Roketi na ulimwengu wa nafasi katika njia panda: mwenendo wa ulimwengu unahitaji gharama za chini na kuongezeka kwa usalama wa mazingira wa huduma za anga. Wabunifu lazima wabuni injini mpya za roketi zinazotumia kioevu (LPRE) kwa kutumia mafuta rafiki kwa mazingira, wakibadilisha hidrojeni ya maji yenye gharama kubwa na yenye nguvu na gesi ya asili iliyochanganywa (LNG) yenye kiwango cha methane cha asilimia 90-98. Mafuta haya, pamoja na oksijeni ya kioevu, inafanya uwezekano wa kuunda injini mpya zenye ufanisi mkubwa na zisizo na gharama kubwa na matumizi ya kiwango cha juu ya vitu vilivyopo tayari vya muundo, nyenzo, teknolojia na uzalishaji wa nyuma.
LNG haina sumu, na inapochomwa katika oksijeni, mvuke wa maji na dioksidi kaboni huundwa. Tofauti na mafuta ya taa, ambayo hutumiwa sana katika roketi, LNG inamwagika hupuka haraka bila kuharibu mazingira.
Vipimo vya kwanza
Joto la kuwasha la gesi asilia na hewa na kikomo cha chini cha mkusanyiko wake wa kulipuka ni kubwa kuliko ile ya mvuke za haidrojeni na mafuta ya taa; kwa hivyo, katika mkoa wa viwango vya chini, ikilinganishwa na mafuta mengine ya haidrokaboni, haina mlipuko sana.
Kwa ujumla, utendaji wa LNG kama mafuta ya roketi hauhitaji hatua zozote za ziada za kuzuia moto na mlipuko ambazo hazijatumika hapo awali.
Uzani wa LNG ni mara sita ya ile ya haidrojeni ya maji, lakini nusu ya mafuta ya taa. Uzito wa chini husababisha kuongezeka kwa ukubwa wa tanki ya LNG ikilinganishwa na tank ya mafuta ya taa. Walakini, kwa kuzingatia uwiano wa juu wa kioksidishaji na matumizi ya mafuta (ni takriban 3.5 hadi 1 kwa oksijeni ya kioevu (LC) + mafuta ya LNG na 2.7 hadi 1 kwa mafuta ya mafuta ya ZhK + mafuta ya taa), jumla ya mafuta ya ZhK + LNG inayoongeza mafuta huongezeka tu kwa asilimia 20. Kuzingatia athari za ugumu wa cryogenic wa nyenzo, na vile vile uwezekano wa kuchanganya chini ya mizinga ya LC na LNG, uzani wa matangi ya mafuta utakuwa mdogo.
Na mwishowe, uzalishaji na usafirishaji wa LNG umesimamiwa kwa muda mrefu.
Ofisi ya Kubuni ya Uhandisi wa Kemikali (KB Khimmash) iliyopewa jina la AM Isaev huko Korolev, Mkoa wa Moscow, ilianza kazi (kama ilivyotokea, ikinyoosha kwa miaka kwa sababu ya ufadhili mdogo) juu ya ukuzaji wa mafuta ya ZhK + LNG mnamo 1994, wakati masomo ya muundo wa kubuni na uamuzi ulifanywa kuunda injini mpya kwa kutumia msingi wa muundo na muundo wa oksijeni-hidrojeni HPC1 iliyo na nguvu ya 7.5 tf, iliyofanikiwa kuendeshwa kama sehemu ya hatua ya juu (Cryogenic Upper Stage) 12KRB ya gari la uzinduzi la India la GSLV MkI (Geosynchronous Satellite Launch Vehicle).
Mnamo 1996, majaribio ya moto ya jenereta ya gesi kwa kutumia kioevu kioevu na gesi asilia kama vifaa vya mafuta vilifanywa, ambazo zililenga sana kuangalia njia za kuanza na utulivu wa operesheni - inclusions 13 zilithibitisha utendaji wa jenereta ya gesi na ikampa matokeo ambayo yalitumika katika ukuzaji wa jenereta za gesi zinazopona zinazofanya kazi kwenye miradi wazi na iliyofungwa.
