Двигатели КБХМ им. Исаева

[Salo]

pnetmon пишет:

с некоторыми дополнениями статья про изготовление 3d моделей из пластика
 http://habrahabr.ru/company/neuronspace/blog/258937/

 
7 килограмм пластика и месяц работы ушло на проект. Напечатано на Replicator 2x — на двух принтерах параллельно, ABS пластиком от REC.
 Спасибо Александру из ФГУП ГКНПЦ им. М.В. Хруничева за то, что поделился информацией о своем проекте, а так же коллегам из КБхиммаш им. А. М. Исаева.
 
 UPD
 Ко мне обратились коллеги Александра и я вот решил восстановить справедливость и рассказать пару слов о создателе проекта.
 
 Александр Кузнецов, ведущий инженер, в свои 28 лет (с гос. наградой — инженерная слава). Начинал с того, что сам собрал RepRapfа потом на заводе РКЗ (ракетно космический завод) Хруничева сделал лабораторию прототипирования и аддитивных технологий и продолжает ее развивать насколько это возможно.
 
 На проект БИП закладывали 1-1.5 года и несколько миллионов рублей.
 Александр сделал за 1.5 месяца и в 400 раз дешевле.
 
 Макет ускорил поиск проблем и оказался полезен даже для сварщиков, им макеты тоже нужны, чтобы понять, как подлезть со сваркой.
 
 
 
 Компьютерное моделирование, оставаясь виртуальным, не решает всех проблем и не позволяет обнаружить все ошибки и недочеты при проектировании изделий и их блоков, т. е. сложных сборных систем, состоящих из агрегатов различного назначения и связанных между собой «хитрой» геометрической компоновкой.
 
 
 
 В КБхиммаш им. А. М. Исаева в рамках работы над новейшим кислородно-водородным разгонным блоком тяжелого класса (РБ КВТК) для тяжелой ракеты Ангара проводится исследовательская работа возможности применения аддитивной технологии 3D печати пластиковыми материалами для изготовления конструкторского макета бортового источника питания (БИП). БИП предназначен для питания рабочей жидкостью с заданными параметрами (расход, давление, температура) 2-х сервоприводов гидравлической системы электрогидравлических сервоприводов (ГС ЭГС), обеспечивающих функционирования двигателя РД0146Д ракеты Ангара.
 
 
 БИП является довольно сложной системой, как с точки зрения схемных решений, так и с точки зрения конструктивной. Он включает в себя широкую номенклатуру различных агрегатов, таких как регуляторы, редукторы, пневмо и электропневмоклапаны, турбонасосный агрегат, теплообменник и др. С другой стороны, БИП обладает приемлемыми габаритными размерами (460×650×750 мм), что позволяет выбрать его с точки зрения отработки технологии.
 
 
 На первом этапе подготовки твердотельных моделей для печати было признано более разумным отказаться от печати крепежа и использовать металлические болты, гайки и т.д. для сборки макета. Это решение объяснялось с одной стороны трудоемкостью выполнения 3D моделей крепежа с «прорисованной» резьбой и минимальным шагом этой резьбы в 1 мм (что требуется для обеспечения приемлемой точности печати), с другой стороны доступностью и распространенностью различного крепежа из металла.
 
 
 На этапе печати моделей было принято решение отказаться от идеи печатать трубопроводы заданной геометрии. Принятое решение объяснялось наличием усадки и неточностей геометрических размеров изготавливаемых пластиковых моделей и невозможностью подогнуть или подогнать пластиковый трубопровод «по месту» на собранном макете. В итоге вероятность несовпадения координат концевых элементов трубопроводов с координатами ответных элементов оказалась слишком высока. Использование металлических труб снимало эту проблему возможностью «подгибки» труб «по месту». Однако, металлические, а, следовательно, более тяжелые трубопроводы создавали бы значительную нагрузку на несущие элементы макета, выполненные из пластика. В итоге проведенного анализа было выбрано компромиссное решение: элементы трубопроводов (угольники, наконечники, тройники и т.д.) выполнили из пластика, а трубы из металла. При этом толщина стенки труб по возможности была заменена с 1 мм на 0,5 мм для облегчения всей конструкции.
 
