РД на метане

[Salo]

Liss пишет:

Открытое акционерное общество
«Конструкторское бюро химавтоматики»
(ОАО КБХА)

3.07.2014
Информационное сообщение

Завершение серии огневых испытаний двигателя-демонстратора LM10-MIRA
нового поколения для РН «Вега»

24 июня 2014 г. в Воронеже успешно завершена серия огневых испытаний двигателя-демонстратора.

Российской компанией КБХА (г. Воронеж) и итальянской фирмой «Авио» завершено создание двигателя-демонстратора LM10-MIRA, призванного обеспечить модернизацию европейской РН «Вега».

Инновационный двигатель LM10-MIRA использует компоненты топлива «жидкий кислород – сжиженный природный газ (СПГ)», обладает тягой порядка 10 тс, и выполнен по безгазогенераторной схеме, имеющей большой потенциал для двигателей верхних ступеней ракет-носителей. Огневая отработка этого двигателя успешно проведена в мае-июне 2014 г. на стендовой базе КБХА.

Разработка кислородно-метанового двигателя для модернизации 3-ей ступени РН «Вега» является одной из главных целей программы «Лира», осуществляемой головной итальянской компанией ELV под эгидой и в рамках межагентского соглашения между Итальянским космическим агентством (ИКА) и Роскосмосом. По итогам предварительного согласования конфигурации, завершенной в декабре 2008 г., КБХА и «Авио» определена конструкция летного варианта двигателя. Параллельно были инициированы работы по проектированию, изготовлению и испытаниям полноразмерного двигателя-демонстратора.

В сравнении с летным вариантом, демонстратор имеет такую же термодинамическую схему, конструкцию и уровень тяги, но оптимизирован в части минимизации временных и финансовых затрат на его создание. В соответствии с данной целью, при разработке демонстратора был значительным образом использован существующий задел по двигателю-прототипу РД0146У, созданному КБХА. Компанией «Авио» были разработаны смесительная головка и турбонасосный агрегат горючего. На протяжении всех этапов создания демонстратора, команда специалистов «Авио» и КБХА, работая совместно, продемонстрировала истинный дух сотрудничества и в полной мере использовала шанс применить лучшие инженерные подходы из Европейской и Российской космических школ. Правильность выполненных работ по проектированию и изготовлению двигателя была успешно подтверждена экспериментальным путем при проведении огневых испытаний.

Для достижения главной цели испытаний были поставлены и решены следующие задачи:
- исследование характеристик поджига и стабильности горения в широких диапазонах регулирования;
- подтверждение охлаждающих свойств СПГ;
- подтверждение работоспособности агрегатов двигателя;
- исследование процессов запуска и останова двигателя;
- многократный запуск в течение одного пускового дня;
- запуск с имитацией условий вакуума.

При огневых испытаниях поставленные задачи выполнены в полном объеме. В конечном итоге проведено 11 включений и достигнуто более 660 с наработки. Во время огневых испытаний продемонстрирована возможность многократного запуска и регулирования двигателя, подтверждена возможность изменения внешних условий по компонентам топлива. Также были исследованы процессы захолаживания, запуска и выключения, поджига и горения в камере в условиях вакуума.

Полученные результаты и опыт, накопленный «Авио» и КБХА при выполнении совместных работ по созданию демонстратора, создали надежную техническую базу для разработки летного варианта двигателя для модернизированной РН «Вега».
Пресс-секретарь ОАО КБХА Александр Кажикин

[Salo]

http://www.fireflyspace.com/vehicles/firefly-a[TH]Performance[/TH][TH]Propulsion: Stage 1[/TH][TH]Propulsion: Stage 2[/TH][TH]Structures[/TH]

Payload / 400 kg (LEO, un-margined)

Engine / FRE-2

Propellant / LOx / methane

Cycle / Pressure-fed (autogenous)

Configuration / Plug cluster aerospike

Thrust (SL) / 90,000 lbf (400.3 kN)

lsp (vac) / 305 sec

Engine / FRE-1

Propellant / LOx / methane

Cycle / Preesure-fed (autogenous)

Configuration / Conventional bell

Thrust (vac) / 10,000 lbf (44.5 kN)

lsp (vac) / 335 sec

Stage 1 Diameter / 6 ft

Stage 2 Diameter / 5 ft

Materials / Carbon composite

[Salo]

Очередной аэроспайк.