Mnamo Agosti-Septemba 1997, Ofisi ya Ubunifu wa Khimmash ilifanya majaribio ya moto ya kitengo cha uendeshaji cha injini ya KVD1 (pia ikitumia gesi asilia badala ya haidrojeni), ambapo chumba kilichopunguzwa katika ndege mbili kwa pembe ya digrii ± 39.5 kilijumuishwa katika muundo mmoja (kutia - 200 kgf, shinikizo la chumba - 40 kg / cm2), anza na kusimamisha valves, mfumo wa kuwasha pyrotechnic na anatoa umeme - kiwango kimoja cha uendeshaji cha KVD1 kilipitisha sita huanza na wakati wote wa kufanya kazi wa zaidi ya sekunde 450 na chumba shinikizo katika anuwai ya kilo 42-36 kg / cm2. Matokeo ya jaribio yalithibitisha uwezekano wa kuunda chumba kidogo kwa kutumia gesi asilia kama baridi.
Mnamo Agosti 1997, KB Khimmash alianza kurusha majaribio ya injini ya mzunguko kamili iliyofungwa na nguvu ya 7.5 tf kwa mafuta ya ZhK + LNG. Msingi wa utengenezaji ilikuwa injini iliyobadilishwa ya KVD1 ya mzunguko uliofungwa na kuchomwa kwa gesi inayopunguza gesi ya jenereta na kupoza chumba na mafuta.
Pampu ya kioksidishaji ya kawaida KVD1 ilibadilishwa: kipenyo cha msukumo wa pampu kiliongezeka ili kuhakikisha uwiano unaohitajika wa vioksidishaji na vichwa vya pampu ya mafuta. Pia, urekebishaji wa majimaji ya laini za injini ulisahihishwa ili kuhakikisha uwiano uliohesabiwa wa vifaa.
Matumizi ya injini ya mfano, ambayo hapo awali ilikuwa imepitisha mzunguko wa majaribio ya kurusha kwenye LCD + mafuta ya kioevu ya haidrojeni, ilitoa upunguzaji mkubwa wa gharama za utafiti.
Uchunguzi wa baridi ulifanya iwezekane kutafuta njia ya kuandaa injini na stendi ya kazi moto kwa kuhakikisha vigezo vinavyohitajika vya LNG kwenye mizinga ya benchi, kupoza kioksidishaji na laini za mafuta kwa joto ambazo zinahakikisha utendaji wa pampu wakati wa kipindi cha kuanza na injini imara na imara kuanza.
Jaribio la kwanza la moto la injini lilifanyika mnamo Agosti 22, 1997 kwenye uwanja wa biashara, ambao leo unaitwa Kituo cha Mtihani wa Sayansi cha Sekta ya Roketi na Nafasi (SRC RCP). Katika mazoezi ya KB Khimmash, majaribio haya yalikuwa uzoefu wa kwanza wa kutumia LNG kama mafuta kwa injini ya saizi kamili iliyofungwa.
Lengo la jaribio lilikuwa kupata matokeo mafanikio kwa sababu ya kupunguzwa kwa vigezo na kuwezesha hali ya uendeshaji wa injini.
Udhibiti wa kufikia hali na kufanya kazi katika hali ulifanywa kwa kutumia vidhibiti vya kaba na uwiano wa matumizi ya vifaa vya mafuta kwa kutumia algorithms za HPC1, kwa kuzingatia mwingiliano wa njia za kudhibiti.
Programu ya jaribio la kwanza la kurusha injini iliyofungwa ya mzunguko ilikamilishwa kamili. Injini iliendesha kwa muda maalum, hakukuwa na maoni juu ya hali ya sehemu ya nyenzo.
Matokeo ya mtihani yalithibitisha uwezekano wa kimsingi wa kutumia LNG kama mafuta katika vitengo vya injini ya oksijeni-hidrojeni.