 
 В связи с проблематичностью выполнения резьб с помощью принтера было решено выполнить их мечиками и плашками на готовых пластиковых деталях. Возникли проблемы с выполнением внешних резьб на цилиндрических поверхностях деталях, но они оказались вполне решаемы простым увеличением процента заполнения материалом при печати элементов.
 
 
 Выполняя те же функции, что и обычный металлический конструкторский макет (проверка собираемости, отработка технологии сборки, поиск ошибок и неточностей в конструкторской документации, прокладка электрики и др.), макет из пластика обходится на порядок дешевле. По предварительным оценкам его стоимость в 10-15 раз меньше, чем стоимость конструкторского макета из металла. При этом нет необходимости привлечения большого количества смежных служб и исполнителей, которые вносят дополнительные операции в процесс (заказ и нарезка металла, проектирование и изготовление штампов, токарные, фрезерные и другие механические операции и т.д). Цепочка исполнителей сокращается до «конструктор — оператор 3D принтера — слесарь сборщик», что в свою очередь также существенно ускоряет и упрощает процесс изготовления конструкторского макета.
 
 Макет солидно смотрится на выставках
 

[Salo]

http://www.krasm.com/Files/1712-Buklet_Krasmash.pdf
 
4Д76 в музее Красмаша.

[Salo]

http://novosti-kosmonavtiki.ru/forum/messages/forum13/topic581/message1403896/#message1403896

[email]zavjalov.vs@list.ru[/email] пишет:
Двигатель С5.86 в КБХМ изготовлен. Денег на испытание в НИЦ РКП нет, ни в Центре Келдыша (через которого проводилось финансирование на изготовление), ни в Роскосмосе.. Двигатель предложено законсервировать до принятия Космической программы на 2016-2025 гг.

[Владимир Семенович Завьялов]

 В.С.Завьялов написал статью "Метановый двигатель-3" Со статьей можно ознакомиться по этой ссылке

[Salo]

Спасибо.

[Salo]

Селезнёв Е.П., Смирнов И.Н., Дородников М.А.
Разработка и огневые испытания двухкомпонентных и однокомпонентных двигателей малой тяги в КБхиммаш имени А.М. Исаева
http://www.laspace.ru/upload/iblock/a81/a81ab7a06d732871d12138a11250f4cd.pdf

В настоящее время КБхиммаш завершает разработку двигателей для аппарата НПО имени С.А. Лавочкина по теме «Луна-Глоб», в этот комплект входят: ДМТ С5.140 (тяга 0,6 кГс), ДМТ С5.145 (тяга 5 кГс), двигатели мягкой посадки на Луну 255У.487 (тяга 60 кГс), корректирующий – тормозной двигатель С5.154.1000-0 (тяга 400 кГс).
Ведутся работы по разработке однокомпонентного тормозного двигателя посадочной платформы космического аппарата «Экз оМарс арс » с регулируемой тягой от 1400 кг до 300 кг. В состав аппарата входят также однокомпонентные двигатели С5.221 (тяга 5 кГс).

[Salo]

Там же:

Агеенко Ю.И., Панин И.Г., Пегин И.В., Чесноков Д.В.
Жидкостные ракетные двигатели малой тяги с дефлекторно-центробежной схемой смесеобразования для космических аппаратов НПО имени С.А. Лавочкина

[Salo]

АниКей пишет:

СПГ для ЖРД

 Топливо из кухонной конфорки весьма эффективно для ракетных двигателей
 Алексей Яковлев
 Ракетно-космический мир на перепутье: глобальные тенденции требуют снизить стоимость и увеличить экологическую безопасность космических услуг. Конструкторам приходится изобретать новые жидкостные ракетные двигатели (ЖРД) на экологически чистых видах топлива, заменяя дорогой, крайне энергоемкий жидкий водород дешевым сжиженным природным газом (СПГ) с содержанием метана 90–98 процентов. Это горючее в паре с жидким кислородом позволяет создавать новые высокоэффективные и недорогие двигатели с максимальным использованием уже существующих элементов конструкторского, материального, технологического и производственного задела.
СПГ не ядовит, при сгорании его в кислороде образуются водяной пар и двуокись углерода. В отличие от керосина, широко используемого в ракетной технике, проливы СПГ быстро испаряются, не нанося вреда окружающей среде.
 Скрытый текст Первые испытания
Температура воспламенения природного газа с воздухом и нижний предел его взрывоопасной концентрации выше, чем водорода и паров керосина, поэтому в области малых концентраций в сравнении с другим углеводородным горючим он менее взрывоопасен.