[Alexandr_A]

Не понял, зачем тут фен?

[Алексей]

Alexandr_A пишет:
Не понял, зачем тут фен?

Это приток внешнего воздуха для создания искусственного воздушного клина вместо твердого, который проблемно охлаждать. Более подробно можно прочитать тут:

http://www.academia.edu/3807777/Introduction_to_Aerospike_Engines_and_Rocket_Nozzles

[октоген]

У того, провалившегося аэроспайка в срезанный конус центрального тела вдувались газы из газогенератора. А тут как?  Все таки центральное тело весит много и имеет проблемы с охлаждением.

[Плейшнер]

Алексей пишет:
Это приток внешнего воздуха для создания искусственного воздушного клина вместо твердого, который проблемно охлаждать. Более подробно можно прочитать тут:

Вот еще картинка оттуда, одно не понятно, откуда приток воздуха?

[Алексей]

октоген пишет:
У того, провалившегося аэроспайка в срезанный конус центрального тела вдувались газы из газогенератора. А тут как?

Мне кажется вдувание генераторного газа оптимальным решением. А двигатель открытого цикла на сладким газе - несложным в производстве и разработке. Посмотрим через год ☺

[Алексей]

Плейшнер пишет:

Алексей пишет:
Это приток внешнего воздуха для создания искусственного воздушного клина вместо твердого, который проблемно охлаждать. Более подробно можно прочитать тут:

Вот еще картинка оттуда, одно не понятно, откуда приток воздуха?

Если поддувать ( например, выхлоп газогенератора)  от 0.3 до 2.4% общего потока, то тяга двигателя вырастет:

[Seerndv]

SpaceX Set to Test Raptor Engine Components at NASA Stennishttp://spaceref.biz/company/spacex-set-to-test-raptor-engine-components-at-nasa-stennis.html
Nearly six months after announcing that SpaceX would be testing Raptor engine components at NASA's Stennis Space Center, a ribbon cutting ceremony this past Monday officially unveiled the newly refurbished E-2 test stand.
SpaceX has been working on the Raptor methane-fueled rocket engine since 2009. The new engine, a reusable engine is destined to be used in future versions of the Falcon Heavy and in the long term for the notional SpaceX Mars Colonial Transporter.
Testing is set to begin within the coming days after the E-2 test stand activation is completed a spokesperson for SpaceX confirmed to SpaceRef.
SpaceX will test Raptor injectors and combustion chambers during the initial phase at E-2 Cell 1. According to SpaceX they are still in the very early stages of the Raptor engine development program and this initial test phase will last 12 to 24 months with larger components to be tested afterwards presumably at their rocket engine development facility in McGregor, Texas.
"This is a great partnership between NASA and SpaceX," Stennis Center Director Rick Gilbrech said. "These types of activities are opening new doors of commercial space exploration for companies. SpaceX is another example of the outstanding progress America's commercial space industry is making, and we are happy to welcome them as our newest commercial test customer."
"SpaceX is proud to bring the Raptor testing program to NASA's Stennis Space Center and the great state of Mississippi," said Gwynne Shotwell, President and COO of SpaceX. "In partnership with NASA, SpaceX has helped create one of the most advanced engine testing facilities in the world, and we look forward to putting the stand to good use."
The ribbon cutting ceremony comes just a few days after SpaceX revealed it had completed the first test flight of the Falcon 9 Reusable (F9R) at their rocket development facility in McGregor, Texas.

Participants in the ribbon-cutting ceremony were (l to r): Mississippi Gov. Phil Bryant, U.S. Sen. Thad Cochran of Mississippi, SpaceX President and Chief Operating Officer Gwynne Shotwell, U.S. Rep. Steven Palazzo of Mississippi and NASA's Stennis Space Center Director Rick Gilbrech.

- - О как! Маск уже  готов испытывать часть Раптора, а пацаны в Стеннисе со стендом задерживают ...

[октоген]

С линейным аэроспайком обосрались даже на водороде с его огромным хладозапасом. А тут менее холодный метан. Не так все просто с этим типом движков из-за огромных омываемых площадей которые нужно охлаждать. А "подсос воздуха" в решетку на рисунке потребует огромных воздухозаборников, коих на ракете не видно. Кого они дурят? 


