ПЕРМЬ, 27 авг - РИА Новости. Глава госкорпорации "Роскосмос" Дмитрий Рогозин заявил о намерении открыть производство экологичных двигателей РД-191 для ракет "Ангара" в Пермском крае, сообщается на сайте губернатора и правительства региона.
Заявление Рогозина прозвучало во вторник в ходе рабочей встречи с губернатором Пермского края Максимом Решетниковым, проходившей в рамках авиакосмического салона МАКС-2019 в Жуковском. По данным регионального правительства, одной из основных тем встречи стало развитие технополиса "Новый Звездный" в Пермском крае и связанная с ним модернизация предприятия "Протон-ПМ" (входит в "Роскосмос"), на котором планируется запустить серийное производство ракетных двигателей РД-191 на экологически чистых компонентах топлива.
"Надеюсь, это благотворно скажется на регионе. Если и будут какие-то испытания производств в Пермском крае, то это РД-191 под "Ангару". А это кислородно-реактивный двигатель, чистые компоненты. Мы любим Пермский край, любим Каму, не хочется оставлять плохой след в таком красивом регионе", - цитирует Рогозина пресс-служба пермского губернатора.
Как говорится в сообщении, Рогозин уточнил, что производство двигателей РД-191 для ракет-носителей "Ангара" кратно возрастет с 2023 года с началом серийного изготовления ракет. В связи с этим Рогозин обратил внимание на развитие социальной инфраструктуры кластера "Новый Звездный". "Здесь я очень благодарен губернатору за все его усилия, которые связаны с развитием инфраструктуры. Раньше приезжали в Пермь – рабочий городок только развивался. Сейчас появятся новые рабочие места, специалисты, и надо, чтобы для них была не только дорога, но и хорошая школа", - сказал Рогозин.
Губернатор Решетников со своей стороны отметил, что ПАО "Протон-ПМ" создал мастер-план, согласно которому и ведется развитие инфраструктуры в микрорайоне Новые Ляды – территории перспективного развития технополиса.
По данным правительства Пермского края, к 2025 году в Новых Лядах планируется создать современную спортивную инфраструктуру, построить бассейн. Будут отремонтированы здания местной поликлиники на 150 посещений в сутки и техношколы им. В.П. Савиных на 1 тысячу мест. Кроме того, планируется провести реконструкцию очистных сооружений и местной фильтровальной станции.
"Ангара" - семейство экологически чистых ракет-носителей различных классов. В него входят легкие носители "Ангара-1.2", средние - "Ангара-А3", тяжелые - "Ангара-А5" и модернизированная "Ангара-А5М", повышенной грузоподъемности - "Ангара-А5В". Двигатель РД-191 используется в составе универсального ракетного модуля УРМ-1 ракет "Ангара". В ракете легкого класса "Ангара-1.2" используется один УРМ-1, среднего "Ангара-А3" - три, тяжелого "Ангара-А5" - пять.
МИА "Россия сегодня" выступает официальным информационным партнером авиационно-космического салона МАКС-2019.
2019-07-23. Новый участок пермского производства повысит эффективность выпуска ракетно-космической продукции.В июле на загородной площадке ПАО «Протон-ПМ» (входит в интегрированную структуру АО «НПО “Энергомаш”») в рамках реконструкции и технического перевооружения предприятия организован участок листового раскроя и покраски. Сумма инвестиций в создание производства составила более 76 млн рублей.
На новом участке изготавливают продукцию наземной тематики: детали и сборочные единицы газотурбинных электростанций серии «Урал», а также оснастку. В ближайшем будущем участок будет задействован в производстве камер сгорания ракетных двигателей и другой номенклатуры космической тематики.
Ранее губернатор Прикамья Максим Решетников отмечал, что производство ракетных двигателей является верхом научно-технического прогресса и важным фактором развития края. По словам главы региона, пермские ракето- и двигателестроительные предприятия пользуются у руководства страны большим доверием, а качество продукции оценивается как очень высокое. Все понимают, что пермские предприятия – это гарант надёжности.
Исполнительный директор ПАО «Протон-ПМ» Дмитрий Щенятский отметил, что создание участка раскроя – очередной этап в организации современного заготовительного производства полного цикла на загородной площадке предприятия в Новых Лядах. «Это шаг вперёд, который позволит оптимизировать производственный процесс, использовать новые мощности при освоении перспективной ракетно-космической продукции и переходе на её серийный выпуск. В следующем году мы планируем обеспечить 100%-ную загрузку оборудования, введённого в эксплуатацию», – подчеркнул топ-менеджер.
