РД на метане

[LITY]

Испытания напечатанного метанового двигателя 
http://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Transportation/3D-printed_thrust_chamber_passes_first_test...

[ZOOR]

Оборудование для перекачки СПГ испытают в НИИЭФА

...
 Кстати, на строительство стендового комплекса помимо «Росатома» претендовали «Роскосмос», «Ростех» и ЦИАМ им. Баранова. Но мы предложили самые выгодные условия реализации проекта, поэтому получили заказ.
...

[Salo]

http://rostender.info/region/moskva-gorod/44785550-tender-sozdanie-raketnyh-dvigatelej-novogo-pokoleniya-i-bazovyh-elementov-marshevyh-dvigatelnyh-ustanovok-perspektivnyh-sredstv-vyvedeniya-shifr-okr
Тендер: "Создание ракетных двигателей нового поколения и базовых элементов маршевых двигательных установок перспективных средств выведения" (Шифр ОКР: "ДУ СВ") "Создание ракетных двигателей нового поколения и базовых элементов маршевых двигательных установок перспективных средств выведения в части работ 2020-2025 годов" (Шифр СЧ ОКР: "ДУ СВ" )
№44785550    Дата размещения: 10.04.20

Техническое задание

2 ЦЕЛЬ ВЫПОЛНЕНИЯ СЧ ОКР, НАИМЕНОВАНИЕ И ИНДЕКС ИЗДЕЛИЯ
2.1 Целями выполнения СЧ ОКР является разработка опытного образца маршевого жидкостного ракетного двигателя (далее - ЖРД) нового поколения с оптимальными параметрами, использованием опытного образца системы диагностики и аварийной защиты ЖРД, а также элементов маршевых двигательных установок перспективных средств выведения.
2.2 Наименование изделия: двигатель.
2.3 Индекс изделия: присваивается Государственным заказчиком.
2.4 Назначение и область применения создаваемого (модернизируемого) изделия: отработка и подтверждение схемно-конструктивных решений для перспективных двигателей на кислородно-углеводородном топливе (жидкий кислород - сжиженный природный газ) тягой на уровне 85 тс.
Основное назначение изделия: задел в части опытного образца ЖРД с высоким уровнем наземной экспериментальной отработки для создания на его базе серийного ЖРД на кислородно-углеводородном топливе (жидкий кислород -сжиженный природный газ) тягой на уровне 85 тс.
При проведении работ по разработке опытного образца ЖРД и экспериментальных установок допускается изготовление ДСЕ с использованием прогрессивных технологий.
Решаемые задачи в рамках СЧ ОКР «ДУ СВ» (2025):
2.4.1 Выпуск и корректировка РКД на экспериментальные установки.
2.4.2 Подготовка производства для изготовления узлов и агрегатов экспериментальных установок.
2.4.3 Изготовление ДСЕ, узлов и агрегатов экспериментальных установок.
2.4.4 Подготовка стенда к проведению испытаний экспериментальных установок.
2.4.5 Проведение испытаний экспериментальных установок. Анализ результатов испытаний и выдача рекомендаций.
2.4.6 Корректировка РКД узлы и агрегаты ЖРД, выпуск и корректировка РКД на опытный образец ЖРД.
2.4.7 Подготовка производства для изготовления узлов и агрегатов ЖРД.
2.4.8 Подготовка производства для изготовления опытных образцов
ЖРД.
2.4.9 Изготовление узлов и агрегатов ЖРД.
2.4.10 Проведение автономных испытаний узлов и агрегатов ЖРД. Анализ результатов испытаний и выдача рекомендаций.
2.4.11 Изготовление опытных образцов ЖРД (сборка).
2.4.12 Подготовка стенда к проведению испытаний опытных образцов
ЖРД.
2.4.13 Проведение испытаний опытных образцов ЖРД. Анализ результатов испытаний.
2.4.14 Проведение работ по комплексному анализу выбора конструктивных и технологических. решений, результатов испытаний с выдачей рекомендаций.
2.4.15 В рамках научно-методического сопровождения работ по разработке и корректировке РКД на двигатель:
2.4.15.1 Разработка комплексной методики детального моделирования быстроменяющихся процессов в ТНА при перемещении вала, сопряженных с расчетами теплового и напряженно-деформированного состояния. Расчетное моделирование работы ТНА на переходных и предельных режимах и разработка методов парирования ударных нагрузок.
2.4.15.2 Разработка современных методов моделирования локальных характеристик систем охлаждения ЖРД с учетом разбросов функциональных и технологических параметров.
2.4.15.3 Разработка методического обеспечения для обоснования эффективности САЗ, в том числе для определения динамики развития нештатных ситуаций для создания САЗ двигателя при наземной экспериментальной отработке.
2.4.16 В рамках научно-методического сопровождения изготовления и испытаний доводочных двигателей:
2.4.16.1 Разработка комплексной методики подтверждения запасов работоспособности ЖРД с учетом разбросов параметров рабочих процессов, особенностей технологических переделов, данных контроля качества изготовления и отклонений (допусков) размерных параметров и свойств материалов.
2.4.16.2 Разработка методик и проведение работ по диагностике ДСЕ, изготовленных с применением прогрессивных технологий, защитных покрытий, в том числе при изготовлении, автономной отработке и после испытаний двигателей.
2.4.16.3 Разработка методик и проведение расчётных работ с моделированием параметров ДУ для различных условий включений (до четырёх раз) ЖРД в полете (при возвращении ступени).
2.5 При выполнении СЧ ОКР используется научно-технический задел в соответствии с Приложением Б к настоящему ТЗ.

