DEVELOPMENT OF A 3-D MODEL OF A LOW-THRUST LIQUID ROCKET ENGINE FOR AN ULTRALIGHT CLASS CARRIER

Full Text

РАЗРАБОТКА 3-D МОДЕЛИ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ МАЛОЙ ТЯГИ ДЛЯ НОСИТЕЛЯ СВЕРХЛЕГКОГО КЛАССА

Майоров В.С.¹, Чесноков К.А.²

Научный руководитель – старший преподаватель кафедры инженерной графики, Лыкин А.Ю. ³

⁴Самарский университет, г. Самара, valodia.m@yandex.ru.

В настоящее время возрос спрос на запуск большого количества микро космических аппаратов, в том числе аппаратов класса CubeSat. Однако, на данный момент, в России отсутствуют ракеты-носители сверхлегкого и легкого класса, которые могли бы удовлетворить данный спрос. Было решено спроектировать двигательную установку для сверхлегкого ракеты-носителя на экологически чистых и безопасных компонентах топлива. В данной работе был рассчитан двигатель и создана его модель в программе Siemens NX.

Ключевые слова: жидкостный ракетный двигатель малой тяги (ЖРДМТ), керосин, закись азота, форсуночная головка, 3Д модель ЖРДМТ.

В настоящее время весьма актуальной является задача вывода на суборбитальную орбиту аппаратов сверхлегкого класса – гео- и метеозонды и т.д. В рамках необходимости создания двигательной установки (ДУ) для ракет такого класса в данной работе описывается процесс разработки 3-D модели жидкостного ракетного двигателя малой тяги (ЖРДМТ) для таких ДУ. По техническому заданию тяга ЖРДМТ на уровне моря должна составлять 800 Н.

Следует отметить выбор топливной композиции, где горючим является керосин Т1, а окислителем – жидкая закись азота (N₂O). Данная топливная пара по проведенным расчетам достигает удельных параметров на уровне топлива НДМГ+АТ, являясь при этом экологически чистым топливо и имея удовлетворительные эксплуатационные характеристики. Секундный массовый расход для достижения заданной тяги составляют для N₂O – 0,329  ^кг/_с и для Т1 – 0,40 ^кг/_с при массовом соотношении компонентов Кm = 9,374 (и коэффициенте избытка окислителя α_ок =0,87).

Для обеспечения мелкодисперсности распыла и равномерного распределения капель компонентов по объему камеры сгорания (КС) предлагается использовать центробежные однокомпонентные форсунки. При этом форсунка горючего располагается на оси КС, а форсунки окислителя равномерно по концентрической окружности.

Расчеты, проведенные с помощью, разработанной авторами программы, позволили получить параметры факела распыла и геометрические размеры форсунок окислителя и горючего. Геометрические размеры форсунок окислителя и горючего представлены на рисунке 1 (Рис. 1 Геометрические размеры форсунок: а) окислителя, б) горючего), а расположение форсунок на огневом днище – на рисунке 2 (Рис. 2 Схема расположения форсунок окислителя и горючего на огневом днище).

В ходе проведенных в программе Терра, расчетов были получены распределение температуры и давления по длине камеры ЖРДМТ, а также состав продуктов сгорания (рис. 3).

Поверочный расчет, проведенный в программе RPA (rocket propulsion analysis), подтвердили ранее полученные результаты. Данная программа позволила рассчитать геометрические размеры КС и сопла проектируемого ЖРДМТ .

Перечисленные выше расчеты позволили разработать конструкцию экспериментального ЖРДМТ. Она представляет собой разборную конструкцию, которую можно разделить на три элемента: форсуночную головку, камеру сгорания и сопло. На рисунке 4 (Рис.5 3-D модель экспериментального ЖРДМТ) представлена построенная с помощью системы автоматизированного моделирования Siemens NX 3-D модель экспериментального ЖРДМТ.

Разработанная 3-D модель позволила сформировать набор 3-D моделей деталей, из которых состоит камера ЖРДМТ. Используя современные аддитивные технологии по полученным 3-D моделям был создан макет камеры разрабатываемого ЖРДМТ, представленный на рисунке 5 (Рис. 5 Макет экспериментального ЖРДМТ).

Представленные в работе результаты позволяют перейти к изготовлению экспериментального образца ЖРДМТ.

About the authors

Vladimir Sergeevich Maiorov

Author for correspondence.
Email: valodia.m@yandex.ru
Russian Federation

Konstantin Antonovich Chesnokov

Email: konstphx@gmail.com

References

Supplementary files