На участке листового раскроя и покраски общей площадью более 2 тыс. кв. м разместилось четыре единицы современного технологического оборудования: установка лазерной резки и установка гидроабразивной резки для раскроя листового материала, камера дробеструйной обработки для подготовки металла к нанесению покрытия и окрасочно-сушильная камера. Кроме того, на территории участка установлены гильотинные ножницы для резки и рубки металла, здесь же разместился склад листового материала.
Технические характеристики лазерной установки позволяют всего за полторы минуты вырезать контурную деталь толщиной до 12 мм. В свою очередь, установка гидроабразивной резки способна разрезать струёй воды различные материалы толщиной до 300 мм, выполнять рез под наклоном, обеспечивая необходимую точность и чистоту обработанной поверхности. При этом не используются вредные масла, жидкости и газы, что повышает производительность и безопасность труда.
Новые заготовительные мощности создаются в рамках организации в Пермском крае производственного комплекса для серийного изготовления РД-191 и других перспективных жидкостных двигателей. Этот проект имеет статус приоритетного регионального инвестиционного проекта и включает в себя реконструкцию и оптимизацию производственных площадей ПАО «Протон-ПМ» с их концентрацией на территории Новых Лядов, освоение предприятием полного цикла производства агрегатов двигателя РД-191 в Пермском крае и другой новой техники, создание качественной социальной, образовательной и жилищной инфраструктуры. Общий объём инвестиций составит 10,8 млрд рублей, при этом будет создано порядка 250 рабочих мест. Проект стартовал в 2018 году и рассчитан до 2025 года.
В РФ создан уникальный двигатель Россия начала использовать новое поколение ракет-носителей «Ангара», самых экономичных и выносливых Новый ракетный двигатель РД-191 разработки «НПО Энергомаш им. академика В.П.Глушко»
«Ангара» создана на основе универсального ракетного модуля с кислородно-керосиновым двигателем, являющимся российским ноу-хау. Семейство этих двигателей включает в себя носители от легкого до тяжелого класса и обладает уникальным диапазоном грузоподъемности от 1,5 до 25 тонн. Именно с такими ракетами специалисты связывают развитие российской космонавтики в ближайшие десятилетия. Новый ракетный двигатель РД-191 разработки «НПО Энергомаш имени академика В.П.Глушко», предназначенный для перспективных носителей «Ангара» и многоразовых ракет-ускорителей «Байкал», поставлен для установки на действующее изделие, сообщает пресс-служба Российского космического агентства. «Разработка технологии повторного использования самой дорогой части ракеты позволит сократить затраты на выведение грузов в космос» Поскольку двигатель относится к среднему классу, то кроме основного применения он может быть использован в качестве первой ступени в ракетах-носителях (РН) при запуске телекоммуникационных космических аппаратов. РД-191 представляет собой дальнейшее развитие двигателей семейства РД-170/171, которые были разработаны для универсальной транспортной системы «Энергия», а сейчас используются в составе РН «Зенит». Семейство развивалось в направлении создания более легких двигателей: если РД-170, примененный в первой ступени тяжелой РН «Энергия», был четырехкамерным, то созданный на его базе экспортный мотор для модернизированных американских носителей семейства Atlas III/IV РД-180 представляет собой как бы его «половинку» с двумя камерами сгорания. РД-191 - это и вовсе «четвертинка» двигателя «Энергии»: камера сгорания в нем всего одна. Тем не менее, он развивает рекордную в своем классе тягу - 221 тонна при собственном весе 2,2 тонны. Такой показатель достигнут сочетанием хорошо отработанного еще советским ракетостроением решения, называемого «дожиганием окислительного газа» (заключается в подаче выхлопа турбонасосных агрегатов в камеру сгорания вместо бесполезного его выбрасывания) с новой формой камеры сгорания, отработанной на трехмерных математических моделях и обеспечивающей более оптимальное использование энергии горения ракетного топлива. Схема с дожиганием окислительного газа является «визитной карточкой» «Энергомаша»: она используется на всех разработках НПО, начиная с 1965 года. Еще одна особенность двигателя, крайне редко встречающаяся в ракетостроении и делающая его характеристики уникальными, - это возможность плавного регулирования тяги от 38% до номинала. Действительно, для обеспечения необходимой динамики разгона полная тяга необходима на начальных этапах полета, когда запас топлива еще не выработан и масса ракеты близка к стартовой. По мере выгорания горючего