниях на топливе не экономят. Главное для двигателя – выполнить программу, то есть поднять как можно больше груза и отправить его как можно дальше.

Ждать своего часа

Однако двигатель РД-107 и РД-108 не единственные двигатели, которые произвел самарский завод. Также на нем под руководством ученого и инженера Николая Кузнецова были изготовлены двигатели НК-33. Их предполагалось использовать на 1-й ступени ракеты-носителя Н-1 программы «Лунник». После полета американце на Луну ее свернули, и двигатели пролежали на складах 35 лет. Однако спустя столько времени склады были вскрыты, а двигатели доведены до полетного состояния. Один двигатель из той партии было решено испытать таким образом, чтобы довести до разрушения. Это позволило определить его предельный ресурс работы. Тогда двигатель НК-33 смог отработать 2,5 ресурса — без съема со стенда 16 пусков, наработав 15 тысяч секунд. Двигатель НК-33 имеет чрезвычайно высокую надежность — 999,4.

Сегодня этот двигатель используется в ракете легкого класса «Союз-2-1в», которая поднимает порядка 2,8 тонн на низкую околоземную орбиту около 200 км. Планируется его применение в РН «Союз-2-3».

Кроме того, этот двигатель применялся и американцами в первой ступени РН «Антарес». До сих пор около 30 двигателей находятся в США.

Михаил Рычаговhttps://tvzvezda.ru

comments powered by HyperComments

www.nasha-strana.info

Надежность ракетных двигателей - Энциклопедия по машиностроению XXL

Глава 1 НАДЕЖНОСТЬ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И ЕЕ ПОКАЗАТЕЛИ  [c.5]

Надежность ракетных двигателей 569  [c.569]

В настоящее время единственным способом определения характеристик и надежности ракетного двигателя является проведение многочисленных статических испытаний. Сроки доводки мощных двигателей зависят от количества таких испытаний и качества результатов, которые при этом удается получить. Это, в свою очередь, зависит от качества оборудования и измерительной аппаратуры, а также от квалификации персонала, проводящего испытания.  [c.569]

Надежность ракетных двигателей [57, 58]  [c.569]

Надежность ракетных двигателей 571  [c.571]

ОСНОВЫ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ  [c.1]

Надежность двигателя как его свойство сохранять свои параметры в допускаемых пределах при заданных условиях эксплуатации закладывается на этапе проектирования и отработки, обеспечивается при производстве и поддерживается на необходимом уровне в процессе эксплуатации в составе ракеты. На всех этих этапах жизненного цикла ракетных двигателей может быть осуществлен ряд мер, повышающих и обеспечивающих их надежность. Большинство этих мер определяются и обосновываются теорией надежности ракетных двигателей.  [c.3]

В последние годы опубликован ряд материалов по надежности ракетных систем, однако достаточно полного и систематического изложения основ теории надежности ракетных двигателей пока нет.  [c.3]

В настоящей книге делается попытка изложить вопросы теории надежности ракетных двигателей на жидком и твердом топливе. Рассматриваются только те вопросы, которые представляют интерес для лиц, занимающихся проектированием и отработкой ракетных двигателей.  [c.3]

Раздел 2 НАДЕЖНОСТЬ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ  [c.162]

ЗАДАЧИ ОЦЕНКИ И ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ  [c.162]

Задачи, решаемые при оценке и обеспечении надежности ракетных двигателей  [c.166]

Нестационарные режимы теплообмена так же широко распространены в технике, как и стационарные. Из технических задач, требующих расчетной оценки нестационарных режимов теплообмена, в качестве примеров можно назвать определение температурного состояния стенок ракетного двигателя твердого топлива за период его работы для оценки их надежности определение температуры ракетного аппарата при входе его в плотные слои атмосферы с той же целью определение времени прогрева деталей до заданной температуры при термообработке, которое необходимо для наладки технологического процесса.  [c.291]

При работе тепловых двигателей, компрессоров, холодильных установок, высокоскоростных летательных аппаратов отдельные части и узлы этих установок нагреваются. Для того чтобы конструкция работала надежно, необходимо предусмотреть меры, которые установили бы предел росту температуры. В противном случае нормальная работа таких установок может прекратиться, так как конструкционные материалы при нагревании теряют прочность и при определенной температуре разрушаются. Например, если не предусмотреть специальных мер для защиты камеры сгорания и сопла, то ракетный двигатель разрушится в течение долей секунды. Баллистическая ракета, входящая в плотные слои атмосферы, без тепловой защиты ее головной части и стенок корпуса разрушится в течение нескольких секунд, так как температура ее головной части при этом достигает нескольких тысяч градусов.  [c.6]

Выдающиеся достижения в области ракетной техники в значительной мере были предопределены созданием в СССР в 50-е годы мощных и надежно действующих ракетных двигателей.  [c.3]

В условиях жесткого ограничения полетной массы стремление улучшить в двигателе показатели рабочего процесса усложняет задачу предотвращения отказов. Отказ ракетного двигателя во время полета, как правило, сопровождается разрушением летательного аппарата, и поэтому вопрос, насколько надежно двигатель будет выполнять свои функции, всегда особенно важен для конструктора.  [c.3]

В связи с прогрессом в области управляемых полетов в космосе (стыковка, изменение орбиты и др.) возникают и новые требования к ракетным двигателям, а именно надежность и многократность работы, надежное и в широких пределах регулирование. По-прежнему остается обширное поле деятельности для увеличения удельного импульса и снижения веса двигателя.  [c.229]

Надежность камеры ракетного двигателя обеспечивается прочностью наружного слоя ее стенки с определенной толщиной (точка В расположена на внутренней границе этого слоя, см. рис. 24.5) в этом случае срок службы камеры определяется временем, когда температура в этом слое остается ниже заданного значения.  [c.265]

Параллельно с летно-конструкторскими испытаниями Фау-2 и оценками результатов пусков коллектив СКБ Королева делал ее советский аналог — ракету Р-1 , частично свободную от недостатков прототипа (в основном в части надежности). Разработкой жидкостного ракетного двигателя РД-100 для Р-1 занималось Опытное конструкторское бюро № 456 (ОКБ-456) под руководством Валентина Глушко разработкой системы управления — коллективы Николая Пилюгина, Виктора Кузнецова и Михаила Рязанского созданием наземного комплекса средств обеспечения запуска  [c.398]

В отличие от других вариантов ракеты Р-27, эта управляемая ракета класса воздух-воздух снабжается инфракрасной головкой самонаведения. Ракета имеет следующую конструкцию в носовой части под прозрачным обтекателем находится детектор инфракрасной головки самонаведения, аппаратура которой размещена в следующем отсеке ракеты. В головной части расположены четыре руля (конструктивная схема утка ). За отсеком с силовыми приводами рулей находятся боевая часть с 39 кг сильного взрывчатого вещества, а также взрыватель. Большая часть корпуса занята ракетным двигателем. Хотя ракета имеет меньшие размеры, массу и дальность пуска, чем другие ракеты семейства Р-27, она отличается большей надежностью поражения целей на всех ракурсах, днем и ночью, на фоне земной и водяной поверхности и при активном противодействии.  [c.390]

В книге освещаются некоторые задачи теории надежности невосстанавливаемых систем и на основе этого ряд вопросов надежности ракетных двигателей на жидком и твердом топливах. Излагаются методы расчета показателей надежности основных элементов ЖРД и РДТТ на этапах проектирования и отработки. Рассматриваются аварийные состояния ракетных двигателей, способы их прогнозирования и контроля и дается анализ возможности повышения надежности двигателей путем резервирования их элементов.  [c.2]

Этот метод интенсификации позволяет с помощью однофазного теплоносителя охлаждать сплошную стенку, подверженную воздействию больших тепловых потоков, например при конвективном охлаждении стенок ракетных двигателей (рис. 1.8) и лопаток их газовых турбин, элементов электронной аппаратуры и других теплонапряженных устройств. В частности, за счет охлаждения прокачкой воды через проницаемую подложку может быть обеспечена надежная рабрта лазерного отражателя. Такой способ охлаждения в настоящее время - единственный при малых размерах или сложной форме нагреваемых конструкций, в которых невозможно выполнить каналы для охладителя. Например, лопатки малых газовых турбин ракетньи двигателей с максимальной толщиной профиля порядка 3 мм, хордой около 2 см и длиной от 1 до 2 см обычно не охлаждаются, что ограничивает температуру газового потока и эффективность таких турбин. Изготовление лопаток из волокнистого металла 1 (рис. 1.9), покрытого снаружи тонким герметичным слоем керамики 2 и охлаждаемого продольным потоком газа, вытекающего через вершину, позволяет снять эти ограничения.  [c.12]

