Ernest (jr0) wrote,
Ernest
jr0

Categories:

Об основных конструктивных решениях в ЖРД SpaceX Raptor. Вики-глава.

Переписываю вики-статью ЖРД Raptor. Хочу отзывов, в том числе, от тех, кто слабо знаком с темой. Статья-то для всех любознательных. Короткое "понятно" тоже годится. В вики глава содержит ссылки.

От опытных жду замечаний о терминологии. Можно придираться к словам.

Кстати, вики-статья хороша тем, что там показана драма перемен проектных требований к Raptor с 2012 по 2018.


1. Raptor питается переохлаждёнными значительно ниже температуры кипения жидкими метаном и кислородом. В предыдущем ЖРД Merlin использован охлаждённый керосин (--7C) и переохлаждённый кислород (--207C).

2. Для Raptor использована замкнутая схема ТНА, в которой продукты сгорания для привода турбины насосов попадают в общее сопло ЖРД.

В Merlin выхлоп привода насоса используется для наружного охлаждения сопла, что ведёт к потере вклада этой части топлива в тягу, быстрому росту расхода топлива при увеличении мощности насоса. В Raptor же охлаждение сопла совершает полезную работу испарение топлива.

3. Для Raptor использована так называемая полная газификация обоих компонентов топлива до турбины («полнопоточный привод»).

Такое решение пока удел стендов и исследований. Например, во многом уникальный, но стендовый РД-270 и закрытая конкурсная программа «Integrated Powerhead Demonstrator» ВВС США и NASA. В Merlin же использован двухпоточный насос с единым приводом на жидких компонентах топлива.

Суть полной газификации в том, что пройдя свой насос (по числу компонент — два турбонасоса, сокращённо ТНА) жидкий компонент испаряется в теплообменниках и попадает в камеры сгорания приводов насосов газообразным, где, чтобы дать энергию приводящую насосы, добавляется небольшое количество другого компонента сгорающего перед турбинами. После турбины компоненты и небольшое количество выхлопных газов попадают в единую камеру сгорания ЖРД двумя потоками.

Полная газификация, в сравнении частичным сгоранием в газогенераторах для замкнутой схемы, применённой во многих советских и некоторых американских и японских двигателях, имеет ряд преимуществ:


  • безопасное разделение компонент до камеры сгорания ЖРД;

  • мощное охлаждение перед турбиной полным потоком компонент;

  • возможность менять соотношение производительности обоих насосов сложной системой управления;

  • уменьшение взаимовлияния потоков компонент через единый привод насоса, включая с трудом устранимое высокочастотное;

  • сжигание газов в приводе насосов относительно проще, чем капель жидкости;

  • незавсимая система управления насосами улучшает управление тягой и соотношением компонент для меняющихся обстоятельств;

  • мощность насоса не связана с прямыми потерями, а потому возможно увеличение давления, которое ведёт, прежде всего, к росту тяги без увеличения двигателя и связанных с ним конструкций ракеты;

  • устранение кавитации (потому что это свойство потока жидкости) после насоса.

Преодолению кавитации в насосе способствует переохлаждение компонент, применённое для Raptor.

Есть, конечно, и недостатки. Главные:

  • дороговизна отработки и изготовления сложной системы управления подачей компонент;

  • дороговизна отработки и изготовления горячей части ТНА кислорода (камера сгорания и турбина), где на неё воздействет химически активный кислород и продукты горения («кислый газ») при очень высоком давлении;

  • возможность появления нагара (сажи) в горячей части ТНА для метана, вызванный углеродом в его составе (так называемый «сладкий газ»).

Уменьшает опасность нагара применение метана вместо керосина и система управления потоками компонент. Недостатки, видимо, оправдываются многократностью применения Raptor и указанными преимуществами.
Tags: raptor, spacex, жрд, история, космос, ликбез, сша
Subscribe

promo jr0 january 28, 2019 05:11 30
Buy for 10 tokens
Удивительный путь Эдгара Шмюда, немецкого мигранта в США, автора знаковых и самых успешных проектов истребителей P-51 Mustang, F-86 Sabre, F-100 Super Sabre и F-5 Tiger 1. Самоучка! «Я родился 30 декабря 1899 года, — писал Шмюд, — в маленьком городке недалеко от Цвайбрюкена…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic
    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 36 comments