и окислителя тяга может быть уменьшена, что позволяет экономить топливо, необходимое, например, для орбитального маневрирования. Следует отметить, что разработка двигателя идет с 1998 года. Первый массогабаритный макет РД-191, предназначенный для увязки интерфейса ракеты и двигателя был поставлен НПО «Энергия» в 1999 году, а первое огневое испытание на наземном стенде состоялось еще в июле 2001 года. С принятием в сентябре 2004 года правительственного решения об ускорении работ по программе «Ангара» были интенсифицированы и работы по двигательной установке, которые фактически свелись к большой серии наземных огневых испытаний (более 100 огневых циклов) с последующим анализом и устранением выявленных недостатков, ведь большой ресурс - один из важнейших показателей для РД-191. Дело в том, что двигатель изначально задуман как многоразовый. Традиционно при запуске ракеты отработавшая первая ступень всегда падает на Землю, чем создает определенную экологическую и физическую опасность в районе падения. Ступень же для «Ангары» под названием «Байка» сделана управляемой, возвращаемой и многоразовой. Разработка технологии возвращения и повторного использования наиболее дорогостоящих частей ракеты позволит в несколько раз сократить затраты на выведение в космос полезных грузов. В условиях ограниченных финансовых возможностей нашего предприятия разработка такой технологии представляется наиболее экономически целесообразной. Однако традиция делать заявления, приуроченные к датам, в России неискоренима. Так, о «завершении создания» РД было сообщено 2 сентября - в день 100-летней годовщины со дня рождения разработчика ракетных двигателей, академика Валентина Петровича Глушко, чье имя носит НПО «Энергомаш». Шутка Валентина Петровича, уже вошедшая в анналы истории, и до сих пор широко цитируемая многими руководителями, кстати, не только ракетно-космической отрасли, но и авиации, звучит так: «Если есть ракетный двигатель, то к нему хоть забор привяжи - он полетит!» Впрочем, двигатель существует в металле, он успешно прошел полный цикл наземных испытаний, ну а PR-акций еще никто не отменял.
ANALYSIS OF THE EFFECTIVENESS OF NOZZLE EXTENSION FOR ROCKET ENGINE РД-191
Marat Seydagaliev
Russia, Baikonur
Nikolay Ilyushenko
5th year student of the department “Design and testing of aircraft” branch “Voskhod” of MAI,
Russia , Baikonur
Olga Shestopalova
candidate of Science, assistant professor of branch “Voskhod”
of the Moscow aviation institute (national research university),
Russia, Baikonur
АННОТАЦИЯ
Современные ракетные двигатели практически достигли предела энергетических возможностей топлива, поэтому увеличение эффективности ракетного двигателя даже на небольшие значения представляет собой непростую задачу. В работе предлагается решение данной проблемы путем применения раздвижного соплового насадка. Для проведения расчетов в качестве примера был взят наиболее эффективный и перспективный для отечественной космонавтики однокамерный жидкостный ракетный двигатель РД-191.
ABSTRACT
Modern rocket engines almost reached the limit of energy fuel capabilities so increasing the efficiency of rocket engine even for small values is a big problem. There is a solution which suggests to use of nozzle extension. As an example for the calculations was taken RD-191 – the most effective and perspective liquid propellant rocket engine by now.
Ключевые слова: ракета-носитель (РН), двигательная установка (ДУ), сопловой насадок, жидкостный ракетный двигатель (ЖРД), реактивная тяга, удельный импульс.
Keywords: launch vehicle, nozzle extension, liquid propellant rocket engine, jet thrust, specific impulse.
На сегодняшний день наиболее перспективным ракета-носителем отечественной космонавтики является семейство ракета-носителей Ангара, в основе которых лежит универсальный ракетный модуль – 1 (УРМ-1). Двигательной установкой УРМ-1 служит жидкостный ракетный двигатель РД-191. В данной работе приводится оценка эффективности применения соплового насадка для двигателя РД-191. Сопловой насадок – выдвигаемая часть сопла ракетного двигателя, установка в рабочее положение которого обеспечивает увеличение выходной площади сопла, как следствие увеличивает эффективность в разряженных слоях атмосферы или в вакууме.
При расчете сделаны следующие допущения:
- двигатель работает в нормальном режиме (с постоянным массовым расходом);
- ракета-носитель летит по прямой траектории, с постоянной скоростью;
- не учитываются потери из-за трения и рассеивания скорости на выходе сопла.
Необходимые для расчета технические характеристики ЖРД РД-191 представлены в таблице 1.
Таблица 1 .