3 ТАКТИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ (ТРЕБОВАНИЯ К НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ)
3.1 Состав изделия
3.1.1 В состав опытного образца ЖРД входит:
- камера сгорания (в том числе сопло);
- газогенератор;
- турбонасосный агрегат;
- бустерные турбонасосные агрегаты горючего и окислителя;
- агрегаты управления, автоматики и регулирования (в качестве приводов дросселя и регулятора используется материальная часть, со штатных изделий);
- система зажигания многоразового применения (электроилазменная или лазерная);
- отдельные элементы для обеспечения наддува баков PH;
- элементы рамы;
- элементы тепловой защиты двигателя;
- фильтры на входах окислителя и горючего;
- средства контроля параметров аварийности;
- датчики и кабели системы управления (СУ);
- датчики и кабели системы измерения (СИ).

Элементы маршевых двигательных установок:
- опытный образец системы аварийной защиты (САЗ).
3.1.2 На двигателе необходимо предусмотреть возможность установки элементов, которые будут использоваться для управления вектором тяги, отбора мощности для питания привода гидронасоса системы управления вектором тяги и реализации системы наддува баков.
3.1.3 Двигатель должен обеспечивать фиксацию камеры в «нулевом» положении для монтажа РМ.
3.1.4 В состав средств контроля параметров аварийности двигателя должны входить датчики контроля работоспособного состояния двигателя, а также исполнительные элементы, обеспечивающие выключение двигателя при прохождении команды аварийного выключения.
3.1.5 Электрические связи (СИ и СУ) от двигателя к блоку PH должны быть выведены на отдельную плату.
3.1.6 Напряжение питания элементов электрооборудования двигателя от 23 до 34 В постоянного тока. Напряжение питания приводов дросселя и регулятора от 23 до 31 В постоянного тока. Потребление тока каждым электропневмоклапаном - не более 2 А.

