Двигательная установка. РД-0120. [Редактировать]

Приобретенный КБХА опыт проектирования и отработки многих двигателей, созданная при этом кооперация предприятий и научно-исследовательских институтов явились хорошей предпосылкой для развертывания работ по созданию нового криогенного двигателя РД-0120 (главные конструкторы Г.И. Чурсин, В.С. Рачук, ведущий конструктор Л.Н. Никитин). Особенностями выбранной принципиальной схемы двигателя РД-0120 являются:

  • использование схемы с дожиганием восстановительного газа;
  • применение одновального турбонасосного агрегата с трехступенчатым водородным насосом и двухступенчатым кислородным насосом (применение схемы с одновальным турбонасосным агрегатом, несколько уступающей остальным по оптимальности характеристик системы подачи, позволяет существенно облегчить решение проблемы запуска двигателя, обеспечивает более надежное разделение компонентов и имеет улучшенные массовые характеристики);
  • использование бустерных насосных агрегатов окислителя и горючего для обеспечения бескавитационной работы насосов турбонасосного агрегата при низких значениях входного давления в схеме двигателя;
  • охлаждение камеры водородом, отбираемым на выходе из третьей ступени насоса (примерно отбирается 22%);
  • использование на линии газогенератора гидравлического регулятора расхода окислителя с электромеханическим управлением настройки режима работы;
  • использование на линии кислорода камеры сгорания гидравлического дросселя с электромеханическим приводом для изменения соотношения компонентов топлива;
  • применение автоматического гидравлического дросселя, установленного по линии окислителя камеры для обеспечения необходимого графика изменения соотношения компонентов топлива в камере при запуске;
  • использование для управления двигателем клапанов многократного срабатывания с пневмоприводами, подачу гелия в которых обеспечивают электропневматические клапаны. Кроме осевой тяги двигатель обеспечивает возможность получения боковой тяги за счет отклонения двигателя в двух взаимно перпендикулярных плоскостях на угол ± 11 град.

Двигатель также обеспечивает подачу газообразного водорода для наддува бака горючего и питания агрегатов энергоснабжения ракеты, подогрев гелия для наддува бака окислителя. Двигатель оснащен датчиками системы аварийной защиты и диагностики. В системе аварийной защиты двигателя для контроля состояния используются параметры: температура газа перед основной турбиной, частота вращения роторов турбонасосных агрегатов и бустерных насосных агрегатов горючего и окислителя, температура газа в запальных устройствах генератора и камеры сгорания, осевое перемещение ротора насоса окислителя, перепады давления в дренажных полостях уплотнений между насосами водорода и кислорода, давление управляющего газа в командной полости клапана горючего газогенератора. Система технического диагностирования осуществляет:

  • тестовое диагностирование — контроль технического состояния двигателя;
  • диагностирование по функциональным параметрам, измеряемым в процессе пуска;
  • оценку результатов тестового и функционального диагностирования.

По сравнению с ранее созданными в КБХА двигателями РД-0120 имеет ряд особенностей: водородное горючее, большой уровень тяги, высокий удельный импульс тяги, длительное время полета, многократность включения, большие габариты, высокая надежность и безопасность. Эти особенности привели к необходимости технологического переоснащения производства КБХА и ВУЗ, строительства новых испытательных стендов и экспериментальных установок, выполнения большого объема экспериментальных исследований, максимального использования опыта как отечественных так и зарубежных фирм.

В процессе отработки двигателя был решен целый ряд проблем, в частности:

  • обеспечена стабильность и многократность поджига компонентов топлива с помощью электроплазменных запальных устройств газогенератора и камеры сгорания. Отработаны надежный запуск и вся циклограмма работы двигателя;
  • найдено оптимальное конструктивно-технологическое решение по крыльчаткам водородного насоса, удовлетворяющее условиям прочности (линейная скорость разрушения при температуре жидкого водорода составляет 930 м/с),
  • найдены эффективные решения по предотвращению возгорания деталей насосов окислителя высокого и низкого давления.
  • обеспечена устойчивость рабочих процессов в камере и газогенераторе;
  • исследованы механические свойства конструкционных материалов, работающих при высоких напряжениях в водородной среде в широком диапазоне температур;
  • найдены материаловедческие, технологические и конструкционные решения по обеспечению длительного сохранения прочности деталей, работающих в водороде;
  • найдены технологические решения получения цельных колес турбин из гранульных заготовок;
  • разработана эффективная совокупность диагностических параметров и алгоритмов систем аварийной защиты;
  • отработан комплекс мероприятий и средств межпускового диагностирования двигателя;
  • созданы конструкции уплотнительных элементов, обеспечивающих герметичность двигателя на заправленной ракете и при работе;
  • создано антифрикционное покрытие "Афтал" для узла подвески двигателя с коэффициентом трения 0,018-0,01, сохраняющее работоспособность без смазки с удельным давлением до 250 МПа;
  • отработана циклограмма стабильного выключения двигателя.

К 01.07.97 г. проведено более 800 огневых испытаний двигателя при общей наработке более 170 тысяч секунд. Проведены наземные испытания в составе РН и летные испытания двигателей в составе ракеты-носителя "Энергия" 15.05.87 г. и 15.11.88г. (с орбитальным кораблем "Буран"), которые продемонстрировали высокую надежность и безопасность двигателя для применения на пилотируемых носителях.

Технические характеристики

#ХарактеристикаЗначение
1Тяга (пустота), кН1962
2Время работы, с500
3Масса, кг3450
4Диаметр (максимальный), мм2420
5Высота, мм4550
6Давление (в камере сгорания), мПа21,8
7Удельный импульс тяги (пустота), метра в секунду4462
8Удельная масса, кг/кН1,76