Характеристики ЖРД РД-191
|
Характеристика |
Обозначение |
Значение |
|
Тяга (Земля), тс |
||
|
Тяга (пустота), тс |
||
|
Удельный импульс (Земля), с |
||
|
Удельный импульс (пустота), с |
||
|
Давление в камере сгорания, кгс/см в кв. |
||
|
Давление на срезе сопла, кгс/см в кв. |
||
|
Температура в камере сгорания |
||
|
Степень расширения сопла |
||
|
Диаметр выходного сечения сопла, мм |
||
|
Диаметр минимального сечения сопла, мм |
Для расчетов предлагается использовать формулу тяги реактивного двигателя при допущении одномерности течения газа по соплу :
где: µ – секундный массовый расход; – давление, скорость и площадь сечения на срезе сопла соответственно; – давление окружающей среды, (зависит от высоты подъёма h).
Скорость потока на срезе сопла определяется известным из газовой динамики соотношением :
(2)
где: – газовая постоянная продуктов сгорания; – температура давление в камере сгорания соответственно; – показатель адиабаты.
Показатель адиабаты зависит от используемых компонентов топлива, для пары керосин-кислород; =1,11 .
Из выражений (1) и (2) получаем окончательное выражение для расчета тяги реактивного двигателя:
(3)
Очевидно, что тяга двигателя меняется по мере подъёма на высоту. Причина этого заключается в том, что давление окружающей среды является непрерывно изменяющейся величиной.
Уравнение (3) описывает тягу двигателя с постоянной степенью геометрического расширения. Рассмотрим случай, при котором в каждый момент времени реализуется расчетный режим работы двигателя (). Тогда уравнение (3) примет вид:
(4)
Для расчета средней тяги двигателя использующего раздвижной насадок необходимо определится с геометрическими характеристиками соплового насадка. Расчеты показали, что оптимальная радиус соплового насадка, при которой средняя тяга будет наибольшей на протяжении всего участка работы двигателя, превышает радиус УРМ-1 (1,45 м), исходя из этого принимаем радиус раздвижного насадка равный 1,20 м, это позволит использовать сопловой насадок в пакетной конструктивно-компоновочной схеме (Ангара-А3, Ангара-А5, Ангара-А5В). По радиусу насадка определяем давление на срезе сопла и вычисляем тягу двигателя согласно уравнению (1).
Ниже приводятся результаты расчетов (рис. 1) тяги двигателя согласно уравнениям (3), (4) для трех случаев:
- двигателя с нерегулируемым соплом;
- двигателя с идеально регулируемым по высоте соплом;
- двигателя с одноступенчатым регулируемым соплом.
Рисунок 1. Изменение тяги двигателя в зависимости от высоты полета: 1 – нерегулируемое сопло, 2 – одноступенчатое регулируемое сопло; 3 – идеально регулируемое по высоте сопло
Результаты расчета показали, что применение соплового насадка для РН семейства Ангара, выполненных в пакетной схеме, позволяет увеличить среднюю тягу каждого УРМ-1 на 9,28 тс, с учетом потерь из-за трения в сопле. При использовании раздвижного соплового насадка на ракета-носителях легкого класса выполненных в тандемной схеме (Ангара 1.1 и 1.2), прирост тяги составит 17,5 тс в виду отсутствия ограничения радиуса соплового насадка. При внесении конструктивных изменений в сопло РД-191 (с целью увеличения давления на срезе сопла), представляется возможным увеличить тягу на 24,4 тс для пакетной и 35,7 тс для тандемной схемы.
Регулирование высотности сопла путем применения соплового насадка не является принципиально новым инженерным решением, но практической реализации данное решение так и не нашло из-за сложности обеспечения охлаждения насадка. На сегодняшний день, эта проблема является устранимой в связи с появлением принципиально новых материалов, не доступных ранее, имеющих высокую температуру плавания, прочность, стойкость к изнашиванию и т. д. Именно поэтому представленная работа является актуальной, и практически реализуемой.
Список литературы:
1. Алемасов В.Е. Теория ракетных двигателей: учеб. для вузов. – М.: Машиностроение, 1980.
2. Гречух Л.И. Проектирование жидкостного ракетного двигателя: методические указания к курсовому и дипломному проектированию. – М.: Издательство ОмГТУ, 2011. – 69 с.
3. Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели: учеб. для вузов. –М.: МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2006. – 269 с.
4. Двигательная установка. РД-191 – [Электронный ресурс]. – Режим доступа. – URL: http://ecoruspace.me/%D0%A0%D0%94-191.html (Дата обращения: 8.04.16).
Загрузка...