Экспериментальное исследование процессов теплоотдачи в реальных ракетных двигателях сопряжено с большими затратами сил и средств, кроме того, еще не создано надежных конструкций датчиков для измерения всех нужных параметров газа в сопле. Процессы теплоотдачи в сопле реального ракетного двигателя осложнены действием турбулентности, химических реакций,теплообмена излучением, пульсациями давления, градиентом давления, сжимаемостью, неизотермичностыо и т. п. Установить влияние всех факторов на теплообмен в соплах трудно.  [c.248]

Существенное снижение запасов прочности и повышение механических свойств -пределов текучести до 1200-1500 МПа низколегированных высокопрочных сталей, диктуемые жесткими весовыми требованиями, привели к необходимости анализа и повышения прочности и надежности корпусов двигателей и ракет на жидком и твердом топливе. При испытаниях корпусов ракет Поларис диаметром до 4000 мм внутренним давлением при размерах дефектов до 30 мм происходили разрушения при номинальных напряжениях, не превышающих (0,5-0,6)от Аналогичное разрушение, начавшееся в зоне сварного шва, бьшо отмечено в баке ракеты, изготовленном из стали с пределом текучести порядка 1350 МПа. Оценка прочности несущих элементов ракет, в том числе корпусов ракетных систе,м и двигателей Сатурн , Шатл , Энергия-Буран , с учетом возможностей технологической дефектности осуществляется на основе линейной механики разрушения.  [c.77]

Из инваров изготавливают жесткозакрепленные трубопроводы сложной пространственной формы, работаюпще при температурах до 20 К (например, трубопроводы жидкостных ракетных двигателей — ЖРД), некоторые элементы арматуры, которые по условиям работы должны иметь минимальные изменения размеров при изменении температуры. Малая величина коэффициента линейного расширения материала позволяет уменьшить напряжения в трубопроводах и предотвратить возмож ность их разрушения. Отпадает необходимость установки сильфонных узлов для компенсации деформаций, что упрош ает конструкцию и делает ее более надежной.  [c.619]

По многим параметрам — простоте констукций, надежности, габаритам, стоимости и другим эластомерные элементы превосходят традиционные системы того же назначения. Они позволяют находить притщипиалыга новые конструктивные решения ответственных узлов современных технических систем (например, эластомерные шарниры ракетных двигателей и вертолетных винтов, антисейсмические опоры сооружений). Эластомерные шарниры обеспечивают все шесть степеней свободы относительных смещений оснований (три перемещения и три угла поворота) эластомерные амортизаторы могут иметь жесткости в разных направлениях, отличающиеся в тысячу и более раз, они сочетают в себе упругие и диссипативные свойства (существуют резины, поглощающие более половины подводимой извне энергии).  [c.3]

Свойство ракетного двигателя находиться в работоспособном состоянии в тёчение установленного срока службы при установ-лен11ых условиях его эксплуатации, технического обслуживания и ремонтов называется надежностью.  [c.5]

В соответствии с недавними неофициальными, но надежными докладами, Дуглас Скай-рокет (Douglas Sky-ro ket) (самолет с ракетным двигателем) достиг высоты 15 миль, и его нилот безопасно вернулся на поверхность земли. В таком случае доказана возможность полета на высоту 15 миль. Больше ничего не надо говорить.  [c.191]

Наиболее распространена в совр. ракетной технике Т. с помощью разрушающихся покрытий, к-рая применяется как для головных частей баллистич. ракет и космич. аппаратов, так и для камер сгорания и сопел ракетных двигателей. Метод Т. с помощью разрушающихся покрытий — пассивный и поэтому обладает новыш. надежностью по сравнению с активными методами Т., для к-рых требуются спец. системы подачи охладителя по заданной програл1ме. Эффективность разрушающихся теплозащитных покрытий измеряется т. и. эффективной энтальпией 7дф = количество тепла, необходимое для упоса единицы массы. материала.  [c.146]

Среди всех операций проектировгщия можно выделить широкий класс алгоритмических, для которых уже созданы или могут быть созданы формальные модели. К ним относятся все расчеты, выполненные по ГОСТ расчет деталей машины на прочность, надежность, тепловые расчеты, а также кинематический и динамический анализы. Сюда же можно отнести и расчеты по частным методикам расчет силовых оболочек ракетных двигателей, усилий резания при механической обработке и т.п.  [c.120]

Даны класси жкация и характеристики жидкосггаых ракетных двигателей (ЖРД). Рассмотрены пневмогидравлические схемы ЖРД. Приведены сведения о конструкции и проектировании основных узпов и агрегатов ЖРД. Проанализированы стадии разработки ЖРД и автоматизированное проектирование его элементов. Рассмотршы вопросы надежности ЖРД.  [c.2]

mash-xxl.info

Взгляд изнутри на производство ракетных двигателей. Россия

ОАО «Кузнецов» является ведущим двигателестроительным предприятием России. Здесь осуществляется проектирование, изготовление и ремонт ракетных, авиационных и газотурбинных установок для газовой отрасли и энергетики.

С этими двигателями были запущены пилотируемые космические корабли «Восток», «Восход», «Союз» и автоматические транспортные грузовые космические аппараты «Прогресс». 100% пилотируемых космических пусков и до 80% коммерческих производится с использованием двигателей РД107/108 и их модификаций, произведённых в Самаре. Продукция завода имеет особое значение для поддержания боеготовности дальней авиации России. На «Кузнецове» были сконструированы, произведены и технически обслуживаются двигатели НК-12 для дальних бомбардировщиков Ту-95МС, НК-25 для бомбардировщиков Ту-22М3 и НК-32 для уникальных стратегических бомбардировщиков Ту-160.

Сегодня перед самарским предприятием стоят задачи по возобновлению производства двигателей НК-32 серии 02, росту объёмов производства ракетных двигателей, повышению надёжности индустриальных двигателей для ОАО «Газпром», развитию перспективных авиационных разработок.

1. 55 лет назад в Самаре начали серийно производить ракетные двигатели, которые не только подняли на орбиту первого космонавта Юрия Гагарина, но и вот уже более полувека используются российской космонавтикой и тяжелой авиацией. Предприятие «Кузнецов», которое входит в Госкорпорацию Ростех, объединило несколько крупных самарских заводов. Сначала они занимались производством и обслуживанием двигателей для ракетоносителей ракет «Восток» и «Восход», сейчас - для «Союза». Второе направление работы «Кузнецова» сегодня - силовые установки для самолетов.

ОАО «Кузнецов» входит в состав Объединённой двигателестроительной корпорации (ОДК).

2. Механообрабатывающее производство.

Это один из начальных этапов процесса производства двигателя. Здесь сконцентрировано высокоточное обрабатывающее и контрольно-испытательное оборудование. Например, фрезерный обрабатывающий центр DMU-160 FD, способен обрабатывать крупногабаритные детали сложной формы диаметром до 1,6 метра и весом до 2 тонн.

3. Оборудование эксплуатируется в 3 смены.

4. Обработка статорных колец компрессора двигателя НК-32 на токарно-карусельном станке.

5. НК-32 устанавливается на стратегическом бомбардировщике Ту-160, а НК-32-1 в 1996 г. - на летающей лаборатории Ту-144ЛЛ.

6. Скорость установки позволяет обрабатывать швы до 100 метров в минуту.

7. Металлургическое производство.

Этот участок способен отливать заготовки диаметром до 1600 мм и весом до 1500 кг, необходимые для корпусных деталей газотурбинных двигателей индустриального и авиационного применения. На фото показан процесс заливки детали в вакуумно-плавильной печи.

8. Фрагмент литниково-питающей системы после заливки.

9. Контроль литья методом ЛЮМ-А.

