Жидкостные ракетные двигатели с центральным телом: состояние и перспективы

В настоящее время растет интерес к проектам, направленным на снижение стоимости космических запусков. Поиск решений этой задачи выявляет новые требования к двигателям ракет-носителей. Однако существующие ракетные двигатели неспособны в полной мере соответствовать современным требованиям. Рассмотрение новых технических решений указывает на перспективность применения двигателей с центральным телом, которые обладают свойством саморегулирования и способны работать в расчетном режиме на протяжении всего срока эксплуатации. Это свойство позволяет использовать двигатели такого типа в качестве силовой установки для одноступенчатых возвращаемых ракет. Однако двигатели с центральным телом недостаточно изучены и до сих пор не нашли широкого применения, в связи с чем проведены поиск и анализ исследований ракетных двигателей с центральным телом. В результате поиска найдены математические модели процесса обтекания потоком центрального тела газовым, определены способы профилирования и оптимизации контура, а также ряд конструкторских и технологических решений. Однако верифицированных экспериментальными данными математических моделей обнаружить не удалось.

Литература

[1] Горохов В.Д., Черниченко В.В. Исследование возможности создания жидкостного ракетного двигателя с изменяемой степенью расширения сопла. Двигатель, 2008, № 5, с. 8–10.

[2] Скоморохов Г.И., Косовягин К.В. Расчет и 3D моделирование камеры ЖРД с тарельчатым соплом. Вопросы теории и практики инновационного развития науки и образования. Пенза, 2018, с. 145–162.

[3] Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. 488 с.

[4] Ваулин С.Д., Карташева М.А. Методы моделирования течений совершенного газа в кольцевых соплах. Вестник Оренбургского государственного университета, 2014, № 9, с. 91–95.

[5] Ваулин С.Д., Карташева М.А. Проектирование оптимальных кольцевых сопел летательных аппаратов с многокомпонентным рабочим телом. Вестник ИжГТУ имени М.Т. Калашникова, 2014, № 4, с. 11–13.

[6] Кольцова Т.А. Численное моделирование течения в донной области многоразовой одноступенчатой ракеты-носителя в полете с учетом работающего двигателя внешнего расширения с центральным телом. Известия Тульского государственного университета, 2019, № 5, с. 392–398.

[7] Takashi I., Kozo F., Koichi Hayashi A. Computations of axisymmetric plug–nozzle flowfields: flow structures and thrust performance. J. Propuls. Power, 2002, vol. 18, no. 2, pp. 254–260, doi: https://doi.org/10.2514/2.5964

[8] Ferlauto M., Ferrero A., Marsilio R. Fluidic thrust vectoring for annular aerospike nozzle. AIAA Propuls. Energ. Forum, 2020, doi: https://doi.org/10.2514/6.2020-3777

[9] Pradeep R., Thianesh U.K., Prabhu R., et al. Conceptual design and contour optimization of altitude compensation nozzles for SSTO vehicles. AIAA Propuls. Energ. Forum, 2020, doi: https://doi.org/10.2514/6.2020-3922

[10] Bach C., Sieder–Kartzmann J., Probst M., et al. Numerical analysis on an aerodynamically thrust–vectored Aerospike Nozzle. German Aerospace Congress (DLRK), 2014. URL: https://www.researchgate.net/publication/323295503_Numerical_Analysis_on_an_aerodynamically_thrust–vectored_Aerospike_Nozzle (дата обращения: 15.02.2021).

[11] Baker M., Besnard E., Clark J. CFD analyses in support of the flight test of a multi–chamber LOX/ethanol aerospike engine. 43rd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conf., 2007, pp. 4996–5006, doi: https://doi.org/10.2514/6.2007-5530

[12] Wilson A., Clark J., Besnard E., et al. CFD performance analysis of a multi-chamber aerospike engine in over-expanded, slipstream conditions. 45th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conf., 2009, doi: https://doi.org/10.2514/6.2009-5486

[13] Meiss J.H., Besnard E. Advanced design of a multi–thruster LOX/propylene aerospike engine. 49th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conf., 2013, doi: https://doi.org/10.2514/6.2013-3955

[14] Meiss J.H., Besnard E. Numerical analysis of curved thrusters for multichamber aerospike engines in flight conditions. J. Propuls. Power, 2017, vol. 33, no. 4, pp. 1002–1019, doi: https://doi.org/10.2514/1.B36332

[15] Утегенов Т.М., Цепкова А.С., Зубанов В.М. Моделирование ракетного двигателя с центральным телом. Проблемы и перспективы развития двигателестроения. Мат. док. межд. науч.-тех. конф. Самара, СамГТУ, 2018, с. 290–291.