Ракетные двигатели для космических летательных аппаратов на псевдоожиженных твердых топливах


DOI: 10.34759/tpt-2021-13-11-509-518

Авторы

Елькин А. В.

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, ПНИПУ, Комсомольский проспект, 29, Пермь, 614990, Россия

e-mail: elkinav237@gmail.com

Аннотация

Рассматривается возможность использования ракетных двигателей на псевдоожиженных (порошкообразных) твердых топливах в качестве двигательных установок космических летательных аппаратов корректировки орбит космических объектов. Спроектированы схемы различных ракетных двигателей, разработаны требования, предъявляемые к порошкообразным топливам, рассмотрена система подачи порошкообразных компонентов. Определена методика расчета системы подачи топлива, получена критическая равновесная скорость истечения зернистых материалов. В результате термодинамического расчета рассматриваемых топливных составов определены оптимальные топливные композиции, которые способны конкурировать с жидкостными ракетными топливами (ЖРТ), а также являются более экологичными и простыми в эксплуатации. Фактическая плотность первого состава выше приблизительно на 10‒15%, чем у аналогичных ЖРТ. Фактическая плотность второго состава выше приблизительно на 2‒10%, чем у аналогичных ЖРТ. Объемный удельный пустотный импульс первого состава выше, чем у аналогичных ЖРТ, приблизительно на 10%. Объемный удельный пустотный импульс второго состава — приблизительно такой же как у ЖРТ. Двигатели на ПТТ сделают космические летательные аппараты простыми в эксплуатации, способными многократно перезапускаться, экологически безопасными и надежными.

Ключевые слова:

ракетный двигатель, псевдоожиженное твердое топливо, порошкообразное топливо, космический летательный аппарат, многократное включение-выключение, надежность, экологичность

Библиографический список

  1. Вениаминов С.С., Червонов А.М. Космический мусор ‒ угроза человечеству второе издание, исправленное и дополненное // Механика, управление и информатика. 2013. № 5(17). С. 1–208.
  2. Адушкин В.В., Аксенов О.Ю., Козлов С.И., Вениаминов С.С. О подходах к оценке потенциальной опасности разрушений и столкновений космических объектов // Воздушно-космическая сфера. 2018. № 1(94). С. 54–63.
  3. Chen L., Bai X.-Z., Liang Y.-G., Li K.-B. Orbital Data Applications for Space Objects: Conjunction Assessment and Situation Analysis. 2017. DOI: https://doi.org/10.1007/ 978-981-10-2963-9
  4. Bergh M., Garcia V. A computational model for assessing high-velocity debris impact in space applications // Shock Waves. 2017. N 27. P. 675–684. DOI: 10.1007/s00193-017-0709-9
  5. Екименко А.А., Михайлов Д.Ю. Исследование взаимодействия частиц космического мусора с элементами конструкции космического аппарата // Труды МАИ. 2021. № 119. DOI: 10.34759/trd-2021-119-02
  6. Matteo Emanuelli, Deva Prasad, Giulia Federico. Conceptualizing an economically, legally and politically viable active debris removal option // Динамика систем, механизмов и машин. 2014. № 2. С. 176–187. DOI: 10.1016/j.actaastro.2014.07.035
  7. Егорычев В.С., Сулинов А.В. Жидкостные ракетные двигатели малой тяги и их характеристики. Самара: Изд-во СГАУ, 2014. 128 с.
  8. Рыжков В.В., Сулинов А.В. Двигательные установки и ракетные двигатели малой тяги на различных физических принципах для систем управления малых и сверхмалых космических аппаратов // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2018. Т. 17. № 4. С. 115‒128.
  9. Егорычев B.C., Кондрусев B.C. Топлива химических ракетных двигателей. Самара: Изд-во СГАУ, 2007. 74 с.
  10. Елькин А.В., Земерев Е.С., Малинин В.И. и др. Ракетный двигатель на гранулированном твердом топливе // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. 2021. № 64. С. 16–24. DOI: 10.15593/2224-9982/ 2021.64.02
  11. Малинин В.И. Внутрикамерные процессы в установках на порошкообразных металлических горючих. Екатеринбург-Пермь: УрО РАН, 2006. 262 с.
  12. Малинин В.И., Коломин Е.И., Антипин И.С. Воспламенение и горение аэровзвеси алюминия в реакторе высокотемпературного синтеза порошкообразного оксида алюминия // Физика горения и взрыва. 2002. Т. 38. № 5. С. 41–51.
  13. Крюков А.Ю., Петренко В.И., Малинин В.И. Система подачи порошкообразного металлического горючего в опытно-промышленной установке синтеза дисперсного оксида алюминия // Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики: сб. докл. III Всерос. науч.-техн. конф. Томск, 2–5 окт. 2002. С. 78–79.
  14. Земерев Е.С. Критическое истечение сыпучих материалов в пневмотранспортной системе подачи порошков// Автореферат дисс...канд. техн. наук. ПНИПУ. 2017. 20 с.
  15. Орлин С.А. Использование гелия в жидкостных ракетных двигателях // Инженерный журнал: наука и инновации. 2017. № 1(61). С. 1‒11. DOI: 10.18698/2308-6033-2017-1-1572
  16. Островский Г.М., Исаков В.П., Соколов В.Н. // Журнал прикл. химии. 1976. № 8. С. 1773‒1783.
  17. Трусов Б.Г. Моделирование химических и фазовых равновесий при высоких температурах: Инструкция пользователя Astra 4. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1991.
  18. Md Zishan Akhter, Md Ashique Hassan. Ballistic and thermomechanical characterisation of paraffin-based hybrid rocket fuels loaded with light metal hydrides // Acta Astronautica. 2020. N 178. P. 370–381. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.actaastro.2020.09.015
  19. Luigi T. DeLuca, Luciano Galfetti, Filippo Maggi, Giovanni Colombo, Laura Merotto, Matteo Boiocchi, Christian Paravan, Alice Reina, Pietro Tadini, Luciano Fanton. Characterization of HTPB-based solid fuel formulations: Performance, mechanical properties, and pollution // Acta Astronautica. 2013. N 92. P. 150‒162. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.actaastro.2012.05.002
  20. Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2016.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024