Официальный сайт рабочей группы Аэронет
Национальной технологической инициативы
  • Главная
  • Интересное Аэронет
  • Завершен проект по разработке ШРД по схеме «Тарасова-Левина» с соплом внешнего расширения и резонаторным усилителем тяги

05.09.2019

Компания ООО «ВНХ-Энерго» завершила работы по разработке широкодиапазонного ракетного двигателя по схеме «Тарасова-Левина» с соплом внешнего расширения и резонаторным усилителем тяги. Проект был поддержан рабочей группой Аэронет и прошел конкурсный отбор, проводимый Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (Фонд содействия инновациям) «Развитие-НТИ-2018». 


Цель научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы (НИОКР) — решение проблемы создания технологии широкодиапазонного ракетного двигателя (ШРД) с возможностью работы на режимах, близких к расчетным, как у поверхности Земли, так и в безвоздушном пространстве, а также двигателя, предназначенного для работы в безвоздушном пространстве без риска попадания продуктов сгорания на элементы конструкции.

Выполненная НИОКР способствует решению следующей проблемы. Традиционное сопло Лаваля, рассчитанное на степень расширения до 1000 имеет на выходе струю с числом Маха порядка 5. Такое сопло очень длинное и с трудом запускается даже в безвоздушном пространстве. На кромке сопла струя разворачивается назад на угол более 270 гр и часто взаимодействует с элементами конструкции и приборами, что нередко становится причиной их выхода из строя.

При полете в атмосфере в широком диапазоне высот, при полете на небольшой высоте сопло Лаваля работает на режиме глубокого расширения, при полете на больших высотах сопло Лаваля работает на режимах сильного недорасширения. Это приводит к существенным потерям тяги у Земли и недоиспользованию имеющегося полного давления в вакууме. НИОКР направлена на преодоление следующего технологического барьера — сокращение стоимости вывода на орбиты высотой до 500 км с любыми наклонениями малых спутников массой до 200 кг в 5 и более раз по сравнению со среднерыночными мировыми ценами 2016-2017 гг.

Предметом разработки являлся двигатель с так называемым соплом «Тарасова-Левина» (СТЛ). Двигатель отличается тем, что при полете в безвоздушном пространстве формирует компактную струю, которая не загрязняет элементы конструкции и приборы спутника. При эксплуатации на ракете или воздушно-космическом летательном аппарате, рассчитанных на полеты в широком диапазоне высот, двигатель должен работать на режимах, близких к расчетному, т.е. при давлении на срезе сопла, примерно равном давлению в окружающей среде. В расчетах используется методика, развитая в ходе выполнения проектов по программе СТАРТ-1 и СТАРТ-2 (договоры 331ГС1/9770 от 26.03.2015 и 1745ГС2/9770 21.12.2016).

В результате проведенных расчетов, огневых испытаний и анализа режимов работы результатов экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы: Подтверждена работоспособность сопла Лаваля и сопла Тарасова-Левина в составе работы трёхкомпонентной камеры ШРД в диапазоне давлений в камере сгорания 6-9 атм., а также систем обеспечивающих их работу, управление режимом, запуск/остановка.

Отработана циклограмма запуска, позволяющая плавно выходить на рабочие режимы работы, а также осуществлять остановку процесса. Подтверждено соответствие значений расчётных и экспериментальных параметров, определяющих характеристики камеры ШРД с коническим соплом Лаваля и с соплом Тарасова-Левина. Разница между расчётными и экспериментальными значениями для камеры ШРД с соплом Лаваля составляет не более 2%. Для камеры ШРД с соплом Тарасова-Левина не более 5%. Проведено сравнение эффективности сопла Тарасова-Левина и конического сопла Лаваля в составе работы ШРД. Значения удельного импульса камеры с соплом ТарасоваЛевина в диапазоне реализуемых на лабораторном стенде давлений превышают удельный импульс камеры ШРД с соплом Лаваля на 10-15%.