Кстати общую кольцевую КС спроектировать эти товарищи не смогли, а набор единичных круглых дает неравномерности потоков на конусе, что там с эффективностью будет?

Пока одни вопросы. Особенно по массе и охлаждению площадей омываемых горячими газами.

[Seerndv]

Та-а-а-а-к  ...
Ситуация с РД-0167  и РД-0164 стала для меня ещё запутанней, после посещения первоисточника:
 

РД0162
 

В 2012 г. в КБХА по ТЗ от ГКНПЦ им. М.В. Хруничева разработан эскизный проект жидкостного кислородно-метанового двигателя РД0162 (главный конструктор А.Ф. Ефимочкин, ведущий конструктор С.А. Швец) более дешевого и экономичного при многоразовой эксплуатации, чем керосиновый и предназначен для многократного использования в перспективной многоразовой ракетно-космической системе (МРКС).

Двигатель содержит низкотемпературный двухконтурный газотурбинный тракт с двумя турбинами (окислительный газогенераторный контур и восстановительный безгенераторный контур). Рабочий процесс в камере сгорания организован по типу «газ-газ».

В 2013 по заказу ФГУП «Исследовательский центр имени М.В. Келдыша» КБХА приступило к созданию стендового образца ЖРД - демонстратора на топливе кислород-метан с тягой на уровне 40 тс, как прототипа двигателя тягой 200-250 тс для перспективных РН, в том числе МРКС-1 с эффективной системой диагностики и аварийной защиты.

РД0167
 

В 2012 г по ТЗ от ГКНПЦ им. М.В. Хруничева КБХА разработан эскизный проект жидкостного кислородно-метанового двигателя многоразового применения в составе четырехдвигательной маршевой двигательной установки системного демонстратора возвращаемого ракетного блока (ВРБ), являющегося первой ступенью многоразовой ракетно-космической системы первого этапа «МРКС-1» (главный конструктор А.Ф Ефимочкин, ведущий конструктор С.А. Швец).

Двигатель РД0167 является прототипом двигателя РД0162 с уменьшенными тягой и габаритными размерами.

http://www.kbkha.ru/?p=4&cat=51#souz

- а РД-0164 который в презенташке ЦСКБ-Прогресс получается никогда и не существовал.

А про что же говорил "перегрев"?

Плановая дезинформация вероятного Мас..  противника?

[Александр Ч.]

Seerndv пишет:
Плановая дезинформация вероятного Мас ..противника?

Все в процессе. Помимо РД-0164 и РД-0167 еще есть РД-0162СД

[Seerndv]

И "Энергомаш" по поводу своих метановых  с  на основе РД-191 -   РД-192, РД-192С с дожиганием окислительного генераторного газа; РД-192.2 с дожиганием восстановительного генераторного газа и РД-192.3 без дожигания генераторного газа, сохраняет многолетнее молчание.
Ужо наверное и И.А. Клепиков, главный конструктор направления ОАО "НПО "Энергомаш", свой диссер 2005 г. успешно защитил, пора бы и в жизни подтвердить:

Заключение диссертации по теме "Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов", Клепиков, Игорь Алексеевич
 