" На втором включении была достигнута рекордная длительность работы двигателя такой размерности при однократном включении – 2007 секунд "

В целом эксплуатация СПГ в качестве ракетного горючего не требует каких-либо дополнительных мер пожаровзрывопредупреждения, не применявшихся ранее.
Плотность СПГ в шесть раз выше, чем жидкого водорода, но в два раза ниже, чем керосина. Меньшая плотность ведет к соответствующему увеличению размеров бака СПГ по сравнению с керосиновым баком. Однако с учетом более высокого соотношения расходов окислителя и горючего (составляет примерно 3,5 к 1 для топлива «жидкий кислород (ЖК) + СПГ» и 2,7 к 1 для топлива «ЖК + керосин») общий объем заправляемого топлива «ЖК + СПГ» увеличивается только процентов на 20. С учетом эффекта криогенного упрочнения материала, а также возможности совмещения днищ баков ЖК и СПГ утяжеление топливных емкостей будет относительно небольшим.
И, наконец, производство и транспортировка СПГ давно уже освоены.
Конструкторское бюро химического машиностроения (КБ химмаш) имени А. М. Исаева в подмосковном Королеве приступило к работам (как оказалось, растянувшимся на годы из-за весьма скудного финансирования) по освоению топлива «ЖК + СПГ» в 1994 году, когда были проведены проектно-расчетные проработки и принято решение о создании нового двигателя с использованием схемно-конструктивной базы имеющегося кислородно-водородного КВД1 тягой 7,5 тс, успешно эксплуатируемого в составе верхней ступени (Cryogenic Upper Stage) 12КРБ индийской ракеты-носителя GSLV MkI (Geosynchronous Satellite Launch Vehicle).
 
