Ученые ЮУрГУ запатентовали демонстратор двигательной установки ракеты-носителя с уникальным механизмом управления
С 2021 года ученые Южно-Уральского госуниверситета при экспертном сопровождении АО «ГРЦ Макеева» ведут разработку демонстратора двигательной установки первой в России одноступенчатой многоразовой ракеты-носителя вертикального взлета и посадки. Недавно исследователи разработали уникальный механизм регулирования направления движения для демонстратора посадочного модуля, оснащенного многокамерной двигательной установкой с профилированным центральным телом. Подход позволил не только упростить конструкцию двигателя и облегчить его массу на 3%, но и сэкономить топливо.
Тяга двигателя возникает от реактивной струи – ее скорость, давление и сила определяют осевое направление ракеты во время движения. Чтобы обеспечить поворот ракеты, нужно изменить направление вектора тяги относительно ее продольной оси.
Традиционно для этого применяется отклонение камер сгорания ракетных двигателей при помощи дополнительно вмонтированных тяжелых рулевых машин или карданных подвесов.
Челябинские разработчики смогли облегчить конструкцию двигателя на 3%, исключив из него механические органы управления; каждый такой процент позитивно влияет на дальность полета устройства и массу полезной нагрузки на борту. Несколько камер сгорания разместили по периферии профилированного (отделанного специальными канавками для стекания сгоревших газов) центрального тела.
«При таком подходе формируется единая струя продуктов сгорания, и при этом становится возможным увеличение/уменьшение тяги отдельных камер сгорания в различных плоскостях управления, – рассказал инженер-конструктор научной лаборатории «Двигательные и энергетические установки летательных аппаратов» Алексей Шульц. – Если уменьшается тяга одной камеры сгорания, то автоматически увеличивается тяга камеры другой, противоположной. Эта разность тяг относительно продольной оси и обеспечивает отклоняющий момент центра массы двигателя, а значит, и ракеты-носителя – она поворачивается в нужном направлении. Важно, что управлять можно как одиночными камерами, так и их группами».
Для регулирования тяги отдельных камер сгорания разработчики изменяли расход спирта в топливной паре «газообразный кислород и спирт».
Во время эксперимента на демонстраторе электронные регуляторы расхода топлива по команде системы управления увеличивали или уменьшали расход спирта для формирования соответствующих значений тяги отдельных блоков камер. Такой подход, отмечают исследователи, позволяет сэкономить ресурс одного из компонентов топлива до 5%.
*В следующем посте на нашем канале можно посмотреть эксклюзивное видео испытания демонстратора двигателя для ракеты-носителя.
Екатерина Больных