Результаты испытаний модельной кислородно-метановой камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя, созданной с использованием методов аддитивного производства

Разработана стендовая установка для моделирования смесеобразования в камере сгорания маршевого жидкостного ракетного двигателя на компонентах топлива метан--жидкий кислород. Ключевые узлы установки (смесительная головка камеры сгорания и регенеративно охлаждаемое сопло) изготовлены с применением перспективных методов аддитивного производства. Отмечена специфика узлов камеры сгорания, выполненных с применением аддитивной технологии. Приведены результаты огневых испытаний модельной камеры сгорания в составе экспериментальной установки. Показана стойкость смесительной головки и сопла камеры сгорания в условиях огневых испытаний, а также надежная работа экспериментальной установки в целом, что подтверждает правильность выбранных конструктивных и технологических решений. Проведены анализ системы охлаждения экспериментальной установки для условий испытаний, расчеты теплового состояния сопла с учетом особенностей тракта охлаждения, изготовленного методами аддитивного производства. Для повышения надежности системы охлаждения и расширения диапазона работы установки по давлению в камере сгорания предложено нанесение теплозащитного покрытия на огневую стенку сопла. На основе новых экспериментальных данных выполнен анализ параметров совершенства рабочего процесса в модельной камере сгорания со смесительными элементами, изготовленными по аддитивной технологии и соответствующими по масштабу и расходным характеристикам камере сгорания маршевого жидкостного ракетного двигателя

Литература

[1] Burkhardt H., Sippel M., Herbertz A., et al. Comparative study of kerosene and methane propellant engines for reusable liquid booster stages. 4th Int. Conf. Launcher Technol. Space Launcher Liquid Propulsion. Liege, Belgium, 2002. URL: https://fliphtml5.com/aeld/nqsl/basic (дата обращения: 16.04.2021).

[2] Белоусов И.И., Фомин В.М., Голубятник В.В. и др. Подтверждение концепции многоразового жидкостного ракетного двигателя на компонентах топлива сжиженный природный газ и кислород. Вестник Воронежского государственного технического университета, 2013, т. 9, № 4, с. 42--45.

[3] Булгаков Д.Г., Гусев В.Н., Клепиков И.А. Выбор принципиальной схемы кислородно-метановых ЖРД первой ступени для перспективных ракет-носителей. Труды НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко, 2016, № 33, с. 270--280.

[4] Космачева В.П., Макаревич А.Н., Рубинский В.Р. и др. Исследование эффективности рабочего процесса и охлаждения в модельной камере, работающей на жидком кислороде и сжиженном природном газе. В: Научно-технический юбилейный сборник КБ химавтоматики. Т. 2. Воронеж, Кварта, 2012, с. 32--38.

[5] Battista F., Ricci D., Ferraiuolo M., et al. The HYPROB LOX-LCH4 Demonstrator: status of the manufacturing and experimental activities. 7th EUCASS, 2017. DOI: https://doi.org/10.13009/EUCASS2017-360

[6] Soller S., Behr R., Beyer S., et al. Design and testing of liquid propellant injectors for additive manufacturing. 7th EUCASS, 2017. DOI: https://doi.org/10.13009/EUCASS2017-306

[7] Артемов А.Л., Дядченко В.Ю., Лукьяшко А.В. и др. Отработка конструктивных и технологических решений для изготовления опытных образцов внутренней оболочки камеры сгорания многофункционального жидкостного ракетного двигателя с использованием аддитивных технологий. Космическая техника и технологии, 2017, № 1, с. 50--62.

[8] Gradl P., Greene S.E., Protz C., et al. Additive manufacturing of liquid rocket engine combustion devices: a summary of process developments and hot-fire testing results. 54th AIAA/SAE/ASEE Joint Propulsion Conf., 2018. DOI: https://doi.org/10.2514/6.2018-4625

[9] Коротеев А.С., ред. Рабочие процессы в жидкостном ракетном двигателе и их моделирование. М., Машиностроение, 2008.

[10] Kalmykov G.P., Larionov A.A., Sidlerov D.A., et al. Numerical simulation and investigation of working process features in high-duty combustion chambers. J. Engin. Thermophys., 2008, vol. 17, no. 3, pp. 196--217. DOI: https://doi.org/10.1134/S1810232808030053

[11] Рубинский В.Р., Хрисанфов С.П., Климов В.Ю. и др. Математическое моделирование и экспериментальные исследования горения кислородно-метанового топлива при соосно-струйной подаче в камеру сгорания ЖРД. Известия высших учебных заведений. Авиационная техника, 2010, № 1, с. 54--55.

[12] Lux J., Haidn O. Flame stabilization in high-pressure liquid oxygen/methane rocket engine combustion. J. Propul. Power, 2009, vol. 25, no. 1. DOI: https://doi.org/10.2514/1.36852

[13] Грязнов М.Ю., Шотин С.В., Чувильдеев В.Н. Физико-механические свойства и структура сплава Inconel 718, полученного по технологии послойного лазерного сплавления. Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2014, № 4-1, c. 46--51.

[14] Кошлаков В.В., Губертов А.М., Полянский М.Н. и др. Теплозащитное покрытие. Патент РФ 2675005. Заявл. 05.10.2017, опубл. 14.12.2018.

[15] Трусов Б.Г. Моделирование химических и фазовых равновесий при высоких температурах. М., МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997.