Kuna gesi nyingi - hakuna coke
Baadaye, vipimo viliendelea kwa lengo la utafiti wa kina zaidi wa michakato inayohusiana na utumiaji wa LNG, kuangalia utendaji wa vitengo vya injini katika hali pana ya matumizi, na kuboresha suluhisho za muundo.
Kwa jumla, kutoka 1997 hadi 2005, majaribio matano ya kurusha nakala mbili za injini ya KVD1, iliyotumiwa kwa matumizi ya mafuta ya ZhK + LNG, ya kudumu kutoka sekunde 17 hadi 60, yaliyomo methane katika LNG - kutoka asilimia 89.3 hadi 99.5, yalifanyika.
Kwa jumla, matokeo ya vipimo hivi yalifanya iwezekane kuamua kanuni za kimsingi za ukuzaji wa injini na vitengo vyake wakati wa kutumia mafuta ya "ZhK + LNG" na kuendelea mnamo 2006 hadi hatua inayofuata ya utafiti inayojumuisha maendeleo, utengenezaji na upimaji wa injini ya C5.86. Chumba cha mwako, jenereta ya gesi, kitengo cha turbopump na vidhibiti vya mwisho vimeundwa kimuundo na kimetaboliki haswa kwa operesheni ya mafuta ya ZhK + LNG.
Kufikia 2009, majaribio mawili ya moto ya injini za C5.86 na muda wa sekunde 68 na 60 zilifanywa na yaliyomo methane katika LNG ya asilimia 97, 9 na 97, 7.
Matokeo mazuri yalipatikana kwa kuanza na kusimamisha injini inayotumia kioevu, inayofanya kazi kwa njia thabiti za serikali kwa suala la msukumo na uwiano wa vifaa vya mafuta (kulingana na hatua za kudhibiti). Lakini moja ya kazi kuu - uthibitisho wa majaribio ya kukosekana kwa mkusanyiko wa awamu dhabiti katika njia ya baridi ya chumba (coke) na kwenye njia ya gesi (masizi) na zamu ndefu za kutosha - haikuweza kutekelezwa kwa sababu ya ujazo mdogo ya mizinga ya benchi ya LNG (muda wa kugeuza upeo ulikuwa sekunde 68). Kwa hivyo, mnamo 2010, uamuzi ulifanywa kuandaa nafasi ya kufanya majaribio ya kurusha kwa muda wa angalau sekunde 1000.
Kama mahali pa kazi mpya, benchi ya jaribio la NRC RCP ilitumika kupima injini za roketi za oksijeni-hidrojeni zinazoeneza, ambayo ina uwezo wa kiasi kinacholingana. Katika kuandaa jaribio, uzoefu muhimu uliopatikana mapema wakati wa majaribio saba ya moto ulizingatiwa. Katika kipindi cha Juni hadi Septemba 2010, mifumo ya benchi ya haidrojeni ya kioevu ilisafishwa kwa matumizi ya LNG, injini ya C5.86 nambari 2 iliwekwa kwenye benchi, vipimo kamili vya kipimo, udhibiti, mifumo ya ulinzi wa dharura, na udhibiti wa uwiano wa matumizi ya mafuta na shinikizo kwenye chumba cha mwako ulifanywa.
Vifaru vya benchi vilijazwa mafuta kutoka kwa tanki la usafirishaji wa tanker ya kuongeza mafuta (ujazo - 56.4 m3 na kuongeza mafuta kwa tani 16) kwa kutumia kitengo cha kuongeza mafuta cha LNG, pamoja na kibadilishaji cha joto, vichungi, vali za kufunga na vyombo vya kupima. Baada ya ujazaji wa matangi kukamilika, mistari ya benchi ya kusambaza vifaa vya mafuta kwenye injini ilipozwa na kujazwa.