3.2 Требования назначения
3.2.1 Двигатель должен обеспечивать:
запуск и останов по команде системы управления стенда;
создание тяги по продольной оси изделия на номинальном и форсированном режимах работы;
включение с обеспечением режима предварительной ступени тяги
(ПСТ);
выключение с режима конечной ступени тяги (КСТ);
регулирование по тяге и соотношению расходов компонентов
топлива;
до четырех включений серийного образца ЖРД в полете (для осуществления возврата первой ступени PH и вертикальной посадки в район точки старта);
управление вектором тяги по каналам тангажа и рыскания на угол ±7 градусов (для серийного образца ЖРД);
отбор генераторного газа в дискретном режиме для обеспечения работы креновых сопел (для серийного образца ЖРД).
3.2.2 Двигатель должен обеспечивать заданные параметры с допустимыми разбросами, не превышающими указанные в настоящем ТЗ.
3.2.3 Компоненты топлива и сжатые газы:
окислитель - жидкий кислород, сорт 2 по ГОСТ 6331-78;
горючее - сжиженный природный газ (СПГ) марки «А»
по ГОСТ Р 56021-2014;
газ продувок и средств пневмоавтоматики - азот газообразный, категория вторая, ОСТ 92-1577-78.
3.2.4 Двигатель должен обеспечивать следующие режимы работы:
- предварительный режим (ПР);
- основной режим (ОР);
- конечный режим (КР).
3.2.5 Двигатель должен быть работоспособен при работе на ОР при насыщении компонентов топлива газами:
окислителя - гелием до парциального давления 3,5 кгс/см2 при температуре от 90,15 до 98,15 К (от минус 183,0 до минус 175,0°С);
горючего - гелием до парциального давления 2,2 кгс/см2 при температуре от 111,65 до 118,15 К (от минус 161,5 до минус 155,0°С).




3.2.7 Точность настройки двигателя по тяге при номинальных условиях работы, не более:
- на основном режиме - 3,0 %;
- на предварительной и конечной ступенях - 5,0 %.
3.2.8 Отклонение удельного импульса тяги от номинального значения при номинальных условиях работы и номинальных значениях взаимовлияющих параметров не должно превышать - ±29,4 м/с (3,0 кгс-с/кг).
3.2.9 Двигатель должен обеспечивать регулирование от номинального значения по соотношению компонентов топлива при крайних отклонениях внешних факторов - ±7,0 %.
3.2.10 Точность настройки по соотношению компонентов топлива при номинальных условиях работы - ±3,0 %.
3.2.11 Максимальное значение градиента тяги при запуске должно составлять не более 9,8 МН/с, при переходе на режимы не более 7,8 МН/с, при выключении с режима КР не более 9,8 МН/с.
3.2.12 Максимальное время работы двигателя - 200 с, включая работу на режимах ПР и КР.
3.2.13 Гарантийное использование агрегатов двигателя до 3-х раз.

3.3 Требования радиоэлектронной защиты
Двигатель должен соответствовать требованиям ГОСТ В 25803-91 (для группы аппаратуры 1.2.3).

3.4 Требования живучести и стойкости к внешним воздействиям
3.4.1 Состав и характеристики факторов внешних воздействий на двигатель определяются ГОСТ РВ 20.39.304-98, ГОСТ 21964-76.
3.4.2 Двигатель должен быть работоспособен при попадании в него по линиям «О» и «Г» посторонних частиц из баков. По каждой магистрали могут попадать частицы суммарной массой не более 400 мг, из них металлических и других твёрдых частиц не более 200 мг, в том числе алюминиевых частиц не более 40 мг.
3.4.3 Максимальный линейный размер частиц не должен превышать 0,6 мм. Допускается попадание не более пяти крупных частиц с максимальным линейным размером не более 1,5 мм.

