предыдущий материал
следующий материал

ИСТОРИЯ
Валентин Шерстянников д.т.н.,
действительный член Германской академии им. Гумбольдта

ДВИГАТЕЛИ, ОПЕРЕДИВШИЕ ВРЕМЯ


В период 1950-1980-х годов в СССР были созданы такие уникальные ракетно-космические комплексы и ракетные системы, как "Восток", "Протон", Н1, "Энергия", УP-100, А-35, С-200 и С-300. Отечественные жидкостные реактивные двигатели, разработанные для них ведущими коллективами В.П. Глушко, Н.Д. Кузнецова, A.M. Исаева, С.П. Изотова, С.А. Косберга, В.П. Радовского, А.Д. Конопатова, имели высокую надежность, хорошие энергетические и динамические характеристики и не только превосходили аналогичные зарубежные двигатели того периода, но и в наши дни успешно конкурируют на мировом рынке с современными зарубежными ЖРД.

В середине 1950-х годов минувшего века С.П. Королевым была разработана оригинальная космическая ракета-носитель (РН) "Восток" с кислородно-керосиновыми ЖРД открытой схемы. В первой и второй ступенях использовались разработанные ОКБ В.П. Глушко двигатели РД-107 и РД-108, а для третьей - ОКБ С.А. Косберга создало двигатель РО-7. ЖРД имели очень высокие параметры. Так, у РД-107 при тяге 102 тс и давлении 60 атм в камере сгорания (КС) удельный импульс составлял 314 с, на 30 с больше, чем у аналогичного американского двигателя.

ОКБ совместно с НИИТП, ЦИАМ и другими НИИ провели большой объем работ, связанных с созданием и доводкой этих двигателей. Все это обеспечило высокую надежность работы ЖРД ракеты-носителя "Восток", а также ее последующих модификаций. Созданные более 40 лет назад отечественные РН успешно эксплуатируются и в настоящее время, при этом стоимость вывода полезной нагрузки получается существенно меньше, чем у современных "Спейс Шаттл" и "Ариан".

На рубеже пятидесятых-шестидесятых годов решались новые задачи создания мощных РН для полетов к Луне и повышения обороноспособности страны. Так, в ОКБ В.Н. Челомея началось создание новых стратегических ракет и РН "Протон", а ОКБ С.П. Королева приступило к разработке РН Н1. Головными научными организациями по доводке двигателей стали НИИТП и ЦИАМ.

Применение новых компонентов топлива, переход к замкнутым схемам ЖРД, увеличение до 150 атм и более давлений в КС позволили обеспечить высокую надежность и безотказность, на 25 % повысить экономичность и почти на 40 % снизить удельную массу новых ЖРД.

В ЦИАМ были разработаны методы физического моделирования процессов неустойчивого горения при пониженных значениях давления и расхода компонентов топлива.

Для новых двигателей потребовалось создание турбонасосных агрегатов (ТНА) мощностью 40...50 тыс. л.с. с давлениями подачи компонентов до 400 атм при расходах до 500 кг/с. Сотрудниками ЦИАМ были созданы "Нормы прочности ЖРД", которые с тех пор являются основой надежного конструирования отечественных ЖРД.

Результаты совместных исследований ОКБ и НИИ позволили разработать критерии гидродинамического подобия, учитывающие условия подачи топлива в ЖРД на этапе полета в составе РН. Критерии стали общепризнанными и широко применяются в практике стендовых испытаний. Впоследствии основные методические подходы к математическому моделированию эксплуатационных режимов ЖРД были применены при исследовании режимов авиационных ГТД.

Запуск ЖРД замкнутой схемы явилось значительным достижением отечественного двигателестроения. Цикл работ ЦИАМ по теории управления ЖРД был отмечен премией имени проф. Н.Е. Жуковского. При этом следует отметить, что созданные в шестидесятые годы отечественные ЖРД существенно превосходили зарубежные.

Разработанная С.П. Королевым и Н.Д. Кузнецовым концепция построения двигательной установки ракеты Н1 была необычной даже для современных РН: в первой ступени использовалось 30 модульных кислородно-керосиновых ЖРД закрытой схемы с давлением в КС 150 атм. Успешный запуск ДУ суммарной тягой 900 тс произвел огромное впечатление. Двигатели прошли межведомственные испытания, однако первые четыре пуска РН оказались неудачными.

Еще в ходе ЛКИ было принято решение о создании модернизированных двигателей НК-33 с многократным запуском. Статистика, полученная в процессе стендовой отработки, подтвердила высокую надежность этих двигателей.

В 1972 г. двигатели НК-33 были допущены к ЛКИ ракеты H1. Но в 1974 г. все работы были прекращены.

Двигатели НК-33 имеют непревзойденный до сих пор показатель удельной массы (8,1 кг/тс). В девяностые годы эти двигатели были испытаны в Америке на стендах фирмы "Аэроджет", полностью подтвердили свою надежность и высокие параметры и были закуплены фирмой.

Здесь следует заметить, что и В.П. Глушко в 70-80-е гг. пошел по пути создания криогенных ЖРД больших тяг, заложив в ТЗ на ракету-носитель "Энергия" еще более мощные кислородно-керосиновые ЖРД тягой 740 тс.

В мае 1987 г. состоялся запуск новой мощной РН "Энергия", разработанной НПО "Энергия". В первой ступени использовались четыре ЖРД РД-170 конструкции НПО "Энергомаш", работающих на жидком кислороде и углеводородном горючем. Тяга РД-170 составляла 740 тс при давлении в КС 250 атм. Удельный импульс был равен 335 с. Вторая ступень оснащалась четырьмя кислородно-водородными ЖРД РД-0120 производства КБХА. Тяга каждого двигателя составляла 200 тс при давлении в КС 225 атм. ЖРД успешно отработали при двух пусках РН "Энергия".

Как и НК-33, новые ЖРД по своим параметрам и надежности существенно превосходят американские. НПО "Энергомаш" на базе двигателя РД-170 в настоящее время выпускает ЖРД РД-180 для перспективных космических систем США. Большой интерес у американцев вызывает и водородный двигатель РД-0120 как более эффективный и дешевый по сравнению с ЖРД SSME, примененным на "Спейс Шаттле".


ENGINES THAT ARE AHEAD OF TIME

In 1950s-1980s the USSR developed such unique space rocket complexes and rocket systems as "Vostok", "Proton", N1, "Energy", etc. "Vostok" liquid-propellant rockets developed by S.P Koroliev were powered by RD-107 and RD-108 engines designed by V.P.Glushko. S.A. Kosberg's Design Bureau proposed RO-7 engine for powering the third rocket stage. These liquid-propellant rocket engines (LPRE) provided very high performances. In 1970s-1980s V.P.Glushko developed high-thrust cryogenic LPREs and proposed to equip "Energy" rocket with more powerful oxygen-kerosene engines. In 1987 there was the first launch of "Energy" powerful rocket with four RD-170 LPREs designed by "Energomash" SPA. The second rocket stage was equipped with four RD-0120 lox/hydrogen LPREs manufactured by KBHA design bureau. New Russian LPREs surpass the USA engines in performances and reliability. Nowadays, "Energomash" SPA is manufacturing RD-180 LPREs on the basis of RD-170 engine for space systems of the USA. The USA is becoming interested in RD-0120 hydrogen engine as more efficient in comparison with SSME LPE used in "Space Shuttle".


предыдущий материал
оглавление
следующий материал