10. Типовые испытания клапана ракетного двигателя в условиях -55°C.

11. Испытания представляют собой процесс охлаждения ванны со спиртом с помощью жидкого азота до указанной температуры.

12. Участок сборки моделей лопаток в модельный блок.

13.

14. Контроль профиля компрессорной лопатки.

15. Прокалка керамических форм лопаток в электрической печи.

16. Нанесение керамики на модель лопаток.

17. Процесс индукционной пайки сопла камеры сгорания ракетного двигателя. Температура процесса составляет 975°C.

18. Установка полуколец на критическое сечение камеры сгорания ракетного двигателя на участке сварки.

19. Фрезеровка каналов горючего камеры сгорания ракетного двигателя.

20. «Наружная рубашка» сопла камеры сгорания РД с разметкой под рентген-контроль.

21. Сборка рулевого агрегата РД. Устанавливается совместно с маршевыми двигателями РД-107А/РД-108А для управления и корректировки вектором тяги.

22. Камеры сгорания.

23. Сейчас на «Кузнецове» трудится около 12 тысяч человек.

24. Сборка очередного опытного образца двигателя НК-361 для российской железной дороги.

Новым направлением развития ОАО «Кузнецов» является выпуск механических приводов силового блока ГТЭ-8,3/НК для тяговой секции магистрального газотурбовоза на базе ГТД НК-361.

25. Первый опытный экземпляр газотурбовоза с двигателем НК-361 в 2009 году во время испытаний на экспериментальном кольце в Щербинке провел состав весом более 15 тысяч тонн, состоящий из 158 вагонов, установив тем самым мировой рекорд.

26. Цех окончательной сборки авиационных газотурбинных двигателей.

27. Сборка узла форсажной камеры двигателя НК-32.

28. Двигатель НК-25 — турбореактивный двигатель для самолета Ту-22М3, основного российского бомбардировщика средней дальности. Наряду с НК-32 долгое время является одним из самых мощных авиационных двигателей в мире.

29. Обвязка двигателя НК-25.

30. Контроль оболочки двигателя НК-32 перед сборкой.

31. Топливный коллектор форсажной камеры.

32.

33. Слесари-сборщики за работой по сборке НК-14СТ.

Газотурбинный двигатель НК-14СТ используется в составе агрегата для транспортировки газа. Интересно то, что двигатель использует природный газ, перекачиваемый по трубопроводам, в качестве топлива. Является модификацией двигателя НК-12, который устанавливался на стратегический бомбардировщик Ту-95.

34. Цех окончательной сборки серийных ракетных двигателей.

Здесь производится сборка двигателей РД-107А/РД-108А разработки ОАО «НПО «Энергомаш». Этими двигательными установками оснащаются первые и вторые ступени всех ракет-носителей типа «Союз». Принципы работы РД-107 и РД-108 схожи, но назначение разное. Сто седьмой стоит на первой ступени ракеты, а сто восьмой - на второй.

35. Доля предприятия в сегменте ракетных двигателей на российском рынке составляет 80%, по пилотируемым пускам – 100%. Надежность двигателей – 99,8%. Запуски ракет-носителей с двигателями ОАО «Кузнецов» осуществляются с трех космодромов – Байконур (Казахстан), Плесецк (Россия) и Куру (Французская Гвиана). Стартовый комплекс под «Союзы» также будет построен на российском космодроме «Восточный» (Амурская область).

36. Полный цикл создания ракетного двигателя составляет около 10 месяцев.

37. Проверка комплектации ракетного двигателя при сборке.

38. Подготовка изделия к окончательной сдаче контрольным службам и представителю заказчика.

39. Здесь же, в цехе, ведутся работы по адаптации и сборке ракетного двигателя НК-33, предназначенного для первой ступени ракеты-носителя легкого класса «Союз-2-1в».

40. Двигатель НК-33 — один из тех, что планировалось уничтожить после закрытия лунной программы. Двигатель прост в эксплуатации и техническом обслуживании, и вместе с тем имеет высокую надежность. При этом его стоимость в два раза ниже стоимости существующих двигателей того же класса по тяге.

41. Выполнение операции по термоусаживанию защитной трубки провода авиационного жгута.

42. Подготовка к распайке контактов жгута в электроразъеме авиационного кабеля.

43.

44. В цехе окончательной сборки ракетных двигателей расположена целая галерея с фотографиями советских и российских космонавтов, которые отправлялись в космос на ракетах с самарскими двигателями.

45. Монтаж двигателя НК-14СТ на испытательный стенд.

46. Подстыковка маслоситемы к двигателю для проведения испытаний.

47. Пультовая испытательного стенда.

48. Пьезометры. Применяются для измерения перепада и низких давлений при испытании газотурбинных двигателей.

49. Система шумоглушения испытательных стендов газотурбинных двигателей.

50. Ракетный двигатель РД-107А/108А на стенде. За несколько минут до начала огневых испытаний.

Подтвердить почти стопроцентную надежность изделия можно только одним способом: отправить готовый двигатель на испытания. Его крепят на специальном стенде и запускают. Силовая установка должна работать так, как будто уже выводит на орбиту космический корабль.

51. За более чем полвека работы на «Кузнецов» было выпущено около 10 тысяч жидкостных ракетных двигателей восьми модификаций, которые вывели в космос более 1800 ракет-носителей типа «Восток», «Восход», «Молния» и «Союз».

52. По минутной готовности в систему охлаждения факела подается вода, создается водяной ковер, который уменьшает температуру факела и шум от работающего двигателя.

53. При испытании двигателя производится регистрация около 250 параметров, по которым оценивается качество изготовления двигателя.

54. Наклонные огневые испытания серийного ракетного двигателя на испытательном комплексе ОАО «Кузнецов» в поселке Винтай.

55. Коллектив расчетной группы производит обработку полученной информации и выдает протокол испытаний. По полученным данным инженерным составом производится оценка результатов испытаний и дается заключение о его пригодности для установки на ракету-носитель.

56. Подготовка двигателя на стенде длится несколько часов. Производится его обвязка датчиками, проверка их работоспособности, опрессовка магистралей, комплексные проверки работы автоматики стенда и двигателя.

57. Контрольно-технологические испытания длятся около минуты. За это время сжигается 12 тонн керосина и около 30 тонн жидкого кислорода.

58. Испытания окончены. После этого двигатель отправляется в сборочный цех, где его разбирают, проводят дефектацию узлов, собирают, проводят окончательный контроль, а затем отправляют заказчику – на АО «РКЦ «Прогресс». Там его устанавливают на ступени ракеты.

59.

Благодарю пресс-центр ОАО "Кузнецов", в частности, Мельникову Янину за помощь в создании репортажа!

Источник

Понравился наш сайт? Присоединяйтесь или подпишитесь (на почту будут приходить уведомления о новых темах) на наш канал в МирТесен!

zagopod.com

Как производят и испытывают двигатели для ракет и самолетов

С этими двигателями были запущены пилотируемые космические корабли «Восток», «Восход», «Союз» и автоматические транспортные грузовые космические аппараты «Прогресс». 100% пилотируемых космических пусков и до 80% коммерческих производится с использованием двигателей РД107/108 и их модификаций, произведённых в Самаре.

Продукция завода имеет особое значение для поддержания боеготовности дальней авиации России. На «Кузнецове» были сконструированы, произведены и технически обслуживаются двигатели НК-12 для дальних бомбардировщиков Ту-95МС, НК-25 для бомбардировщиков Ту-22М3 и НК-32 для уникальных стратегических бомбардировщиков Ту-160.

Сегодня перед самарским предприятием стоят задачи по возобновлению производства двигателей НК-32 серии 02, росту объёмов производства ракетных двигателей, повышению надёжности индустриальных двигателей для ОАО «Газпром», развитию перспективных авиационных разработок.

1. 55 лет назад в Самаре начали серийно производить ракетные двигатели, которые не только подняли на орбиту первого космонавта Юрия Гагарина, но и вот уже более полувека используются российской космонавтикой и тяжелой авиацией. Предприятие «Кузнецов», которое входит в Госкорпорацию Ростех, объединило несколько крупных самарских заводов. Сначала они занимались производством и обслуживанием двигателей для ракетоносителей ракет «Восток» и «Восход», сейчас - для «Союза». Второе направление работы «Кузнецова» сегодня - силовые установки для самолетов.

