9.3. ЖРД, РАБОТАЮЩИЕ НА ДВУХ ГОРЮЧИХ

Рассматривалось несколько концепций ЖРД, работающих на двух горючих, применительно к одноступенчатой ракете-носителю многоразового использования. Ниже приведено краткое описание двух из них: первой — замкнутой схемы [150] и второй — с использованием описанной выше кольцевой камеры сгорания с центральным телом [93].

Рис. 109. Пневмогидравлическая схема ЖРД высокого давления на кислород-углеводородном топливе с дополнительной водородной подсистемой (показана точками) [150].

1 — сдвижной сопловой насадок; 2 — радиационное охлаждение; 3 — ввод водородной завесы; 4 — камера сгорания; 5 — углеводородная подсистема; 6 — топливный клапан; 7 — преднасосы; 8 — кислородная подсистема; 9 — магистраль наддува бака; 10 — газогенератор; И — водородная подсистема.

Пневмогидравлическая схема первого ЖРД представлена на рис. 109. Его расчетная тяга у земли 3160 кН. В качестве горючих используются жидкий водород и (синтетическое углеводородное горючее с плотностью, на 35% превышающей плотность керосина). Тяга двигателя в пустоте для углеводородного горючего и для водорода. В обоих случаях двигатель работает при высоком (порядка 20 МПа) давлении в камере сгорания, но со степенью расширения сопла для углеводородного горючего и для водорода. Интересной особенностью этого двигателя является охлаждение камеры сгорания и начального участка сопла степени расширения 35) окислителем — жидким кислородом. Возможность реализации этой концепции доказана испытаниями экспериментального ЖРД тягой Сдвижной насадок сопла, используемый только при переходе на водород, допускает радиационное охлаждение при небольшой водородной завесе. Указывается на следующие достоинства этой концепции двигательной установки:

1) уменьшение массы за счет исключения камеры сгорания, сопла, рулевых приводов и системы подачи окислителя (по сравнению с использованием двух отдельных ЖРД);

2) уменьшение массы силовой рамы и топливной системы;

3) уменьшение диаметра двигательной установки.

Другая концепция [93] основана на использовании сегментных модулей камер сгорания, расположенных вокруг центрального тела. Жидкий водород и углеводородное горючее сжигаются

Рис. 110. Конструкция сегментированного двигателя [93]. 1 — внешняя камера сгорания; 2 — внутренняя камера сгорания; 3 — сопло.

(см. скан)

с кислородом в разных камерах (рис. 110). Продукты сгорания расширяются в сопле с центральным телом, причем на начальном этапе полета используются оба горючих, а на большой высоте — только водород. ЖРД с центральным телом, работающий на жидких кислороде и водороде, габаритами 3 м успешно испытан фирмой «Рокетдайн». Во внутренние камеры сгорания подается жидкий водород, а в наружные углеводородное горючее (рис. 111). На рис. 112 показана

Таблица 17. (см. скан) Тяга модуля на уровне моря [93]

двигательная установка с комбинацией обычной газогенераторной (для и замкнутой (для водорода) схем. В обоих двигателях предусмотрено по два газогенератора с избытком горючего, вырабатывающих рабочее тело турбин. Газ после турбин двигателя открытой схемы подается в донную область центрального тела. Тяга двигателей регулируется через мощность турбин регулятором расхода окислителя в газогенератор. Струйные преднасосы обеспечивают требуемое давление на входах в основные топливные насосы. Проводилась оптимизация числа модулей для двигателя тягой при отношении тяг наружных камер к суммарной тяге на уровне земли, равном 0,65, с учетом удельного импульса и относительной массы конструкции. Управление полетом предполагается осуществлять за счет разнотяговости модулей, предельное ускорение для космической ракеты-носителя многократного использования полагалось равным Результаты оптимизации представлены в табл. 17.

Разнотяговость может быть создана путем применения базового тягового модуля, включающего камеру сгорания, турбо-насосный агрегат, поверхность расширения и блок управления. В целом двигательная установка должна содержать четное число модулей. Оптимальной признана схема ДУ с 4 модулями. Охлаждение обеспечивается жидким водородом; на втором этапе полета небольшая доля водорода внутренней камеры сгорания обеспечивает охлаждение неработающей камеры.

В описываемой конструкции стенки камеры сгорания в полнены из медного сплава с фрезерованными каналами охлаждения. Пневмогидравлическая схема двигательной установки, работающей на двух горючих, представлена на рис. 112; параметры двигателя приведены в табл. 18.

Модуль камер сгорания показан на рис. 113. В области критического сечения, во избежание деформаций, он усилен. Для, того чтобы обеспечить одинаковый расход компонентов,

Таблица 18. (см. скан) Расчетные параметры ЖРД с линейными модулями камер сгорания [93]

охладителя и горячего газа для каждого из 13 блоков камер сгорания (26 камер), составляющих один модуль, предусматривается 8 общих коллекторов.