Який ракетний двигун краще?

Ракетні двигуни є одним з шпинделів технологічного прогресу. Робота на межі матеріалів, сотні атмосферу, тисячі градусів і сотні тонн тяги – це не можна, але милуватися. Є багато різних двигунів, які найкраще? Які інженери зростуть до подіуму? На даний момент ми можемо відповісти на це питання чеснотою.

На жаль, зовнішній вигляд двигуна не можна сказати, як це чудово. Ви повинні копати в нудні числа характеристик кожного двигуна. Але є багато, які вибрати?

Ну, мабуть, більш потужний двигун, краще це? Більша ракета, більше корисного навантаження, швидше розвідка простору, правильно? Але якщо ми подивимося на лідера в цій галузі, ми розчаруємо. Найбільша тяга всіх двигунів, 1,400 тонн, на боковому прискорювачі Space Shuttle.



Незважаючи на всю потужність, твердопаливні акселератори навряд чи можна назвати символом технологічного прогресу, оскільки структурно вони просто стали (або композитні, але це не важливо) циліндр з паливом. По-друге, ці прискорювачі виходили з маршруту в 2011 році, підкреслюючи враження від успіху. Так, ті, хто слідує новинам про новий американський супер-герої ракети SLS розповість мені, що нові твердопаливні прискорювачі розроблені для нього, тяга яких буде вже 1,600 тонн, але, в першу чергу, ця ракета не буде літати найближчим часом, не до кінця 2018 року. І по-друге, поняття «зберігати більше сегментів з паливом, щоб тяга була ще більше» є великим способом розвитку, якщо ви хочете, ви можете покласти ще більше сегментів і отримати ще більше тяги, ліміт ще не досягається, і це неприпустимо, що цей шлях веде до технічної досконалості.

Друге місце в тязі проводиться вітчизняним рідким двигуном RD-171M - 793 тонн.



Чотири камери згоряння є одним двигуном. А людина ваги.

Здавалося б, що тут він, наш герой. Але якщо це найкращий двигун, де його успіх? Зеніт закінчився російсько-українські відносини. Але чому Сполучені Штати Америки купують від нас не такий чудовий двигун, але половина розмірів РД-180? Чому РД-180, який розпочався як «галф» РД-170, тепер виробляє більше половини тяги РД-170 – стільки, скільки 416 тонн? Дивний. Я не розумію.

Третя і четверта місце в тягу є двигунами з ракет, які більше не літати. Тверде паливо UA1207 (714 тонн), стоячи на Титан IV, а зірка місячної програми, двигун F-1 (679 тонн) з якоїсь причини не допомогли вижити цей день видатною виставою в потужності. Може бути більш важливим?

Який показник визначає ефективність двигуна? Якщо ракетний двигун спалює паливо, щоб прискорити ракету, більш ефективно це робить, менше палива ми повинні витрачати, щоб отримати на орбіту / Моон / Марс / Алфа Centauri. У балістиці є спеціальний параметр для оцінки такої ефективності - конкретний імпульс.

Технічний імпульс На скільки секунд двигун може розвивати тягу 1 Newton за кілограм палива.
Затримувачі записів у тягарі є кращими, в середині списку, якщо ви сортуєте його певним імпульсом, і F-1 з твердопаливними прискорювачами глибоко в хвіст. Здавалося б, що це найважливіша характеристика. Але подивіться на лідерів списку. З індикатором 9,620 секунд в першому місці є маловідомий електричний струменевий двигун HiPEP.

Р

Це не мікрохвильова піч, це ракетний двигун. Тим не менш, мікрохвильова піч є дуже віддаленим родичем. . й

Двигун HiPEP був розроблений для закритого проекту, щоб вивчити місяці Юпітера і працювати над ним було припинено в 2005 році. У тестах, проточний двигун, за офіційним звітом НАСА, розроблений специфічний імпульс 9,620 секунд, споживаючи 40 кВт енергії.

Другі та сторонні місця займають двигуни електродвигунів VASIMR (5000 секунд) і NEXT (4100 секунд), які показали свою продуктивність на тестових лавках. І летять в космічні двигуни (наприклад, серія вітчизняних LDS-двигунів від OKB "Torch") продуктивністю до 3000 секунд.



Двигуни серії LDS. Хто сказав “холодні вогні”?

Чому ці двигуни не заміщалися? Відповідь проста, якщо ми розглянемо інші параметри. Вимірюється тяга електричних струменевих двигунів, застібка, в грамах, і в атмосфері вони не можуть працювати. Тому для складання на таких двигунах не працюватиме суперефективний пусковий апарат. І в космосі вони вимагають кілват енергії, які не можуть дозволити собі всі супутники. Таким чином, електродвигуни використовуються переважно тільки в міжплантатних станціях і геостаціонарних супутниках зв'язку.

Добре, добре, зчитувач скажеш, нехай відкинути електродвигуни струменя. Хто буде вести рекорд для конкретного імпульсу серед хімічних двигунів?

З показником 462 секунд у лідерів серед хімічні двигуни будуть вітчизняні KVD1 та Американські RL-10. Незважаючи на те, що KVD1 протікає лише в шість разів в складі ракети GSLV Індії, RL-10 є успішним і поважним двигуном для верхніх етапів і верхніх етапів, і добре працював протягом багатьох років. У теорії можна зібрати пусковий автомобіль повністю з таких двигунів, але тяга одного двигуна 11 тонн означає, що перші і другі етапи доведеться ставити їх в десятки, і немає людей, які готові це зробити.