 
6. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
1. В диссертации приведено решение крупной научной проблемы -выбраны и обоснованы схема, иэнергомассовые характеристики и концепция многоразового ЖРД на сжиженном природном газе.
2. Предложено использовать сжиженный природный газ (метан) в качестве горючего для ЖРД многоразового использования.
3. Исследованы энергомассовые характеристики нового класса двигателей - маршевых ЖРД на сжиженном природном газе в диапазоне тяг 2-200 тс, и показана перспективность этого горючего для многоразовых космических средств выведения.
4. Разработана концепция многоразового ЖРД на сжиженном природном газе, основанная на:
- использовании схемы с дожиганием восстановительного турбогаза;
- унификации по основным агрегатам разработанных ЖРД;
- использовании камер ЖРД с охлаждением неполным расходом метана (30-70% номинала);
- сочетании высоких внешних энергетических характеристик двигателя с уменьшенными нагрузками на агрегаты для обеспечения высокой надежности и ресурса;
- использовании связок из 4-12 модульных двигателей в составе первой ступени носителя с резервированием тяги не менее 25% для обеспечения безопасности в случае отказа одного из модулей;
- использовании активной и пассивной систем аварийной защиты и системы технического диагностирования, разрабатываемых одновременно с экспериментальной отработкой двигателя;
- обеспечение 10-15 кратного использования на первом этапе, с постепенным увеличением кратности по опыту эксплуатации;
- использовании малого количества доводочных двигателей (10-15 экземпляров) с демонстрацией запасов по ресурсу при испытаниях в утяжеленных условиях.
5. Предложен ряд новых технических решений для исследования возможности применения на перспективных средствах выведения:
- размещение двигателей в одном из криогенных компонентов топлива (утопление) для повышения энергетики ракеты;
- управление полетом за счет качания модульных двигателей, объединенных в единый механизм и др.
6. Предложенная концепция соответствует общим требованиям к ЖРД многоразового использования, разработанной головными НИИ, с участием автора, и может использоваться в качестве исходной для выработки концепции перспективных средств выведения.
7. При разработке предложенной концепции использован уникальный опыт создания ЖРД в НПО Энергомаш, в том числе и следующий вклад автора в этот опыт, применительно к многоразовому использованию:
- Предложенная схема ЖРД с дожиганием, позволившая выделение основных элементов двигателя для их автономной отработки, проведение автономной отработки, что позволило применить для многоразовости - технологию предпусковой подготовки, систему запуска, технологию межпусковой обработки полостей, выбрать штатную конструкцию камеры, газогенератора и др.;
- разработка системы автоматизированной обработки экспериментальных данных - основы функциональной диагностики;
- обеспечение десятикратного ресурса турбины, основного элемента, определившего ресурс двигателя.
 
 
 

Научная библиотека диссертаций и авторефератов disserCat http://www.dissercat.com/content/vybor-energomassovykh-kharakteristik-marshevykh-mnogorazovykh-zhrd-na-szhizhennom-prirodnom-#ixzz39nWtAHyN

 

[АниКей]

Метан в космической установке

Метан в космической программе.

 

     Распоряжением правительства РФ от 26.12.2012 г. утверждена государственная программа РФ «Космическая деятельность России на 2013-2020 гг.». Меня интересуют только средства выведения. В программе одной из целей указано «создание перспективных и модернизация средств выведения космических аппаратов». «Особое внимание планируется уделить развитию сфер деятельности, в которых у России имеются конкурентные преимущества. Прежде всего, это касается предоставления услуг по выведению на орбиту полезных нагрузок, ракетного двигателестроения и пилотируемой космонавтики». Вроде понятно, о чем говорится, но фраза какая-то корявая не для правительственного документа. Что касается конкретизации этого направления, то в программе указаны только две очень сомнительные цели. Это «создание перспективной транспортной системы, способной обеспечить полеты человека к Луне» и «обеспечение в 2018 г. готовности транспортно-энергетического модуля с перспективной двигательной установкой к ЛКИ». Я не говорю здесь о комплексе «Ангара-А5», работы по которому вышли на финишную прямую. Работы по многоразовой комической системе. которую разрабатывает Центр Хруничева, не вошли в программу. Видимо они выходят за рамки 2030 года, каким ограничена программа и проект Основ политики РФ в космической деятельности. Таким образом, программа в вопросах разработки средств выведения вместо горы родила мышь.

     Предлагаю доработать программу по средствам выведения следующим образом: Объявить задачей государственной важности создание ракетного комплекса работающего на кислороде и метане для замены комплекса «Протон-М».

   В 2013 г. провести конкурс на создание такого комплекса с привлечением Центра Хруничева, РКК «Энергии» и РКЦ им. Макеева. Разработку двигателей для этого комплекса проводить строго по ТЗ головной организации выигравшей конкурс. (Так настаивал С.П.Королев) В числе основных требований к разработчику комплекса должны быть: 1. Выведение полезного груза на ГПО не менее 7т. (при пусках с Байконура). 2. Минимальная стоимость отработки, изготовления и эксплуатации. 3. Возможность использования стартового комплекса «Протона-М» с необходимыми доработками. 4. Выход на ЛКИ не позже 2019 г.