ОАО «Кузнецов» входит в состав Объединённой двигателестроительной корпорации (ОДК).

2. Механообрабатывающее производство.

Это один из начальных этапов процесса производства двигателя. Здесь сконцентрировано высокоточное обрабатывающее и контрольно-испытательное оборудование. Например, фрезерный обрабатывающий центр DMU-160 FD, способен обрабатывать крупногабаритные детали сложной формы диаметром до 1,6 метра и весом до 2 тонн.

3. Оборудование эксплуатируется в 3 смены.

4. Обработка статорных колец компрессора двигателя НК-32 на токарно-карусельном станке.

5. НК-32 устанавливается на стратегическом бомбардировщике Ту-160, а НК-32-1 в 1996 г. - на летающей лаборатории Ту-144ЛЛ.

6. Скорость установки позволяет обрабатывать швы до 100 метров в минуту.

7. Металлургическое производство.

Этот участок способен отливать заготовки диаметром до 1600 мм и весом до 1500 кг, необходимые для корпусных деталей газотурбинных двигателей индустриального и авиационного применения. На фото показан процесс заливки детали в вакуумно-плавильной печи.

8. Фрагмент литниково-питающей системы после заливки.

9. Контроль литья методом ЛЮМ-А.

10. Типовые испытания клапана ракетного двигателя в условиях -55°C.

11. Испытания представляют собой процесс охлаждения ванны со спиртом с помощью жидкого азота до указанной температуры.

12. Участок сборки моделей лопаток в модельный блок.

13.

14. Контроль профиля компрессорной лопатки.

15. Прокалка керамических форм лопаток в электрической печи.

16. Нанесение керамики на модель лопаток.

17. Процесс индукционной пайки сопла камеры сгорания ракетного двигателя. Температура процесса составляет 975°C.

18. Установка полуколец на критическое сечение камеры сгорания ракетного двигателя на участке сварки.

19. Фрезеровка каналов горючего камеры сгорания ракетного двигателя.

20. «Наружная рубашка» сопла камеры сгорания РД с разметкой под рентген-контроль.

21. Сборка рулевого агрегата РД. Устанавливается совместно с маршевыми двигателями РД-107А/РД-108А для управления и корректировки вектором тяги.

22. Камеры сгорания.

23. Сейчас на «Кузнецове» трудится около 12 тысяч человек.

24. Сборка очередного опытного образца двигателя НК-361 для российской железной дороги.

Новым направлением развития ОАО «Кузнецов» является выпуск механических приводов силового блока ГТЭ-8,3/НК для тяговой секции магистрального газотурбовоза на базе ГТД НК-361.

25. Первый опытный экземпляр газотурбовоза с двигателем НК-361 в 2009 году во время испытаний на экспериментальном кольце в Щербинке провел состав весом более 15 тысяч тонн, состоящий из 158 вагонов, установив тем самым мировой рекорд.

26. Цех окончательной сборки авиационных газотурбинных двигателей.

27. Сборка узла форсажной камеры двигателя НК-32.

28. Двигатель НК-25 — турбореактивный двигатель для самолета Ту-22М3, основного российского бомбардировщика средней дальности. Наряду с НК-32 долгое время является одним из самых мощных авиационных двигателей в мире.

29. Обвязка двигателя НК-25.

30. Контроль оболочки двигателя НК-32 перед сборкой.

31. Топливный коллектор форсажной камеры.

32.

33. Слесари-сборщики за работой по сборке НК-14СТ.

Газотурбинный двигатель НК-14СТ используется в составе агрегата для транспортировки газа. Интересно то, что двигатель использует природный газ, перекачиваемый по трубопроводам, в качестве топлива. Является модификацией двигателя НК-12, который устанавливался на стратегический бомбардировщик Ту-95.

34. Цех окончательной сборки серийных ракетных двигателей.

Здесь производится сборка двигателей РД-107А/РД-108А разработки ОАО «НПО «Энергомаш». Этими двигательными установками оснащаются первые и вторые ступени всех ракет-носителей типа «Союз».Принципы работы РД-107 и РД-108 схожи, но назначение разное. Сто седьмой стоит на первой ступени ракеты, а сто восьмой - на второй.

35. Доля предприятия в сегменте ракетных двигателей на российском рынке составляет 80%, по пилотируемым пускам – 100%. Надежность двигателей – 99,8%. Запуски ракет-носителей с двигателями ОАО «Кузнецов» осуществляются с трех космодромов – Байконур (Казахстан), Плесецк (Россия) и Куру (Французская Гвиана). Стартовый комплекс под «Союзы» также будет построен на российском космодроме «Восточный» (Амурская область).

36. Полный цикл создания ракетного двигателя составляет около 10 месяцев.

37. Проверка комплектации ракетного двигателя при сборке.

38. Подготовка изделия к окончательной сдаче контрольным службам и представителю заказчика.

39. Здесь же, в цехе, ведутся работы по адаптации и сборке ракетного двигателя НК-33, предназначенного для первой ступени ракеты-носителя легкого класса «Союз-2-1в».

40. Двигатель НК-33 — один из тех, что планировалось уничтожить после закрытия лунной программы. Двигатель прост в эксплуатации и техническом обслуживании, и вместе с тем имеет высокую надежность. При этом его стоимость в два раза ниже стоимости существующих двигателей того же класса по тяге.

41. Выполнение операции по термоусаживанию защитной трубки провода авиационного жгута.

42. Подготовка к распайке контактов жгута в электроразъеме авиационного кабеля.

43.

44. В цехе окончательной сборки ракетных двигателей расположена целая галерея с фотографиями советских и российских космонавтов, которые отправлялись в космос на ракетах с самарскими двигателями.

45. Монтаж двигателя НК-14СТ на испытательный стенд.

46. Подстыковка маслоситемы к двигателю для проведения испытаний.

47. Пультовая испытательного стенда.

48. Пьезометры. Применяются для измерения перепада и низких давлений при испытании газотурбинных двигателей.

49. Система шумоглушения испытательных стендов газотурбинных двигателей.

50. Ракетный двигатель РД-107А/108А на стенде. За несколько минут до начала огневых испытаний.

Подтвердить почти стопроцентную надежность изделия можно только одним способом: отправить готовый двигатель на испытания. Его крепят на специальном стенде и запускают. Силовая установка должна работать так, как будто уже выводит на орбиту космический корабль.

51. За более чем полвека работы на «Кузнецов» было выпущено около 10 тысяч жидкостных ракетных двигателей восьми модификаций, которые вывели в космос более 1800 ракет-носителей типа «Восток», «Восход», «Молния» и «Союз».

52. По минутной готовности в систему охлаждения факела подается вода, создается водяной ковер, который уменьшает температуру факела и шум от работающего двигателя.

53. При испытании двигателя производится регистрация около 250 параметров, по которым оценивается качество изготовления двигателя.

54. Наклонные огневые испытания серийного ракетного двигателя на испытательном комплексе ОАО «Кузнецов» в поселке Винтай.

55. Коллектив расчетной группы производит обработку полученной информации и выдает протокол испытаний. По полученным данным инженерным составом производится оценка результатов испытаний и дается заключение о его пригодности для установки на ракету-носитель.

56. Подготовка двигателя на стенде длится несколько часов. Производится его обвязка датчиками, проверка их работоспособности, опрессовка магистралей, комплексные проверки работы автоматики стенда и двигателя.

57. Контрольно-технологические испытания длятся около минуты. За это время сжигается 12 тонн керосина и около 30 тонн жидкого кислорода.

58. Испытания окончены. После этого двигатель отправляется в сборочный цех, где его разбирают, проводят дефектацию узлов, собирают, проводят окончательный контроль, а затем отправляют заказчику – на АО «РКЦ «Прогресс». Там его устанавливают на ступени ракеты.

59.