Injini ilianza na kukimbia kawaida. Mabadiliko katika utawala yalifanyika kulingana na ushawishi wa mfumo wa kudhibiti. Kutoka sekunde 1100, joto la gesi ya jenereta ya gesi iliongezeka kila wakati, kama matokeo ambayo uamuzi ulifanywa wa kusimamisha injini. Kufungwa kulifanyika kwa amri kwa sekunde 1160 bila maneno yoyote. Sababu ya kuongezeka kwa joto ilikuwa kuvuja kwa njia nyingi ya njia ya kupoza ya chumba cha mwako ambayo ilitokea wakati wa mtihani - ufa katika mshono wa kulehemu wa bomba la mchakato uliowekwa kwenye anuwai.
Uchambuzi wa matokeo ya jaribio la moto uliofanywa ulifanya iweze kuhitimisha:
- katika mchakato wa operesheni, vigezo vya injini vilikuwa sawa katika modes na mchanganyiko anuwai ya matumizi ya vifaa vya mafuta (2.42 hadi 1 - 3.03 hadi 1) na msukumo (6311 - 7340 kgf);
- ilithibitisha kukosekana kwa muundo thabiti wa awamu katika njia ya gesi na kukosekana kwa amana za coke kwenye njia ya kioevu ya injini;
- data muhimu ya majaribio ilipatikana ili kuboresha njia ya hesabu ya kupoza chumba cha mwako wakati wa kutumia LNG kama baridi;
- mienendo ya kutoka kwa kituo cha kupoza cha chumba cha mwako kwa serikali thabiti ya joto imesomwa;
-imethibitisha usahihi wa suluhisho za kiufundi ili kuhakikisha kuanza, kudhibiti, kudhibiti na vitu vingine, kwa kuzingatia upendeleo wa LNG;
maendeleo C5.86 na msukumo wa 7.5 tf inaweza kutumika (peke yake au kwa pamoja) kama injini ya kusukuma katika hatua za juu za kuahidi na hatua za juu za magari ya uzinduzi;
- matokeo mazuri ya majaribio ya kurusha yalithibitisha uwezekano wa majaribio zaidi ya kuunda injini inayoendesha mafuta ya ZhK + LNG.
Katika jaribio la moto lililofuata mnamo 2011, injini iliwashwa mara mbili. Kabla ya kuzima kwa kwanza, injini ilikimbia kwa sekunde 162. Kwenye mwanzo wa pili, uliofanywa ili kudhibitisha kutokuwepo kwa uundaji wa awamu dhabiti kwenye njia ya gesi na amana za coke kwenye njia ya kioevu, muda wa rekodi ya operesheni ya injini ya mwelekeo huu na mwanzo mmoja - sekunde 2007 ulipatikana, na vile vile uwezekano wa kugongana ulithibitishwa. Jaribio lilikomeshwa kwa sababu ya kupungua kwa vifaa vya mafuta. Wakati wote wa kufanya kazi wa mfano huu wa injini ulikuwa sekunde 3389 (nne zinaanza). Ugunduzi wa makosa uliofanywa ulithibitisha kutokuwepo kwa awamu thabiti na malezi ya coke katika njia za injini.
Seti ya kazi ya kinadharia na ya majaribio na C5.86 No. 2 ilithibitisha:
- uwezekano wa kimsingi wa kuunda injini ya mwelekeo unaohitajika kwenye jozi ya mafuta ya vifaa "ZhK + LNG" na kuchomwa kwa gesi inayopunguza jenereta, ambayo inahakikisha utunzaji wa tabia thabiti na kutokuwepo kwa awamu thabiti katika njia za gesi na amana ya coke katika njia za kioevu za injini;
- uwezekano wa kuanza na kusimamisha injini nyingi;
- uwezekano wa operesheni ya injini ya muda mrefu;
-Usahihi wa suluhisho za kiufundi zilizopitishwa ili kuhakikisha kuanza, kudhibiti, kudhibiti, kwa kuzingatia sifa za LNG na ulinzi wa dharura;
-Uwezo wa NIC RCP husimama kwa vipimo vya muda mrefu.