     Какие задачи могут решаться данным комплексом: 1. Все задачи, которые в настоящее время по госзаказу выполняются «Протоном-М». 2. Выведение коммерческих спутников на ГСО на более выгодных условиях по сравнению с Арианом-5, Атласом-5 и «Морским стартом». 3. Выведение научно-исследовательских КА к планетам солнечной системы по отечественным и международным программам. 4. По мере набора статистики осуществлять пилотируемые полеты с новым пилотируемым кораблем разработки РКК «Энергия».

     Чем обусловлен выбор метана в качестве ракетного топлива для ЖРД: 1. Топливная пара кислород-метан обеспечивает существенно лучшую удельную тягу, чем кислород-керосин. 2. Охлаждающая способность метана в 3 раза лучше охлаждающей способности керосина. 3. ЖРД замкнутой схемы с метаном выполняется со «сладким» газогенератором, что принципиально надежней замкнутой схемы кислородно-керосинового ЖРД с «кислым» газогенератором.

     На основании этих 3 преимуществ упрощается отработка метановых ЖРД: 1. Из-за лучшей охлаждающей способности двигатель имеет значительные запасы по ресурсу. При отработке на одном экземпляре двигатель можно многократно проводить испытания на различных режимах, что существенно сокращает число двигателей, необходимых на период отработки, соответственно снижается стоимость и время отработки. 2. В трактах горючего метановых ЖРД при огневых испытаниях не остается твердой фазы. Поэтому для повторных испытаний не требуется обработка полостей горючего. 3. Все поставочные двигатели проходят огневые контрольно-технологические испытания без какой-либо последующей переборки. 4. ЖРД на метане при одинаковых основных параметрах (тяга, удельный импульс) имеют менее напряженные параметры (по давлению в камере сгорания и давлению на выходе из насосов), чем ЖРД, работающие на кислороде-керосине.

     Для отработки ЖРД на топливной паре кислород-метан имеется производственная и экспериментальная база. Технология изготовления метановых ЖРД ничем не отличается от технологии изготовления ЖРД на кислороде-керосине, не требуется никакого специального оборудования. Квалификация кадров производственников и технологов изготовителей ЖРД на кислороде-керосине соответствуют требованиям изготовления ЖРД на кислороде-метане. При этом требования при изготовлении ЖРД на кислороде-метане могут быть менее строгими из-за менее напряженных параметров двигателя. Экспериментальная база для огневых испытаний двигателей, имеющееся в «Энергомаше», КБХА и НИЦ РКП требует лишь незначительных доработок, что показали испытания метанового двигателя КБХМ в НИЦ РКП.

     О готовности предприятий ракетно-космической техники к работам с метаном.

 1. РНПЦ им. М.В.Хруничева с 2011 г. ведет разработку многоразового ракетно-космического системы МРКС-1 на основе кислородно-метановых двигателей.

 2. РКЦ им. В.П.Макеева разработан проект ракетно-космического комплекса «Рикша» с использованием двигателей на метане.

 3. Волжское конструкторское бюро РКК «Энергия» ведет разработку конструкторской документации на ракету-носитель «Воздушный старт» и блок ракеты-носителя с применением в качестве топлива жидкого метана.

 4. Руководство КБХА (В.С.Рачук) заявляет, что предприятие готово перейти к ОКР по метановым двигателям. В настоящее время по метановым двигателям проводится работа по МРКС-1 совместно с центром Хруничева, совместно с Францией работы по демонстратору ступеней многоразовой ракетно-космической системы, совместно с Италией идет разработка метанового двигателя для 3-й ступени модернизированной европейской ракеты легкого класса «Вега».

 5. Руководство «Энергомаша» (В.К.Чванов) готово к разработке метановых двигателей. Это единственное в нашей стране предприятие, которое может создавать метановые двигатели тягой 600 и более тонн и где для этого имеется производственная и экспериментальная база.

 6. КБХМ им. А.М.Исаева специализируется на разработке разгонных блоков. Впервые испытание полноразмерного двигателя КБХМ на метане было проведено еще в 1997 г. в НИИХИММАШ. При испытании метанового двигателя КБХМ С5.86 №2 тягой 7,5 т. в НИЦ РКП 28.07.2011 г. достигнута рекордная продолжительность разового включения  в 2000 сек. Была продемонстрирована возможность повторного включения двигателя и отсутствие твердой фазы в трактах горючего при продолжительных включениях при самых неблагоприятных для этого соотношения компонентов.