Благодарю пресс-центр ОАО "Кузнецов", в частности, Мельникову Янину за помощь в создании репортажа!

zagopod.com

Какой ракетный двигатель самый лучший? / СоХабр

Ракетные двигатели — одна из вершин технического прогресса. Работающие на пределе материалы, сотни атмосфер, тысячи градусов и сотни тонн тяги — это не может не восхищать. Но разных двигателей много, какие же из них самые лучшие? Чьи инженеры поднимутся на пьедестал почета? Пришло, наконец, время со всей прямотой ответить на этот вопрос. К сожалению, по внешнему виду двигателя нельзя сказать, насколько он замечательный. Приходится закапываться в скучные цифры характеристик каждого двигателя. Но их много, какую выбрать?
Мощнее
Ну, наверное, чем мощнее двигатель, тем он лучше? Больше ракета, больше грузоподъемность, быстрее начинает двигаться освоение космоса, разве не так? Но если мы посмотрим на лидера в этой области, нас ждет некоторое разочарование. Самая большая тяга из всех двигателей, 1400 тонн, у бокового ускорителя Спейс Шаттла.

Несмотря на всю мощь, твердотопливные ускорители сложно назвать символом технического прогресса, потому что конструктивно они являются всего лишь стальным (или композитным, но это неважно) цилиндром с топливом. Во-вторых, эти ускорители вымерли вместе с шаттлами в 2011 году, что подрывает впечатление их успешности. Да, те, кто следят за новостями о новой американской сверхтяжелой ракете SLS скажут мне, что для нее разрабатываются новые твердотопливные ускорители, тяга которых составит уже 1600 тонн, но, во-первых, полетит эта ракета еще не скоро, не раньше конца 2018 года. А во-вторых, концепция «возьмем больше сегментов с топливом, чтобы тяга была еще больше» является экстенсивным путем развития, при желании, можно поставить еще больше сегментов и получить еще большую тягу, предел тут пока не достигнут, и незаметно, чтобы этот путь вел к техническому совершенству.

Второе место по тяге держит отечественный жидкостной двигатель РД-171М — 793 тонны.

Четыре камеры сгорания — это один двигатель. И человек для масштаба

Казалось бы — вот он, наш герой. Но, если это лучший двигатель, где его успех? Ладно, ракета «Энергия» погибла под обломками развалившегося Советского Союза, а «Зенит» прикончила политика отношений России и Украины. Но почему США покупают у нас не этот замечательный двигатель, а вдвое меньший РД-180? Почему РД-180, начинавшийся как «половинка» РД-170, сейчас выдает больше, чем половину тяги РД-170 — целых 416 тонн? Странно. Непонятно.

Третье и четвертое места по тяге занимают двигатели с ракет, которые больше не летают. Твердотопливному UA1207 (714 тонн), стоявшему на Титане IV, и звезде лунной программы двигателю F-1 (679 тонн) почему-то не помогли дожить до сегодняшнего дня выдающиеся показатели по мощности. Может быть, какой-нибудь другой параметр важнее?

Эффективнее
Какой показатель определяет эффективность двигателя? Если ракетный двигатель сжигает топливо, чтобы разгонять ракету, то, чем эффективнее он это делает, тем меньше топлива нам нужно потратить для того, чтобы долететь до орбиты/Луны/Марса/Альфы Центавра. В баллистике для оценки такой эффективности есть специальный параметр — удельный импульс.Удельный импульс показывает, сколько секунд двигатель может развивать тягу в 1 Ньютон на одном килограмме топлива

Рекордсмены по тяге оказываются, в лучшем случае, в середине списка, если отсортировать его по удельному импульсу, а F-1 с твердотопливными ускорителями оказываются глубоко в хвосте. Казалось бы, вот она, важнейшая характеристика. Но посмотрим на лидеров списка. С показателем 9620 секунд на первом месте располагается малоизвестный электрореактивный двигатель HiPEP

Это не пожар в микроволновке, а настоящий ракетный двигатель. Правда, микроволновка ему все-таки приходится очень отдаленным родственником...

Двигатель HiPEP разрабатывался для закрытого проекта зонда для исследования лун Юпитера, и работы по нему были остановлены в 2005 году. На испытаниях прототип двигателя, как говорит официальный отчет NASA, развил удельный импульс 9620 секунд, потребляя 40 кВт энергии.

Второе и третье места занимают еще не летавшие электрореактивные двигатели VASIMR (5000 секунд) и NEXT (4100 секунд), показавшие свои характеристики на испытательных стендах. А летавшие в космос двигатели (например, серия отечественных двигателей СПД от ОКБ «Факел») имеют показатели до 3000 секунд.

Двигатели серии СПД. Кто сказал «классные колонки с подсветкой»?

Почему же эти двигатели еще не вытеснили все остальные? Ответ прост, если мы посмотрим на другие их параметры. Тяга электрореактивных двигателей измеряется, увы, в граммах, а в атмосфере они вообще не могут работать. Поэтому собрать на таких двигателях сверхэффективную ракету-носитель не получится. А в космосе они требуют киловатты энергии, что не всякие спутники могут себе позволить. Поэтому электрореактивные двигатели используются, в основном, только на межпланетных станциях и геостационарных коммуникационных спутниках.

Ну, хорошо, скажет читатель, отбросим электрореактивные двигатели. Кто будет рекордсменом по удельному импульсу среди химических двигателей?

С показателем 462 секунды в лидерах среди химических двигателей окажутся отечественный КВД1 и американский RL-10. И если КВД1 летал всего шесть раз в составе индийской ракеты GSLV, то RL-10 — успешный и уважаемый двигатель для верхних ступеней и разгонных блоков, прекрасно работающий уже много лет. В теории, можно собрать ракету-носитель целиком из таких двигателей, но тяга одного двигателя в 11 тонн означает, что на первую и вторую ступень их придется ставить десятками, и желающих так делать нет.

Можно ли совместить большую тягу и высокий удельный импульс? Химические двигатели уперлись в законы нашего мира (ну не горит водород с кислородом с удельным импульсом больше ~460, физика запрещает). Были проекты атомных двигателей (раз, два), но дальше проектов это пока не ушло. Но, в целом, если человечество сможет скрестить высокую тягу с высоким удельным импульсом, это сделает космос доступней. Есть ли еще показатели, по которым можно оценить двигатель?

Напряженней
Ракетный двигатель выбрасывает массу (продукты сгорания или рабочее тело), создавая тягу. Чем быстрее летит эта самая масса, тем эффективней двигатель ее выбрасывает. И у жидкостных ракетных двигателей есть параметр, который показывает эффективность истечения продуктов сгорания — давление в камере сгорания. Чем больше давление, тем быстрее будут лететь молекулы продуктов сгорания. Двигатель с более высоким давлением в камере сгорания будет эффективнее двигателя с низким давлением на том же топливе. И если мы отсортируем список двигателей по давлению в камере сгорания, то пьедестал будет оккупирован Россией/СССР — в нашей конструкторской школе всячески старались делать эффективные двигатели с высокими параметрами. Первые три места занимает семейство кислородно-керосиновых двигателей на базе РД-170: РД-191 (259 атм), РД-180 (258 атм), РД-171М (246 атм).

Камера сгорания РД-180 в музее. Обратите внимание на количество шпилек, удерживающих крышку камеры сгорания, и расстояние между ними. Хорошо видно, как тяжело удержать стремящиеся сорвать крышку 258 атмосфер давления

Четвертое место у советского РД-0120 (216 атм), который держит первенство среди водородно-кислородных двигателей и летал два раза на РН «Энергия». Пятое место тоже у нашего двигателя — РД-264 на топливной паре несимметричный диметилгидразин/азотный тетраоксид на РН «Днепр» работает с давлением в 207 атм. И только на шестом месте будет американский двигатель Спейс Шаттла RS-25 с двумястами тремя атмосферами.

Надежней
Каким бы ни был многообещающим по характеристикам двигатель, если он взрывается через раз, пользы от него немного. Сравнительно недавно, например, компания Orbital была вынуждена отказаться от использования хранившихся десятилетиями двигателей НК-33 с очень высокими характеристиками, потому что авария на испытательном стенде и феерический по красоте ночной взрыв двигателя на РН Antares поставили под сомнение целесообразность использования этих двигателей дальше. Теперь Antares будут пересаживать на российский же РД-181.