3.5 Требования надёжности
3.5.1 Работы по обеспечению и контролю надёжности создаваемых изделий, должны осуществляться в соответствии с требованиями Положения РК-11-КТ, ГОСТ 27.002-2015, ГОСТ РВ 15.203-2001, ГОСТ РВ 15.201-2003, ГОСТ В 21256-89, ГОСТ 27.002-2015, ГОСТ 27.003-2016, ГОСТ РО 1410-001- 2009, ГОСТ РО 1410-002-2010, ГОСТ РО 1410-003-2015, ГОСТ В 21258-86, ГОСТ В 21262-75, ГОСТ 27.301-95, ГОСТ 27.310-95, ГОСТ РВ 51030-97 и другими нормативными документами, действующими совместно с Положением РК-11-КТ.
3.5.2 Надёжность создаваемого двигателя при выполнении функций должна характеризоваться следующими показателями надёжности и их нормативными значениями.
3.5.2.1 Средний срок службы серийного образца двигателя должен быть не менее 12 лет. Среднеквадратическое отклонение срока службы - не более 1 года.
3.5.2.2 Средний срок сохраняемости серийного образца двигателя должен быть не менее 7 лет. Среднеквадратическое отклонение срока сохраняемости - не более 0,5 года.
3.5.2.3 Вероятность безотказной работы серийного образца ЖРД, при выполнении функций в течение всего срока службы с учётом установленной модели эксплуатации (этапов хранения, транспортировки, технического
обслуживания и режимов функционирования в составе средства выведения) должна быть не менее 0,999 (по мере набора статистики испытаний).
По результатам отработки двигателя должны определяться точечная оценка и нижняя граница одностороннего доверительного интервала вероятности безотказной работы при доверительной вероятности 7=0,8.
Уровень надежности опытного образца ЖРД должен обеспечить создание серийного образца ЖРД с заданными требованиями надежности.
3.5.2.4 Критерием отказа двигателя является любое несоответствие, при котором невозможно выполнение хотя бы одной из функций, указанных в п. 3.2.
3.5.2.5 Ресурс серийного образца ЖРД (прототипом которого является создаваемый опытный образец) должен быть достаточен для проведения всех видов технического обслуживания, наземного контроля и испытаний, штатной подготовки к запуску.
3.5.3 Надёжность создаваемых элементов маршевых двигательных установок перспективных средств выведения должна обеспечивать выполнение требований к надёжности двигателей, указанных в п. 3.5.2. В рамках выполнения СЧ ОКР должна быть сформирована номенклатура показателей надёжности создаваемых элементов двигателя и проведена оценка их значений расчётно-экспериментальным методом.
3.5.4 Подтверждение выполнения требований надёжности (потенциальная достижимость требуемого уровня надёжности) должно быть проведено расчётно-экспериментальным методом. Оценка надёжности должна проводиться по согласованной с ГНИО РКП методике. Уточнение методик оценки надёжности должно проводиться на каждом этапе создания изделий. Модель эксплуатации серийного образца двигателя должна быть определена на этапе разработки эскизного проекта (ЭП) на PH и согласована с ГНИО РКП по направлению.
Должны быть подготовлены предложения по установлению назначенных сроков службы и сроков хранения разрабатываемого опытного образца ЖРД, а также предложения по гарантийным обязательствам.
Порядок подтверждения количественных требований по надёжности и значения контрольных уровней вероятности безотказной работы (ВБР) двигателя устанавливаются отдельным решением, которое выпускается Головным исполнителем на этапе РКД и согласовывается с ГНИО РКП по направлению.
3.5.5 Требования надёжности двигателя должны быть подтверждены:
обоснованием номенклатуры и количества испытаний с подтверждением
показателей надёжности;
применением повышенного качества электрорадиоизделий и применяемых материалов в соответствии с «Положением о порядке комплектования электронной компонентной базой аппаратуры изделий ракетно-космической техники. Положение ЭКБ-РКТ» ред. 2007 г.»;
оценками соответствия надёжности требованиям ТЗ по каждому нормируемому показателю в соответствии с ГОСТ РО 1410-001-2009, ГОСТ РВ 20.57.304-98, ГОСТ В 21262-75.
3.5.6 Работы по анализу видов, последствий и критичности отказов (АВПКО) должны проводиться в соответствии с требованиями РК-11-КТ, ГОСТ РО 1410-001 -2009, ГОСТ 27.310-95.
3.5.7 Система информации о надёжности создаваемых изделий должна функционировать в соответствии с требованиями ГОСТ РО 1410-002-2010.