  О получении жидкого метана.

     Содержание метана в природном газе колеблется от 75 до 90% по объему в зависимости от месторождения. От магистрального газопровода берется отбор на типовой мини-завод получения жидкого 98% метана мощностью 1,5т/час. Можно получать жидкий метан и 99,5% пробы, но его стоимость будет несколько дороже. На длительных испытаниях двигателя в НИЦ РКП показано, что для ракетного топлива пригоден 98% жидкий метан. ГИПХ нужно безотлагательно провести его сертификацию. КБОМ им. В.П.Бармина проведены проектные работы по дооборудованию инфраструктуры полигонов для использования метана в качестве ракетного топлива.

     Несколько общих вопросов, связанных с использованием метана ракетно-космической технике.

 1. Соблюдение требований экологии, как правило, требует дополнительных затрат. В нашем случаи, применение экологически чистой топливной пары кислород-метан приводит к уменьшению затрат на изготовление и эксплуатацию ракетно-космической техники.

 2. Замена РН «Протон-М» на метановый вариант снимает все разногласия с Казахстаном по использованию космодрома Байконур. Открывает возможности по совместному сотрудничеству с Казахстаном на многие годы вперед, вне зависимости от создания российского космодрома «Восточный».

 3. Создание нового пилотируемого комплекса повышенной надежности для полетов на орбиту земли и планеты Солнечной системы.

 4. В дальнейшем (но до 2030 г.) могут быть созданы РН легкого и сверхтяжелого класса. Первые (в 2-х ступенчатом варианте) могут базироваться на старейшем российском полигоне Капустин Яр. РН сверхтяжелого класса будут стартовать с космодрома «Восточный».

 5. Применение метана обеспечит нам конкурентную способность при выведении коммерческих полезных нагрузок, пока метан не будет освоен в других странах и снижение бюджетных затрат при разработке и эксплуатации средств выведения по государственным программам.

 6. С переходом на метан меняется облик космодромов. Происходит газофикация производственных и жилых помещений космодромов. На газ переводится автомобильный и ж/д транспорт. Компоненты АТ и НДМГ остаются в ограниченном количестве только для космических аппаратов и апогейных двигательных установок. Возможно ограничение применения гелия для наддува топливных баков и замена его азотом из местных азотно-кислородных станций (АКС). Метан местный, из мини-заводов, подключенных к магистральным газопроводам.

7. Открываются широкие перспективы для привлечения частного капитала. Не только крупных компаний как «Газпром», «Роснефтегаз» и «Лукойл», но и мелкого и среднего бизнеса.

     Мы уже потеряли 15 лет в деле освоения метана, как ракетного топлива. Если не принять срочных мер по созданию РН на метане, то мы отстанем от других космических держав по средствам выведения, как отстали по космическим аппаратам. 

                            

Метан в космической установке - Главная - Okis.ru

[vitquir]

Еще один "кремлевский мечтатель".
Даже комментировать не хочется.

При перечислении преприятий вспомнил даже ГРЦ Макеева с его "Рикшей". Даже РКК "Энергию" не забыл.
А вот РКЦ "Прогресс" с в его списке даже близко нет. Видимо, не заслужили. Обидно.

[Большой]

vitquir пишет:
Еще один "кремлевский мечтатель".
Даже комментировать не хочется.

При перечислении преприятий вспомнил даже ГРЦ Макеева с его "Рикшей". Даже РКК "Энергию" не забыл.
А вот РКЦ "Прогресс" с в его списке даже близко нет. Видимо, не заслужили. Обидно.

А РКЦ Прогресс претворяет в жизнь его мечты. Скромно и без помпы

[Alexandr_A]

Большой пишет:

его мечты

Эти мечты -    баян почти двухлетней выдержки
 http://novosti-kosmonavtiki.ru/forum/messages/forum13/topic581/message1027464/#message1027464

[Alexandr_A]

дубль

[Seerndv]

http://zavjalov.okis.ru/kosmicheskij-tupik.html
- про "Союз-5" много чего, сумбурного и разного, ИМХО.
Постить нет смысла, было.