Большая фотография по ссылке

Верно и обратное — двигатель, который не отличается выдающимися значениями тяги или удельного импульса, но надежен, будет популярен. Чем длиннее история использования двигателя, тем больше статистика, и тем больше багов в нем успели отловить на уже случившихся авариях. Двигатели РД-107/108, стоящие на «Союзе», ведут свою родословную от тех самых двигателей, которые запускали первый спутник и Гагарина, и, несмотря на модернизации, имеют достаточно невысокие на сегодняшний день параметры. Но высочайшая надежность во многом окупает это.

Доступней
Двигатель, который ты не можешь построить или купить, не имеет для тебя никакой ценности. Этот параметр не выразить в числах, но он не становится от этого менее важным. Частные компании часто не могут купить готовые двигатели задорого, и вынуждены делать свои, пусть и попроще. Несмотря на то, что те не блещут характеристиками, это лучшие двигатели для их разработчиков. Например, давление в камере сгорания двигателя Merlin-1D компании SpaceX составляет всего 95 атмосфер, рубеж, который инженеры СССР перешли в 1960-х, а США — в 1980-х. Но Маск может делать эти двигатели на своих производственных мощностях и получать по себестоимости в нужных количествах, десятками в год, и это круто.

Двигатель Merlin-1D. Выхлоп из газогенератора как на «Атласах» шестьдесят лет назад, зато доступно

TWR
Раз уж зашла речь о спейсэксовских «Мерлинах», нельзя не упомянуть характеристику, которую всячески форсили пиарщики и фанаты SpaceX — тяговооруженность. Тяговооруженность (она же удельная тяга или TWR) — это отношение тяги двигателя к его весу. По этому параметру двигатели Merlin с большим отрывом впереди, у них он выше 150. На сайте SpaceX пишут, что это делает двигатель «самым эффективным из всех когда-либо построенных», и эта информация разносится пиарщиками и фанатами по другим ресурсам. В английской Википедии даже шла тихая война, когда этот параметр запихивался, куда только можно, что привело к тому, что в таблице сравнения двигателей этот столбец вообще убрали. Увы, в таком заявлении гораздо больше пиара, нежели правды. В чистом виде тяговооруженность двигателя можно получить только на стенде, а при старте настоящей ракеты двигатели будут составлять меньше процента от ее массы, и разница в массе двигателей ни на что не повлияет. Несмотря на то, что двигатель с высоким TWR будет более технологичным, чем с низким, это скорее мера технической простоты и ненапряженности двигателя. Например, по параметру тяговооруженности двигатель F-1 (94) превосходит РД-180 (78), но по удельному импульсу и давлению в камере сгорания F-1 будет заметно уступать. И возносить тяговооруженность на пьедестал как самую важную для ракетного двигателя характеристику, по меньшей мере наивно.
Цена
Этот параметр во многом связан с доступностью. Если вы делаете двигатель сами, то себестоимость вполне можно подсчитать. Если же покупаете, то этот параметр будет указан явно. К сожалению, по этому параметру не построить красивую таблицу, потому что себестоимость известна только производителям, а стоимость продажи двигателя тоже публикуется далеко не всегда. Также на цену влияет время, если в 2009 году РД-180 оценивался в $9 млн, то сейчас его оценивают в $11-15 млн.
Вывод
Как вы уже, наверное, догадались, введение было написано несколько провокационно (простите). На самом деле, у ракетных двигателей нет одного параметра, по которому их можно выстроить и четко сказать, какой самый лучший. Если же пытаться вывести формулу лучшего двигателя, то получится примерно следующее:Самый лучший ракетный двигатель — это такой двигатель, который вы можете произвести/купить, при этом он будет обладать тягой в требуемом вам диапазоне (не слишком большой или маленькой) и будет эффективным настолько(удельный импульс, давление в камере сгорания), что его цена не станет неподъемной для вас. Скучно? Зато ближе всего к истине.

И, в заключение, небольшой хит-парад двигателей, которые лично я считаю лучшими:

Семейство РД-170/180/190. Если вы из России или можете купить российские двигатели и вам нужны мощные двигатели на первую ступень, то отличным вариантом будет семейство РД-170/180/190. Эффективные, с высокими характеристиками и отличной статистикой надежности, эти двигатели находятся на острие технологического прогресса.

Be-3 и RocketMotorTwo. Двигатели частных компаний, занимающихся суборбитальным туризмом, будут в космосе всего несколько минут, но это не мешает восхищаться красотой использованных технических решений. Водородный двигатель BE-3, перезапускаемый и дросселируемый в широком диапазоне, с тягой до 50 тонн и оригинальной схемой с открытым фазовым переходом, разработанный сравнительно небольшой командой — это круто. Что же касается RocketMotorTwo, то при всем скептицизме по отношению к Брэнсону и SpaceShipTwo, я не могу не восхищаться красотой и простотой схемы гибридного двигателя с твердым топливом и газообразным окислителем.

F-1 и J-2
В 1960-х это были самые мощные двигатели в своих классах. Да и нельзя не любить двигатели, подарившие нам такую красоту:

РД-107/108. Парадоксально? Невысокие параметры? Всего 90 тонн тяги? 60 атмосфер в камере? Привод турбонасоса от перекиси водорода, что устарело лет на 70? Это все неважно, если двигатель имеет высочайшую надежность, а по стоимости приближается к «большому глупому носителю». Да, конечно, когда-нибудь и его время пройдет, но эти двигатели будут жить еще лет десять минимум, и, похоже, поставят рекорд по долголетию. Не получится найти более успешный двигатель с более славной историей.

Использованные источники
  • Материал во многом базируется на вот этой сводной таблице из английской вики, там стараются на каждую цифру дать ссылку и держать материал актуальным.
  • Полная картинка КДПВ с копирайтами, которые пришлось отрезать при кадрировании — тут.

Похожие материалы по тегу «незаметные сложности».

sohabr.net

Какой ракетный двигатель самый лучший?

Ракетные двигатели — одна из вершин технического прогресса. Работающие на пределе материалы, сотни атмосфер, тысячи градусов и сотни тонн тяги — это не может не восхищать. Но разных двигателей много, какие же из них самые лучшие? Чьи инженеры поднимутся на пьедестал почета? Пришло, наконец, время со всей прямотой ответить на этот вопрос.К сожалению, по внешнему виду двигателя нельзя сказать, насколько он замечательный. Приходится закапываться в скучные цифры характеристик каждого двигателя. Но их много, какую выбрать?

Мощнее

Ну, наверное, чем мощнее двигатель, тем он лучше? Больше ракета, больше грузоподъемность, быстрее начинает двигаться освоение космоса, разве не так? Но если мы посмотрим на лидера в этой области, нас ждет некоторое разочарование. Самая большая тяга из всех двигателей, 1400 тонн, у бокового ускорителя Спейс Шаттла.

Несмотря на всю мощь, твердотопливные ускорители сложно назвать символом технического прогресса, потому что конструктивно они являются всего лишь стальным (или композитным, но это неважно) цилиндром с топливом. Во-вторых, эти ускорители вымерли вместе с шаттлами в 2011 году, что подрывает впечатление их успешности. Да, те, кто следят за новостями о новой американской сверхтяжелой ракете SLS скажут мне, что для нее разрабатываются новые твердотопливные ускорители, тяга которых составит уже 1600 тонн, но, во-первых, полетит эта ракета еще не скоро, не раньше конца 2018 года. А во-вторых, концепция «возьмем больше сегментов с топливом, чтобы тяга была еще больше» является экстенсивным путем развития, при желании, можно поставить еще больше сегментов и получить еще большую тягу, предел тут пока не достигнут, и незаметно, чтобы этот путь вел к техническому совершенству.

Второе место по тяге держит отечественный жидкостной двигатель РД-171М — 793 тонны.

Четыре камеры сгорания — это один двигатель. И человек для масштаба

Казалось бы — вот он, наш герой. Но, если это лучший двигатель, где его успех? Ладно, ракета «Энергия» погибла под обломками развалившегося Советского Союза, а «Зенит» прикончила политика отношений России и Украины. Но почему США покупают у нас не этот замечательный двигатель, а вдвое меньший РД-180? Почему РД-180, начинавшийся как «половинка» РД-170, сейчас выдает больше, чем половину тяги РД-170 — целых 416 тонн? Странно. Непонятно.