[Salo]

https://twitter.com/anik1982space/status/1249258169551007744

anik @anik1982space
Рогозин опубликовал утверждённый план по развитию средств выведения

11:48 AM · 12 апр. 2020 г.·Twitter for iPhone

[ZOOR]

Воронежцы что-то интересное предлагают
https://esa-conference.ru/wp-content/uploads/files/pdf/Skomorohov-Gennadij-Ivanovich.pdf

Моделирование газодинамического тракта тарельчатого сопла с центральным телом
...


Заключение. Одним из вариантов решения задачи размещения ЖРД в условиях ограниченных линейных размеров, мас-сы и отсутствия ограничений на площадь миделя, является использование сопел с внешним расширением потока. Результа-том настоящей работы является разработка и 3D-моделирование камеры сгорания с центральным телом на топливной паре -кислород-метан.

Представлена методика расчета геометрических параметров КС, выполнено профилирование газодинамического профиля камеры и расчет межрубашечного пространства для охлаждения КС ЖРД. Расчеты и 3D-моделирование показали, что при одинаковом удельном импульсе тяге и давлении в камере можно до-биться уменьшения габаритных размеров, а именно: длина камеры с тарельчатым соплом составляет 1,355 м против 3,55 РД-0162 при тех же параметрах.

[Старый]

ZOOR написал:
Результа-том настоящей работы является разработка и 3D-моделирование камеры сгорания с центральным телом на топливной паре -кислород-метан.

А на других топливных парах это не работает? Другие законы термодинамики?

[mihalchuk]

Старый написал:
 

ZOOR написал:
Результа-том настоящей работы является разработка и 3D-моделирование камеры сгорания с центральным телом на топливной паре -кислород-метан.

А на других топливных парах это не работает? Другие законы термодинамики?

Работает, но хуже - в таком сопле повышенный теплообмен. Думаю, керосин не справится.

[Старый]

mihalchuk написал:
 

Старый написал:
 

ZOOR  написал:
Результа-том настоящей работы является разработка и 3D-моделирование камеры сгорания с центральным телом на топливной паре -кислород-метан.

А на других топливных парах это не работает?  Другие законы термодинамики?

Работает, но хуже - в таком сопле повышенный теплообмен. Думаю, керосин не справится.

От обычного то сопла чем отличается?  :oops: 

[Alex_II]

mihalchuk написал:
Работает, но хуже - в таком сопле повышенный теплообмен. Думаю, керосин не справится.

Изначально они тарельчатое сопло делали под водород. Теперь видать решили на метан посчитать...
РД-0126Э

[mihalchuk]

Старый написал:
 

mihalchuk написал:
 

Старый  написал:
   

ZOOR   написал:
Результа-том настоящей работы является разработка и 3D-моделирование камеры сгорания с центральным телом на топливной паре -кислород-метан.

А на других топливных парах это не работает?  Другие законы термодинамики?

Работает, но хуже - в таком сопле повышенный теплообмен. Думаю, керосин не справится.

От обычного то сопла чем отличается?  :oops:  

Критика большая. В смысле - больше площадь в районе критического сечения, где и происходит основной теплообмен со стенкой.

[Serge V Iz]

Имхо, в том месте, где внешнее сопло разворачивает поток должен находиться участок повышенной температуры - температуры торможения, которого нет в традиционной схеме. С другой стороны, большая относительная площадь огневых стенок должна бы как раз упрощать охлпждение. С третьей, она же должна увеличивать массу конструкции... )

[mihalchuk]

Serge V Iz написал:
Имхо, в том месте, где внешнее сопло разворачивает поток должен находиться участок повышенной температуры - температуры торможения, которого нет в традиционной схеме.