Pia, kwa kushirikiana na NRC RCP, teknolojia ya usafirishaji, kuongeza mafuta na upimaji wa misa kubwa ya LNG imetengenezwa na suluhisho za kiteknolojia zimetengenezwa ambazo zinafaa kwa utaratibu wa kuongeza mafuta kwa bidhaa za ndege.
LNG - njia ya ndege zinazoweza kutumika tena
Kwa sababu ya ukweli kwamba vifaa na makusanyiko ya injini ya waonyeshaji C5.86 Na. 2 kwa sababu ya ufadhili mdogo haikuboreshwa kwa kiwango kinachofaa, haikuwezekana kusuluhisha shida kadhaa, pamoja na:
ufafanuzi wa mali ya thermophysical ya LNG kama baridi;
kupata data ya ziada kuangalia muunganiko wa sifa za vitengo kuu wakati wa kuiga juu ya maji na kufanya kazi kwa LNG;
uthibitisho wa majaribio ya ushawishi unaowezekana wa muundo wa gesi asilia juu ya sifa za vitengo kuu, pamoja na njia za kupoza za chumba cha mwako na jenereta ya gesi;
uamuzi wa sifa za injini za roketi inayotumia kioevu katika anuwai anuwai ya mabadiliko katika njia za kufanya kazi na vigezo vya kimsingi kwa kuanza moja na nyingi;
uboreshaji wa michakato ya nguvu wakati wa kuanza.
Ili kutatua shida hizi, KB Khimmash ilitengeneza injini iliyoboreshwa ya C5.86A Nambari 2A, kitengo cha pampu ya turbo ambacho kwa mara ya kwanza kilikuwa na turbine ya kuanzia, turbine kuu iliyoboreshwa na pampu ya mafuta. Njia ya kupoza ya chumba cha mwako imekuwa ya kisasa na sindano ya uwiano wa mafuta imebadilishwa.
Jaribio la moto la injini lilifanywa mnamo Septemba 13, 2013 (yaliyomo kwenye methane katika LNG - 94.6%). Programu ya jaribio ilitoa swichi tatu na jumla ya sekunde 1500 (1300 + 100 + 100). Kuanza na kufanya kazi kwa injini katika hali iliendelea kawaida, lakini kwa sekunde 532 mfumo wa ulinzi wa dharura ulitoa amri ya kuzima kwa dharura. Sababu ya ajali ilikuwa ingress ya chembe ya chuma ya kigeni kwenye njia ya mtiririko wa pampu ya kioksidishaji.
Licha ya ajali hiyo, C5.86A Nambari 2A ilifanya kazi kwa muda mrefu. Kwa mara ya kwanza, injini ilizinduliwa, iliyokusudiwa kutumiwa kama sehemu ya hatua ya roketi, ambayo inahitaji kuanza kadhaa, kulingana na mpango uliotekelezwa kwa kutumia mkusanyiko wa shinikizo inayoweza kuchajiwa ndani. Njia thabiti ya uendeshaji ilipatikana kwa hali ya kutia na kiwango cha juu cha uwiano uliotambuliwa hapo awali wa matumizi ya vifaa vya mafuta. Hifadhi inayowezekana ya kuongeza msukumo na kuongeza uwiano wa matumizi ya vifaa vya mafuta imedhamiriwa.
Sasa KB Khimmash inakamilisha utengenezaji wa nakala mpya ya C5.86 kwa upimaji wa rasilimali inayowezekana kwa kiwango cha wakati wa kufanya kazi na idadi ya kuanza. Inapaswa kuwa mfano wa injini halisi kwenye mafuta ya ZhK + LNG, ambayo itatoa ubora mpya kwa hatua za juu za uzinduzi wa magari na kupumua maisha katika mifumo inayoweza kutumika ya usafirishaji. Kwa msaada wao, nafasi itapatikana sio tu kwa watafiti na wavumbuzi, lakini, pengine, kwa wasafiri tu.