Третье и четвертое места по тяге занимают двигатели с ракет, которые больше не летают. Твердотопливному UA1207 (714 тонн), стоявшему на Титане IV, и звезде лунной программы двигателю F-1 (679 тонн) почему-то не помогли дожить до сегодняшнего дня выдающиеся показатели по мощности. Может быть, какой-нибудь другой параметр важнее?

Эффективнее

Какой показатель определяет эффективность двигателя? Если ракетный двигатель сжигает топливо, чтобы разгонять ракету, то, чем эффективнее он это делает, тем меньше топлива нам нужно потратить для того, чтобы долететь до орбиты/Луны/Марса/Альфы Центавра. В баллистике для оценки такой эффективности есть специальный параметр — удельный импульс.

Удельный импульс показывает, сколько секунд двигатель может развивать тягу в 1 Ньютон на одном килограмме топлива

Рекордсмены по тяге оказываются, в лучшем случае, в середине списка, если отсортировать его по удельному импульсу, а F-1 с твердотопливными ускорителями оказываются глубоко в хвосте. Казалось бы, вот она, важнейшая характеристика. Но посмотрим на лидеров списка. С показателем 9620 секунд на первом месте располагается малоизвестный электрореактивный двигатель HiPEP

Это не пожар в микроволновке, а настоящий ракетный двигатель. Правда, микроволновка ему все-таки приходится очень отдаленным родственником...

Двигатель HiPEP разрабатывался для закрытого проекта зонда для исследования лун Юпитера, и работы по нему были остановлены в 2005 году. На испытаниях прототип двигателя, как говорит официальный отчет NASA, развил удельный импульс 9620 секунд, потребляя 40 кВт энергии.

Второе и третье места занимают еще не летавшие электрореактивные двигатели VASIMR (5000 секунд) и NEXT (4100 секунд), показавшие свои характеристики на испытательных стендах. А летавшие в космос двигатели (например, серия отечественных двигателей СПД от ОКБ «Факел») имеют показатели до 3000 секунд.

Двигатели серии СПД. Кто сказал «классные колонки с подсветкой»?

Почему же эти двигатели еще не вытеснили все остальные? Ответ прост, если мы посмотрим на другие их параметры. Тяга электрореактивных двигателей измеряется, увы, в граммах, а в атмосфере они вообще не могут работать. Поэтому собрать на таких двигателях сверхэффективную ракету-носитель не получится. А в космосе они требуют киловатты энергии, что не всякие спутники могут себе позволить. Поэтому электрореактивные двигатели используются, в основном, только на межпланетных станциях и геостационарных коммуникационных спутниках.

Ну, хорошо, скажет читатель, отбросим электрореактивные двигатели. Кто будет рекордсменом по удельному импульсу среди химических двигателей?

С показателем 462 секунды в лидерах среди химических двигателей окажутся отечественный КВД1 и американский RL-10. И если КВД1 летал всего шесть раз в составе индийской ракеты GSLV, то RL-10 — успешный и уважаемый двигатель для верхних ступеней и разгонных блоков, прекрасно работающий уже много лет. В теории, можно собрать ракету-носитель целиком из таких двигателей, но тяга одного двигателя в 11 тонн означает, что на первую и вторую ступень их придется ставить десятками, и желающих так делать нет.

Можно ли совместить большую тягу и высокий удельный импульс? Химические двигатели уперлись в законы нашего мира (ну не горит водород с кислородом с удельным импульсом больше ~460, физика запрещает). Были проекты атомных двигателей (раз, два), но дальше проектов это пока не ушло. Но, в целом, если человечество сможет скрестить высокую тягу с высоким удельным импульсом, это сделает космос доступней. Есть ли еще показатели, по которым можно оценить двигатель?

Напряженней

Ракетный двигатель выбрасывает массу (продукты сгорания или рабочее тело), создавая тягу. Чем быстрее летит эта самая масса, тем эффективней двигатель ее выбрасывает. И у жидкостных ракетных двигателей есть параметр, который показывает эффективность истечения продуктов сгорания — давление в камере сгорания. Чем больше давление, тем быстрее будут лететь молекулы продуктов сгорания. Двигатель с более высоким давлением в камере сгорания будет эффективнее двигателя с низким давлением на том же топливе. И если мы отсортируем список двигателей по давлению в камере сгорания, то пьедестал будет оккупирован Россией/СССР — в нашей конструкторской школе всячески старались делать эффективные двигатели с высокими параметрами. Первые три места занимает семейство кислородно-керосиновых двигателей на базе РД-170: РД-191 (259 атм), РД-180 (258 атм), РД-171М (246 атм).

Камера сгорания РД-180 в музее. Обратите внимание на количество шпилек, удерживающих крышку камеры сгорания, и расстояние между ними. Хорошо видно, как тяжело удержать стремящиеся сорвать крышку 258 атмосфер давления

Четвертое место у советского РД-0120 (216 атм), который держит первенство среди водородно-кислородных двигателей и летал два раза на РН «Энергия». Пятое место тоже у нашего двигателя — РД-264 на топливной паре несимметричный диметилгидразин/азотный тетраоксид на РН «Днепр» работает с давлением в 207 атм. И только на шестом месте будет американский двигатель Спейс Шаттла RS-25 с двухсот тремя атмосферами.

Надежней

Каким бы ни был многообещающим по характеристикам двигатель, если он взрывается через раз, пользы от него немного. Сравнительно недавно, например, компания Orbital была вынуждена отказаться от использования хранившихся десятилетиями двигателей НК-33 с очень высокими характеристиками, потому что авария на испытательном стенде и феерический по красоте ночной взрыв двигателя на РН Antares поставили под сомнение целесообразность использования этих двигателей дальше. Теперь Antares будут пересаживать на российский же РД-181.

Большая фотография по ссылке

Верно и обратное — двигатель, который не отличается выдающимися значениями тяги или удельного импульса, но надежен, будет популярен. Чем длиннее история использования двигателя, тем больше статистика, и тем больше багов в нем успели отловить на уже случившихся авариях. Двигатели РД-107/108, стоящие на «Союзе», ведут свою родословную от тех самых двигателей, которые запускали первый спутник и Гагарина, и, несмотря на модернизации, имеют достаточно невысокие на сегодняшний день параметры. Но высочайшая надежность во многом окупает это.

Доступней

Двигатель, который ты не можешь построить или купить, не имеет для тебя никакой ценности. Этот параметр не выразить в числах, но он не становится от этого менее важным. Частные компании часто не могут купить готовые двигатели задорого, и вынуждены делать свои, пусть и попроще. Несмотря на то, что те не блещут характеристиками, это лучшие двигатели для их разработчиков. Например, давление в камере сгорания двигателя Merlin-1D компании SpaceX составляет всего 95 атмосфер, рубеж, который инженеры СССР перешли в 1960-х, а США — в 1980-х. Но Маск может делать эти двигатели на своих производственных мощностях и получать по себестоимости в нужных количествах, десятками в год, и это круто.

Двигатель Merlin-1D. Выхлоп из газогенератора как на «Атласах» шестьдесят лет назад, зато доступно

TWR

Раз уж зашла речь о спейсэксовских «Мерлинах», нельзя не упомянуть характеристику, которую всячески форсили пиарщики и фанаты SpaceX — тяговооруженность. Тяговооруженность (она же удельная тяга или TWR) — это отношение тяги двигателя к его весу. По этому параметру двигатели Merlin с большим отрывом впереди, у них он выше 150. На сайте SpaceX пишут, что это делает двигатель «самым эффективным из всех когда-либо построенных», и эта информация разносится пиарщиками и фанатами по другим ресурсам. В английской Википедии даже шла тихая война, когда этот параметр запихивался, куда только можно, что привело к тому, что в таблице сравнения двигателей этот столбец вообще убрали. Увы, в таком заявлении гораздо больше пиара, нежели правды. В чистом виде тяговооруженность двигателя можно получить только на стенде, а при старте настоящей ракеты двигатели будут составлять меньше процента от ее массы, и разница в массе двигателей ни на что не повлияет. Несмотря на то, что двигатель с высоким TWR будет более технологичным, чем с низким, это скорее мера технической простоты и ненапряженности двигателя. Например, по параметру тяговооруженности двигатель F-1 (94) превосходит РД-180 (78), но по удельному импульсу и давлению в камере сгорания F-1 будет заметно уступать. И возносить тяговооруженность на пьедестал как самую важную для ракетного двигателя характеристику, по меньшей мере наивно.