Температура торможения газа - она одинакова в любой части сопла. Нужно смотреть суммарный тепловой поток интеграл по поверхности теплового потока, который завист не только от температуры, но и от плотности, скорости, излучения и много ещё чего.

С другой стороны, большая относительная площадь огневых стенок должна бы как раз упрощать охлпждение.

Она увеличивает теплообмен, параметры в критике одинаковые, а площадь - больше. Охлаждение не проще и не сложнее, но охладитель должен иметь достаточный хладоресурс.

[Сергей]

ZOOR написал:
Воронежцы что-то интересное предлагают
 https://esa-conference.ru/wp-content/uploads/files/pdf/Skomorohov-Gennadij-Ivanovich.pdf
 

Моделирование газодинамического тракта тарельчатого сопла с центральным телом
...
   

Заключение. Одним из вариантов решения задачи размещения ЖРД в условиях ограниченных линейных размеров, мас-сы и отсутствия ограничений на площадь миделя, является использование сопел с внешним расширением потока. Результа-том настоящей работы является разработка и 3D-моделирование камеры сгорания с центральным телом на топливной паре -кислород-метан.

Представлена методика расчета геометрических параметров КС, выполнено профилирование газодинамического профиля камеры и расчет межрубашечного пространства для охлаждения КС ЖРД. Расчеты и 3D-моделирование показали, что при одинаковом удельном импульсе тяге и давлении в камере можно до-биться уменьшения габаритных размеров, а именно: длина камеры с тарельчатым соплом составляет 1,355 м против 3,55 РД-0162 при тех же параметрах.

Молодцы!! Надо только добавить:
- диаметр среза сопла при равных тяге и УИ такие же, как у ЖРД с соплом Лаваля;
- при использовании на 1-ой ступени сопло подстраивается под давление окружающей среды, нет потерь на нерасчетность с изменением высоты полета как у обычного сопла Лаваля;
- при кольцевой форме критического сечения тепловые потоки в стенку в трансзвуковой части сопла увеличиваются, эффективность дополнительной турбины ТНА под газообразный метан из рубашки увеличивается, можно дополнительно снизить температуру газа на турбины горючего и окислителя; на безгенераторную схему вроде не тянет;
- уменьшение длины сопла  уменьшает потребный объем под качание ЖРД, возможна более плотная компоновка;
- при фиксированной длине ракеты можно увеличить длину баков, уменьшить длину межступенного отсека.

[Сергей]

Alex_II написал:
Изначально они тарельчатое сопло делали под водород. Теперь видать решили на метан посчитать... РД-0126Э

При водороде - безгенераторная схема.

[Старый]

Сергей написал:
- уменьшение длины сопла  уменьшает потребный объем под качание ЖРД, возможна более плотная компоновка;

Кстати, да. Как эту чюду будут качать?  :oops: 

[Дмитрий В.]

Старый написал:
 

Сергей написал:
- уменьшение длины сопла  уменьшает потребный объем под качание ЖРД, возможна более плотная компоновка;

Кстати, да. Как эту чюду будут качать?  :oops:  

Как обычно - с применением подвеса в шарнире Кардана-Гука или сферическом шарнире.

[cross-track]

А двигатели с  тарельчатым соплом в железе существуют? И насколько широко применяются?

[еcort]

Salo написал:
2.4 Назначение и область применения создаваемого (модернизируемого) изделия: отработка и подтверждение схемно-конструктивных решений для перспективных двигателей на кислородно-углеводородном топливе (жидкий кислород - сжиженный природный газ) тягой на уровне 85 тс.

IMHO, у китайцев-частников подобное уже есть: TQ-12 от LandSpace

[drzerg]

cуществовали с цилиндрической КС. "качание" обеспечивалось разнотягом с разных сторон.

MGM-52 Lance Missile

[Старый]

Дмитрий В. написал:
Как обычно - с применением подвеса в шарнире Кардана-Гука или сферическом шарнире.

А задевать она ни за что не будет?  :oops: