Проект предусматривает разработку технологии, методики проектирования и расчета широкодиапазонных двигателей с так называемым соплом «Тарасова-Левина». В целом ряде тематических задач направления «Спейснет» Дорожной Карты (ДК) Аэронет применение традиционных сопел Лаваля сопровождается техническими сложностями принципиального характера.

Завершен первый этап проекта по разработке широкодиапазонного ракетного двигателя по схеме «Тарасова — Левина» с соплом внешнего расширения и резонаторным усилителем тяги

При работе в условиях безвоздушного пространства струя, истекающая из сопла Лаваля, даже с большим геометрическим числом Маха (М>4), разворачивается назад на угол более 270 гр и загрязняет элементы конструкции космического корабля. Используемые для защиты конструкции спутников экраны малоэффективны. При этом, запуск такого сопла в вакууме часто происходит с отрывом потока внутри сопла, что приводит к потере тяги и, что еще хуже, к её асимметрии.

Раскрытие реактивной струи в вакууме на большой угол и современные методы защиты элементов конструкции путем установки защитного экрана

При полете ракеты в широком диапазоне высот, например, 15-50 км или 50-100 км, сопло Лаваля рассчитывается на некоторое среднее атмосферное давление. В результате, на небольших высотах оно работает в режиме глубокого перерасширения струи, а на больших — в режиме сильного недорасширения.

Сопло внешнего расширения в варианте сопла «Тарасова-Левина» лишено указанных выше недостатков, т.к. обладает свойствами саморегулирования. Кроме того, в вакууме оно формирует компактную осесимметричную струю с умеренным углом раскрытия.

Компактная струя, формируемая в вакууме соплом «Тарасова — Левина»

Внедрению подобных двигателей мешает высокая сложность газодинамических процессов, протекающих в момент их запуска, наличие колебательных режимов работы, полное отсутствие верифицированных методик проектирования и расчета.

Проект предусматривает создание таких методик, а также изготовление и испытания демонстрационного образца ракетного двигателя для орбитального буксира. Будут созданы модели — демонстраторы двигателей ориентации для микроспутников.

На первом этапе выполнен аналитический обзор, выбраны направления исследований, разработана методика проектирования, выполнены сравнительные численные исследования сопел с различными конструктивными схемами, разработана функциональная схема широкодиапазонного ракетного двигателя, разработаны объекты испытаний: узлы сопла с внешним расширением и резонаторным усилителем тяги, узлы камеры сгорания.

Принципиальная схема модельного парогазогенератора

Экспериментальный узел для проведения испытаний сопел внешнего расширения с резонаторами различной геометрии

В составе узла предусмотрены девять резонаторов 6 с различной геометрией каверны. Узел допускает монтаж в вакуумной камере и предназначен для испытаний с использованием в качестве рабочего тела воздуха или продуктов сгорания смеси керосина с воздухом.

На следующем этапе предстоит разработать конструкторскую документацию на широкодиапазонный ракетный двигатель, разработать программы и методики испытаний, изготовить узлы камеры сгорания и провести испытания широкодиапазонного ракетного двигателя.

Испытания будут проведены на воздушном стенде со сверхзвуковой аэродинамической трубой, на ракетном стенде БГТУ «ВОЕНМЕХ».

Работы по Соглашению №378ГРНТИС5/42597 от 23.08.2018 г. в рамках первого этапа выполнены полностью и в запланированном объеме.