Цена

Этот параметр во многом связан с доступностью. Если вы делаете двигатель сами, то себестоимость вполне можно подсчитать. Если же покупаете, то этот параметр будет указан явно. К сожалению, по этому параметру не построить красивую таблицу, потому что себестоимость известна только производителям, а стоимость продажи двигателя тоже публикуется далеко не всегда. Также на цену влияет время, если в 2009 году РД-180 оценивался в $9 млн, то сейчас его оценивают в $11-15 млн.

Вывод

Как вы уже, наверное, догадались, введение было написано несколько провокационно (простите). На самом деле, у ракетных двигателей нет одного параметра, по которому их можно выстроить и четко сказать, какой самый лучший. Если же пытаться вывести формулу лучшего двигателя, то получится примерно следующее:

Самый лучший ракетный двигатель — это такой двигатель, который вы можете произвести/купить, при этом он будет обладать тягой в требуемом вам диапазоне (не слишком большой или маленькой) и будет эффективным настолько(удельный импульс, давление в камере сгорания), что его цена не станет неподъемной для вас.

Скучно? Зато ближе всего к истине.

И, в заключение, небольшой хит-парад двигателей, которые лично я считаю лучшими:

Семейство РД-170/180/190. Если вы из России или можете купить российские двигатели и вам нужны мощные двигатели на первую ступень, то отличным вариантом будет семейство РД-170/180/190. Эффективные, с высокими характеристиками и отличной статистикой надежности, эти двигатели находятся на острие технологического прогресса.

Be-3 и RocketMotorTwo. Двигатели частных компаний, занимающихся суборбитальным туризмом, будут в космосе всего несколько минут, но это не мешает восхищаться красотой использованных технических решений. Водородный двигатель BE-3, перезапускаемый и дросселируемый в широком диапазоне, с тягой до 50 тонн и оригинальной схемой с открытым фазовым переходом, разработанный сравнительно небольшой командой — это круто. Что же касается RocketMotorTwo, то при всем скептицизме по отношению к Брэнсону и SpaceShipTwo, я не могу не восхищаться красотой и простотой схемы гибридного двигателя с твердым топливом и газообразным окислителем.

F-1 и J-2

В 1960-х это были самые мощные двигатели в своих классах. Да и нельзя не любить двигатели, подарившие нам такую красоту:

РД-107/108. Парадоксально? Невысокие параметры? Всего 90 тонн тяги? 60 атмосфер в камере? Привод турбонасоса от перекиси водорода, что устарело лет на 70? Это все неважно, если двигатель имеет высочайшую надежность, а по стоимости приближается к «большому глупому носителю». Да, конечно, когда-нибудь и его время пройдет, но эти двигатели будут жить еще лет десять минимум, и, похоже, поставят рекорд по долголетию. Не получится найти более успешный двигатель с более славной историей.

Использованные источники
  • Материал во многом базируется на вот этой сводной таблице из английской вики, там стараются на каждую цифру дать ссылку и держать материал актуальным.
  • Полная картинка КДПВ с копирайтами, которые пришлось отрезать при кадрировании — тут.

Похожие материалы по тегу «незаметные сложности».

Автор: lozga

Источник

www.pvsm.ru

надежность ЖРД - это... Что такое надежность ЖРД?

 надежность ЖРД

 

надежность ЖРДСвойство ЖРД сохранять работоспособное состояние при установленных условиях эксплуатации.ПоясненияНадежность ЖРД состоит из сочетания свойств:безотказность - свойство сохранять работоспособное состояние при установленных условиях эксплуатации непосредственно при работе;сохраняемость - свойство сохранять работоспособное состояние в процессе хранения и транспортирования при установленных условиях эксплуатации и не образовывать при этом дефектов, способных привести к отказам при работе ЖРД;ремонтопригодность - свойство обеспечивать восстановление запасов параметров работоспособного состояния ЖРД до требуемого уровня в течение интервала времени, не превышающего установленного.Для ЖРД однократного использования (кроме ЖРДМТ) воздействия, оказываемые на него нагрузками, действующими при работе, несоизмеримо больше, чем при транспортировании и хранении. В связи с этим достаточно полное представление о надежности дает изучение безотказности. Для ЖРДМТ однократного использования, испытывающих интенсивные нагрузки и в нерабочие периоды эксплуатации, для достаточно полного представления о надежности надо совместно или по отдельности исследовать безотказность и сохраняемость. Соответственно это должно быть учтено при анализе надежности.Надежность ЖРД однозначно связана с его долговечностью. Более высокому уровню надежности при сохранении требований к его техническим показателям будет соответствовать более высокий уровень долговечности и наоборот.[ГОСТ 17655-89]

Тематики

  • двигатели ракетные жидкостные

Справочник технического переводчика. – Интент. 2009-2013.

  • надежность АСУ ТП
  • надежность автоматизированной системы

Смотреть что такое "надежность ЖРД" в других словарях:

  • ЖРД — Жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) химический ракетный двигатель, использующий в качестве ракетного топлива жидкости, в том числе сжиженные газы. По количеству используемых компонентов различаются одно , дву и трёхкомпонентные ЖРД. Всемирно… …   Википедия

  • Жрд — Жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) химический ракетный двигатель, использующий в качестве ракетного топлива жидкости, в том числе сжиженные газы. По количеству используемых компонентов различаются одно , дву и трёхкомпонентные ЖРД. Всемирно… …   Википедия

  • ЖРД открытого цикла — Схема открытого цикла работы ЖРД с независимым газовым генератором. Часть топлива и окислителя сжигается отдельно для работы топливных насосов с последующим избавлением от газа. Большинство ЖРД используют топливо для охлаждения сопел. «ЖРД c… …   Википедия

  • РАКЕТА — летательный аппарат, движущийся вследствие отбрасывания высокоскоростных горячих газов, создаваемых реактивным (ракетным) двигателем. В большинстве случаев энергия для движения ракеты получается при сгорании двух или более химических компонентов… …   Энциклопедия Кольера

  • Жидкостный ракетный двигатель — (ЖРД)  химический ракетный двигатель, использующий в качестве ракетного топлива жидкости, в том числе сжиженные газы. По количеству используемых компонентов различаются одно , двух и трёхкомпонентные ЖРД. Содержание 1 История …   Википедия

  • Стратегический ракетный комплекс 15П018 (Р-36М УТТХ) с ракетой 15A18 — 1979 Стратегический ракетный комплекс (РК) третьего поколения 15П018 (Р 36М УТТХ) с ракетой 15A18, оснащенной 10 блочной разделяющейся головной частью (РГЧ), создан в результате реализации программы совершенствования и повышения боевой… …   Военная энциклопедия

  • Атлас-5 — Атлас V Старт «Атлас V» в конфигурации …   Википедия

  • Стратегический ракетный комплекс Р-36М2 «Воевода» (15П018М) с МБР 15А18М — Стратегический ракетный комплекс Р 36М2 «Воевода» (15П018М) с МБР 15А18М 1988 Ракетный комплекс Р 36М2 «Воевода» (15П018М) четвертого поколения с многоцелевой межконтинентальной ракетой тяжелого класса 15А18М разработан в… …   Военная энциклопедия

  • Королёв Сергей Павлович — (1906/1907  1966), учёный и конструктор, академик АН СССР (1958), Герой Социалистического Труда (1956, 1961). Под руководством Королёва созданы баллистические и геофизические ракеты, первые ИСЗ, спутники различного назначения («Электрон», «Молния …   Энциклопедический словарь

  • Р-29 — индекс УРАФ ВМФ 4К75 код СНВ РСМ 40 код МО США и НАТО SS N 8, Sawfly Надводный запуск ракеты Р 29 Тип баллистическая ракета подводных лодок Статус сня …   Википедия

technical_translator_dictionary.academic.ru