Фото: Виталий Кузьмин
В 1996 году прошли автономные огневые испытания газогенератора на ЖК и природном газе в качестве компонентов топлива, имевшие целью в основном проверку режимов запуска и устойчивой работы – 13 включений подтвердили работоспособность газогенератора и дали результаты, которые использовались при разработке восстановительных газогенераторов, работающих по открытой и замкнутой схемам.
В августе-сентябре 1997-го в КБ химмаш проведены огневые испытания рулевого блока двигателя КВД1 (также с использованием природного газа вместо водорода), в котором в единой конструкции совмещены отклоняемая в двух плоскостях на угол ±39,5 градуса камера (тяга – 200 кгс, давление в камере – 40 кг/см2), арматура пуска и останова, пиротехническая система зажигания и электроприводы – один штатный рулевой блок КВД1 прошел шесть включений с общей наработкой более 450 секунд и давлением в камере в диапазоне 42–36 кг/см2. Результаты испытаний подтвердили возможность создания камеры малой размерности с использованием природного газа в качестве охладителя.
В августе 1997 года КБ химмаш приступило к огневым испытаниям полноразмерного двигателя замкнутой схемы тягой 7,5 тс на топливе «ЖК + СПГ». Основой для изготовления явился доработанный двигатель КВД1 замкнутой схемы с дожиганием восстановительного газогенераторного газа и охлаждением камеры горючим.
Штатный насос окислителя КВД1 был доработан: диаметр рабочего колеса насоса увеличен для обеспечения необходимого отношения напоров насосов окислителя и горючего. Также проведена корректировка гидравлической настройки магистралей двигателя для обеспечения расчетного соотношения компонентов.
Использование двигателя-прототипа, ранее прошедшего цикл огневых испытаний на топливе «ЖК + жидкий водород», обеспечило максимальное сокращение затрат на проведение исследования.
Холодные испытания позволили отработать методику подготовки двигателя и стенда к огневой работе в части обеспечения требуемых параметров СПГ в стендовых емкостях, захолаживания магистралей окислителя и горючего до температур, гарантирующих надежную работу насосов в пусковой период и стабильный и устойчивый запуск двигателя.
Первое огневое испытание двигателя состоялось 22 августа 1997 года на стенде предприятия, которое сегодня называется Научно-испытательный центр ракетно-космической промышленности (НИЦ РКП). В практике КБ химмаша данные испытания являлись первым опытом использования СПГ в качестве горючего полноразмерного двигателя замкнутой схемы.
Задачей испытания было получение успешного результата за счет некоторого снижения параметров и облегчения условий работы двигателя.
Управление выходом на режим и работой на режиме осуществлялось с помощью регуляторов тяги и соотношения расходов компонентов топлива с использованием алгоритмов КВД1, учитывающих взаимо-влияние каналов управления.
Программа первого огневого испытания двигателя замкнутой схемы была выполнена полностью. Двигатель отработал заданное время, замечаний по состоянию материальной части не было.
Результаты испытания подтвердили принципиальную возможность использования в агрегатах кислородно-водородного двигателя СПГ в качестве горючего.
Газа много – кокса нет
В дальнейшем испытания были продолжены с целью более углубленного изучения процессов, связанных с использованием СПГ, проверки работы агрегатов двигателя в более широких условиях применения, оптимизации конструкторских решений.
Всего с 1997 по 2005 год прошло пять огневых испытаний двух экземпляров двигателя КВД1, адаптированного для использования топлива «ЖК + СПГ», длительностью от 17 до 60 секунд, содержание метана в СПГ – от 89,3 до 99,5 процента.
В целом результаты этих испытаний позволили определить основные принципы разработки двигателя и его агрегатов при использовании топлива «ЖК + СПГ» и перейти в 2006 году к следующему этапу исследований, предусматривающих разработку, изготовление и испытание двигателя С5.86. Камера сгорания, газогенератор, турбонасосный агрегат и органы регулирования последнего конструктивно и параметрически выполнены специально для работы на топливе «ЖК + СПГ».
К 2009 году проведено два огневых испытания двигателей С5.86 продолжительностью 68 и 60 секунд при содержании метана в СПГ 97,9 и 97,7 процента.
Были получены положительные результаты по запуску и останову ЖРД, работе на установившихся режимах по тяге и соотношению компонентов топлива (в соответствии с управляющими воздействиями). Но одна из основных задач – экспериментальная проверка отсутствия накопления твердой фазы в тракте охлаждения камеры (кокса) и в газовом тракте (сажи) при достаточно длительных включениях – не могла быть выполнена из-за ограниченного объема стендовых емкостей СПГ (максимальная длительность включения составляла 68 секунд). Поэтому в 2010 году принято решение дооборудовать стенд для проведения огневых испытаний длительностью не менее 1000 секунд.
В качестве нового рабочего места был использован стенд НИЦ РКП для испытаний кислородно-водородных ЖРД, обладающий емкостями соответствующего объема. При подготовке к испытанию был учтен значительный опыт, полученный ранее при проведении семи огневых испытаний. В период с июня по сентябрь 2010 года стендовые системы жидкого водорода дорабатывались для использования СПГ, на стенд установлен двигатель С5.86 № 2, проведены комплексные проверки систем измерения, управления, аварийной защиты, регулирования соотношения расходов компонентов топлива и давления в камере сгорания.
Заправка стендовых емкостей горючим производилась из транспортной емкости заправщика (объем – 56,4 м3 с заправкой 16 т) с помощью блока заправки СПГ, включающего теплообменник, фильтры, запорную арматуру, средства измерения. После завершения заправки емкостей стендовые магистрали подачи компонентов топлива в двигатель захолаживались и заполнялись.
Двигатель запустился и работал нормально. Изменения режима происходили в соответствии с воздействиями системы управления. С 1100 секунды температура газогенераторного газа постоянно нарастала, вследствие чего было принято решение об останове двигателя. Выключение прошло по команде на 1160 секунде без замечаний. Причиной роста температуры явилась возникшая в ходе испытания негерметичность выходного коллектора тракта охлаждения камеры сгорания – трещина в сварном шве заглушенного технологического штуцера, установленного на коллекторе.
Анализ результатов проведенного огневого испытания позволил заключить:
 в процессе работы параметры двигателя были стабильны на режимах при различных сочетаниях соотношения расходов компонентов топлива (2,42 к 1 – 3,03 к 1) и тяги (6311 – 7340 кгс); подтверждены отсутствие образований твердой фазы в газовом тракте и отсутствие коксовых отложений в жидкостном тракте двигателя; получены необходимые экспериментальные данные для уточнения методики расчета охлаждения камеры сгорания при использовании СПГ в качестве охладителя; исследована динамика выхода охлаждающего тракта камеры сгорания на установившийся тепловой режим; подтверждена правильность технических решений по обеспечению запуска, управления, регулирования и прочего с учетом особенностей СПГ; разрабатываемый С5.86 тягой 7,5 тс может быть использован (в одиночку или в связке) как маршевый двигатель в перспективных разгонных блоках и верхних ступенях ракет-носителей; положительные результаты огневых испытаний подтвердили целесообразность дальнейших экспериментов по созданию двигателя на топливе «ЖК + СПГ».
 
