Лазерное зажигание топлива жидкий кислород — газообразный водород в крупноразмерной камере сгорания

Проведен обзор результатов исследований лазерного зажигания топлива жидкий кислород — газообразный водород в экспериментальной камере сгорания, выполненных на стендовой базе АО «КБХА» (г. Воронеж). В ходе экспериментов использован разработанный в ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша» лазерный модуль зажигания, параметры которого оптимизированы для применения в системе запуска ракетного двигателя. Воспламенение топлива от лазерной системы зажигания происходило непосредственно в экспериментальной установке без применения запального устройства или предкамеры. Для реализации такого способа зажигания возгорание топлива в камере сгорания должно осуществляться при фокусировке лазерного излучения в объеме смеси, в выбранной зоне с благоприятными условиями для начала горения, с инициацией в этой области искры оптического пробоя. По результатам экспериментов подтверждена работоспособность лазерного модуля для проведения автономных и огневых испытаний, в том числе при многократном запуске двигательной установки, работающей на топливных компонентах жидкий кислород — газообразный водород.

Литература

[1] Phuoc T.X. Laser-induced spark ignition fundamental and applications. Optics and Lasers in Engineering, 2006, no. 44, pp. 351–397, doi: 10.1016/j.optlaseng.2005.03.008

[2] Manfletti C., Oschwald M., Sender J. Theoretical and Experimental Discourse on Laser Ignition in Liquid Rocket Engines. The 27th International Symposium on Space Technology and Science, 05–12 July 2009, Tsukuba, Japan. URL: https://elib.dlr.de/59666/1/manfletti-2009-ists.pdf (дата обращения 14 мая 2019).

[3] Wintner E. Laser Ignition of Engines: Technology, Benefits and Challenges. OSA Technical Digest (online) (Optical Society of America), 2014, paper LFP. 1. URL: https://doi.org/10.13 64/LAOP.2014.LFP.1 (дата обращения 14 мая 2019).

[4] Bradley D., Sheppard C.G.W., Suardjaja I.M., Woolley R. Fundamentals of high-energy spark ignition with laser. Combustion and Flame, 2004, vol. 138, pp. 55–77, doi: 10.1016/j.combustflame.2004.04.002

[5] 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 15 марта 2019).

[6] Ребров С.Г., Голубев В.А., Голиков А.Н. Лазерное зажигание кислородно-углеводород-ных топлив в ракетных двигателях. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2018, № 7(700), с. 77–91, doi: 10.18698/0536-1044-2018-7-77-91

[7] 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, 9 с.

[8] Злобин В.Б. Практическое применение лазерного воспламенения для топливных компонентов жидкостных ракетных двигателей. Решетневские чтения, Матер. XXI Междунар. науч.-практ. конф., 8–11 ноября 2017, Красноярск, СибГУ им. М.Ф. Решетнева, 2017, № 1(21), с. 206–207.

[9] DeLong D., Greason J., McKee K. Liquid Oxygen/Liquid Methane Rocket Engine Development. SAE Technical Paper, 2007-01-3876, 2007, doi: https://doi.org/10.4271/2007-01-3876

[10] Manfletti C., Kroupa G. Laser ignition of a cryogenic thruster using a miniaturised Nd:YAG laser. Optics Express, 2013, vol. 21, iss. S6, pp. A1126–A1139, doi: 10.1364/OE.21.0A1126

[11] Soller S., Rackemann N., Kroupa G. Laser Ignition Application to Cryogenic Propellant Rocket Thrust Chambers. Optics InfoBase Conference Papers, 2017, vol. pt. F67-LIC, 3 p., doi: 10.1364/LIC.2017.LFA4.3

[12] Börner M., Manfletti C., Kroupa G., Oschwald M. Laser ignition of a multi-injector research combustion chamber under high altitude conditions. 7th European Conference for Aeronautics and Space Sciences, 03–06 July 2017, Milan, Italy. URL: https://www.eucass.eu/doi/EUCASS2017-049.pdf, doi: 10.13009/EUCASS2017-49

[13] Рачук В.С., Завизион Г.И., Гутерман В.Ю., Рубинский В.Р., Губертов А.М., Ребров С.Г., Голиков А.Н., Голубев В.А. Лазерное устройство воспламенения компонентов топлива (варианты). Пат. 2451818 РФ, 2012, бюл. № 15, 7 с.

[14] 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.

[15] Искандаров М.О., Никитичев А.А., Свердлов М.А., Тер-Мартиросян А.Л. Твердотельные лазеры ближнего ИК-диапазона с диодной накачкой. Научное приборостроение, 2015, т. 25, № 4, c. 67–70.

[16] 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, 9 с.