Лазерное зажигание кислородно-углеводородных топлив в ракетных двигателях

Рассмотрены основные результаты исследований, направленных на внедрение лазерного зажигания в ракетных двигателях, использующих кислородно-углеводородные топлива. Определены требования к техническим характеристикам систем лазерного зажигания и рабочие диапазоны камер сгорания по давлению, составу и расходу топливной смеси для обеспечения надежного зажигания в запальных устройствах, ракетных двигателях малой тяги, а также в модельных и натурных камерах сгорания. В качестве способа зажигания использован метод инициации искры оптического пробоя в области с благоприятными для воспламенения характеристиками смеси, при этом лазерное излучение фокусировалось либо в объеме смеси, либо вблизи металлической поверхности. По результатам испытаний показана реализуемость лазерного зажигания на камерах сгорания как малоразмерных (объемом несколько кубических сантиметров), так и маршевых двигателей с использованием малогабаритных лазеров, устанавливаемых непосредственно на эти камеры. На основе полученного опыта разработаны методические рекомендации по отработке лазерного зажигания на крупноразмерных камерах сгорания ракетных двигателей.

Литература

[1] Lacaze G., Cuenot B., Poinsot T., Oschwald M. Large eddy simulation of laser ignition and compressible reacting flow in a rocket-like configuration. Combustion and Flame, 2009, vol. 156, pp.1166–1180.

[2] Manfletti C., Oschwald M., Sender J. Theoretical and Experimental Discourse on Laser Ignition in Liquid Rocket Engines. Lampoldshausen, Germany, Institute of Space Propulsion, German Aerospace Center (DLR) publ., 2009. 10 p.

[3] Manfletti C., Kroupa G. Laser ignition of a cryogenic thruster using a miniaturised Nd: YAG laser. Optics Express, 2013, vol. 21, is. S6, pp. A1126–A1139.

[4] Иванов А.В., Ребров С.Г., Пономарев Н.Б., Голиков А.Н., Моталин Г.А., Плетнев Н.В., Архипов А.Б., Жигарев Л.Ф., Беляев В.С., Юлдашев Э.М., Рачук В.С., Гутерман В.Ю. Способ воспламенения компонентов топлива в камере сгорания ракетного двигателя и устройство для его осуществления (варианты). Пат. 2326263РФ, 2008, бюл. № 16, с. 8.

[5] Иванов А.В., Ребров С.Г., Голиков А.Н., Гутерман В.Ю. Лазерное зажигание ракетных топлив кислород–водород, кислород–метан. Авиакосмическая техника и технология, 2008, № 2, с. 47–54.

[6] Ребров С.Г., Голиков А.Н., Голубев В.А., Шестаков А.В., Романюк В.Н. Воспламенение ракетных топлив c использованием микрочип-лазера. Труды МАИ, 2012, № 57. URL: http://trudymai.ru/published.php/published.php?ID=31098 (дата обращения 15 февраля 2018).

[7] Ребров С.Г., Голиков А.Н., Голубев В.А. Воспламенение топлив кислород-этанол и кислород-керосин в беспредкамерном РДМТ с использованием малогабаритных лазеров. Авиакосмическая техника и технология, 2009, № 2, с. 18–23.

[8] Голиков А.Н., Голубев В.А., Ребров С.Г. Экспериментальные исследования лазерного зажигания несамовоспламеняющихся топлив в ракетном двигателе малой тяги. Космонавтика и ракетостроение, 2010, № 3(60), с. 92–100.

[9] Ребров С.Г., Голиков А.Н., Голубев В.А., Кочанов А.В., Клименко А.Г. Ракетный двигатель малой тяги, работающий на несамовоспламеняющихся компонентах топлива, и способ его запуска. Пат. 2400644 РФ, 2010, бюл. № 27, с. 9.

[10] Ребров С.Г., Голубев В.А., Голиков А.Н. Камера жидкостного ракетного двигателя или газогенератора с лазерным устройством воспламенения компонентов топлива и способ ее запуска. Пат. 2468240 РФ, 2012, бюл. № 33, с. 9.

[11] Ребров С.Г., Голиков А.Н., Голубев В.А. Лазерное воспламенение ракетных топлив в модельной камере сгорания. Труды МАИ, 2012, № 53. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=29491 (дата обращения 01 февраля 2018).

[12] Белов Е.А., Дубовик Д.И., Иванов Н.Г., Клюева О.Г., Левочкин П.С., Ромасенко Е.Н., Голиков А.Н., Голубев В.А., Ребров С.Г. Экспериментальное исследование влияния расположения зоны фокусировки лазера на воспламенение топлива кислород-керосин. Труды НПО Энергомаш им. академика В.П. Глушко, 2013, № 30, c. 120–134.

[13] Чванов В.К., Белов Е.А., Дубовик Д.И., Иванов Н.Г., Лёвочкин П.С., Клюева О.Г., Ромасенко Е.Н., Фёдоров В.В., Голубев В.А., Ребров С.Г. Исследование лазерного воспламенения топлива кислород-керосин в модельной установке. Труды НПО Энергомаш им. академика В.П. Глушко, 2012, № 29, c. 198–210.

[14] Ребров С.Г., Голубев В.А., Голиков А.Н. Лазерное зажигание топлива кислород-керосин в ракетной технике: от запальных устройств к маршевым ракетным двигателям. Труды МАИ, 2017, № 95. URL: http://trudymai.ru/upload/iblock/030/Rebrov_Golubev_Golikov_rus.pdf (дата обращения 1 марта 2018).

[15] Ребров С.Г., Голубев В.А. Пиковые давления в камерах сгорания при лазерном воспламенении. Известия РАН. Энергетика, 2015, № 2, с. 131–137.

[16] Чванов В.К., Ганин И.А., Иванов Н.Г., Левочкин П.С., Ромасенко Е.Н., Сурков Б.А. Экспериментальное исследование лазерного воспламенения топлива кислород-керосин в камерах ЖРД. Труды НПО Энергомаш им. академика В.П. Глушко, 2015, № 32, c. 113–133.