На следующем огневом испытании в 2011 году выполнено двукратное включение двигателя. До первого выключения двигатель проработал 162 секунды. На втором включении, проведенном для подтверждения отсутствия образований твердой фазы в газовом тракте и коксовых отложений в жидкостном тракте, была достигнута рекордная длительность работы двигателя такой размерности при однократном включении – 2007 секунд, а также подтверждены возможности дросселирования тяги. Испытание было прекращено по выработке компонентов топлива. Суммарная наработка данного экземпляра двигателя составила 3389 секунд (четыре включения). Проведенная дефектация подтвердила отсутствие образований твердой фазы и кокса в трактах двигателя.
Комплекс расчетно-теоретических и экспериментальных работ с С5.86 № 2 подтвердил:
 принципиальную возможность создания двигателя необходимой размерности на топливной паре компонентов «ЖК + СПГ» с дожиганием восстановительного генераторного газа, обеспечивающего поддержание стабильных характеристик и практическое отсутствие твердой фазы в газовых трактах и коксовых отложений в жидкостных трактах двигателя; возможность многократного запуска и останова двигателя; возможность продолжительной работы двигателя; правильность принятых технических решений по обеспечению многократного запуска, управления, регулирования с учетом особенностей СПГ и аварийной защиты; возможности стенда НИЦ РКП по проведению длительных испытаний.
 
Также совместно с НИЦ РКП разработана технология транспортировки, заправки и термостатирования больших масс СПГ и отработаны технологические решения, практически применимые для процедуры заправки летных изделий.
СПГ – путь к многоразовым полетам
Вследствие того что узлы и агрегаты двигателя-демонстратора С5.86 № 2 из-за ограниченного финансирования были оптимизированы не в должном объеме, не удалось решить в полной мере ряд задач, в том числе:
 уточнение теплофизических свойств СПГ как охладителя; получение дополнительных данных для проверки сходимости характеристик основных агрегатов при моделировании на воде и работе на СПГ; экспериментальная проверка возможного влияния состава природного газа на характеристики основных агрегатов, в том числе трактов охлаждения камеры сгорания и газогенератора; определение характеристик ЖРД в более широком диапазоне изменения режимов работы и основных параметров как при единичном, так и при многократных включениях; оптимизация динамических процессов при запуске.
 
Для решения этих задач КБ химмаш изготовило модернизированный двигатель С5.86А № 2А, турбонасосный агрегат которого впервые оснащался пусковой турбиной, модернизированными основной турбиной и насосом горючего. Модернизирован тракт охлаждения камеры сгорания и перепрофилирована игла дросселя соотношения компонентов топлива.
Огневое испытание двигателя было проведено 13 сентября 2013 года (содержание метана в СПГ – 94,6%). Программа испытаний предусматривала три включения общей длительностью 1500 секунд (1300 + 100 + 100). Запуск и работа двигателя на режиме проходили нормально, однако на 532 секунде система аварийной защиты сформировала команду на аварийное выключение. Причиной аварии явилось попадание посторонней металлической частицы в проточную часть насоса окислителя.
Несмотря на аварию, С5.86А № 2А проработал достаточно долгое время. Впервые был проведен запуск двигателя, предназначенного для использования в составе ракетной ступени, требующей многократного запуска, по реализованной схеме с применением бортового пополняемого аккумулятора давления. Получен устойчивый режим работы при заданном режиме по тяге и максимальном из реализованных ранее соотношении расходов компонентов топлива. Определены возможные резервы по форсированию тяги и повышению соотношения расходов компонентов топлива.
Сейчас КБ химмаш завершает изготовление нового экземпляра С5.86 для испытаний на максимально возможный ресурс по времени работы и количеству включений. Он должен стать прототипом реального двигателя на топливе «ЖК + СПГ», который придаст новое качество верхним ступеням ракет-носителей и вдохнет жизнь в многоразовые транспортные системы. С их помощью космос станет доступным не только для исследователей и изобретателей, но, возможно, и просто для путешественников.

 Алексей Яковлев ,
главный конструктор по криогенным двигателям КБ химмаш имени А. М. Исаева
 http://vpk-news.ru/articles/27513

[Salo]

Sаlyutman пишет:
А от РД0146Д похоже откажутся...

Дмитрий В. пишет:
И с чем останется КВТК? С 0146 "без буквы"?

Sаlyutman пишет:
КВД-1 - наше всё  

[frigate]

Salo пишет:

Sаlyutman пишет:
А от РД0146Д похоже откажутся...

Дмитрий В. пишет:
И с чем останется КВТК? С 0146 "без буквы"?

Sаlyutman пишет:
КВД-1 - наше всё    

Неужели из-за американских санкций? 
РД-0148 и РД-0150 пока только на бумаге?    

[Дмитрий В.]

frigate пишет:

Salo пишет:

Sаlyutman пишет:
А от РД0146Д похоже откажутся...

Дмитрий В. пишет:
И с чем останется КВТК? С 0146 "без буквы"?

Sаlyutman пишет:
КВД-1 - наше всё    

Неужели из-за американских санкций?
РД-0148 и РД-0150 пока только на бумаге?

А санкции-то здесь причем?

[sychbird]

Дмитрий В. пишет:
А санкции-то здесь причем?  

Теоретически могут отозвать лицензионное соглашение. Могут пойти всякие судебные дела. Не уверен, что правильно читаю ситуацию, но хрен его знает. :oops:

[fagot]

Средства кончились, дублеров делать не на что, вот и все "санкции".

[Дмитрий В.]

sychbird пишет:

Дмитрий В. пишет:
А санкции-то здесь причем?    

Теоретически могут отозвать лицензионное соглашение. Могут пойти всякие судебные дела. Не уверен, что правильно читаю ситуацию, но хрен его знает.  :oops:

А разве РД0146 делается по лицензии? Он уже далеко ушел от RL10.

[sychbird]

Дмитрий В. пишет:

sychbird пишет:

Дмитрий В. пишет:
А санкции-то здесь причем?    

Теоретически могут отозвать лицензионное соглашение. Могут пойти всякие судебные дела. Не уверен, что правильно читаю ситуацию, но хрен его знает.  :oops:  

А разве РД0146 делается по лицензии? Он уже далеко ушел от RL10.

Возможно и так. Но лицензия была, и при желании можно в судах этим играть долго и со вкусом. 
Но я не настаиваю. Может я и зря панику поднимаю. Это всего лишь моя гипотенуза

[frigate]

Как обычно мы гадаем на кофейной гуще - т.к. неизвестно что было включено в договор между P&W и КБХА подписанный в конце 90х.

[Not]

Точка зрения генерала Гривса (ВВС США) о возможности копирования РД-180 в США.

12. Can we reverse engineer the RD-180?
- Not right now...it is truly rocket science and U.S. industry does not currently have the metallurgy and manufacturing skills to match it.
- The RD-180 is a licensed design that the U.S. does not own.

Он утверждает, что в США в настоящее время нет соответствующего уровня материаловедения  (металлургии) и машиностроения чтобы повторить этот двигатель.
 
Lt Gen Greaves EELV Handout-Talking Points.pdf

[napalm]

Что намного интереснее - США не являются собственником лицензии на производство.. 

[Старый]

napalm пишет:
Что намного интереснее - США не являются собственником лицензии на производство..  

Я тоже удивился. Вроде как в соглашение о создании двигателя автоматом входила лицензия.

[Старый]

frigate пишет:
Как обычно мы гадаем на кофейной гуще - т.к. неизвестно что было включено в договор между P&W и КБХА подписанный в конце 90х.

Это КБХА тогда было Энергомашем.