Чи можна поєднувати високий тягу і високий специфічний імпульс? Хімічні двигуни спостерігали на законах нашого світу (приблизно, водень не спалюється киснем з певним імпульсом більше, ніж ~460, фізика забороняється). Проекти ядерних двигунів (один, два), але це не виходило за межі проектів. Але, в цілому, якщо людство може перехрестити високу тягу з високою специфічною митькою, це зробить простір більш доступним. Чи існують інші показники, за допомогою яких можна оцінити двигун?

Ракетний двигун видає масу (зварювальні продукти або робоче тіло), створюючи тягу. Чим швидше це масові пластівці, тим ефективніше двигун виводить його. А рідкі ракетні двигуни мають параметр, який показує ефективність виснаження продуктів горіння - тиск в камері згоряння. Чим більше тиску, тим швидше будуть літати молекули продуктів горіння. Двигун вищого тиску в камері згоряння буде більш ефективним, ніж двигун низького тиску на одному паливі. А якщо ми сортуємо перелік двигунів за тиском в камері згоряння, то педесталь буде зайнятий Росією. У СРСР наша проектна школа спробувала зробити ефективні двигуни з високими параметрами. Перші три місця займають сімейство кисневих двигунів на основі RD-170: RD-191 (259 атом), RD-180 (258 атом), RD-171M (246 атом).



Камера згоряння RD-180 в музеї. Зверніть увагу на кількість шпильк, що тримає кришку камери згоряння, а відстань між ними. Ви можете чітко побачити, як важко тримати тих, хто хоче розбити кришку 258-ти атмосфер.

Четверте місце належить до радянської РД-0120 (216 атм), яка проводить чемпіонат серед водневих двигунів і мука двічі на ракеті Energia. П'яте місце також в нашому двигуні - RD-264 на паливній парі асиметричний диметилгідразин / азотний тетраоксид на ракеті Дніпро працює з тиском 207 атм. І тільки в шостому місці буде американський двигун Space Shuttle RS-25 з двома сто і трьома атмосферами.

Неважливо, наскільки перспективні характеристики двигуна, якщо воно вибухне після закінчення часу, від нього мало переваг. Відносно недавно, наприклад, Орбітальний був змушений відмовитися від використання десятки-старих двигунів NK-33 з дуже високою продуктивністю, адже нещасний випадок на тестовому стенді і чарівна краса нічного двигуна вибуху на ракеті Антарес запитав доцільність використання цих двигунів далі. Тепер Антарес буде пересаджено до російського РД-181.



Велика фото за посиланням

Протилежний - двигун, який не відрізняється вираженими значеннями тяги або специфічним імпульсом, але надійний, буде популярним. Довга історія використання двигуна, більша статистика, і чим більше помилок вдалося зловити на нещасних випадок, які вже відбулися. Двигуни РД-107/108, що стоять на "єдиному", простежують їх лінійку від тих двигунів, які запустили перший супутник і Гагарін, і, незважаючи на модернізацію, мають досить низькі сьогоднішні параметри. Але найвища надійність сплачує за неї багато способів.

Ви не можете будувати або купити не має значення для вас. Цей параметр не виражений в числах, але він не стає менш важливим. Приватні компанії часто не можуть купувати готові двигуни дорого, і змушені зробити самостійно, але простіше. Незважаючи на те, що вони не сяють специфікацій, це найкращі двигуни для своїх розробників. Наприклад, тиск камери горіння двигуна SpaceX Merlin-1D становить лише 95 атмосферних атмосферних атмосферних атмосферних середовищ, що перехрестили радянські інженери у 1960-х та США у 1980-х роках. Але Муск може зробити ці двигуни на своїх виробничих потужностях і отримати за вартістю в правій кількості, десятки року, і це круто.

р.

Двигун Мерлін-1D. Витяг з газового генератора як на Atlas 6ty років тому, але доступний

Оскільки мова йде про Spaceex "Мерлінс", не можна згадати характеристику, що в кожному можливому випадку примусові шанувальники PR і SpaceX - тяга. Тракція (як специфічна тяга або TWR) є співвідношенням тяги двигуна до її ваги. За даними цього параметра, двигуни Мерлін з великим запасом, вони мають його вище 150. Веб-сайт SpaceX каже, що це робить двигун «найбільш ефективний коли-небудь побудований», і ця інформація поширюється PR і вентиляторами на інші ресурси. При цьому цей параметр був набитий, що призвело до того, що в таблиці порівняння двигуна цей стовпчик був видалений в цілому. Алас, ця заява набагато більше PR, ніж правда. У чистому вигляді тяга двигуна може бути отримана тільки на підставці, а при старті цієї ракети двигуни будуть менше відсотка його маси, а різниця в масі двигунів нічого не вплине. Незважаючи на те, що двигун High-TWR буде більш технологічно просунуто, ніж двигун низького тиску, це більш міра технічної простоти і простоти двигуна. Наприклад, з точки зору співвідношення тяги, двигун F-1 (94) перевищує RD-180 (78), але специфічний імпульс і тиск в камері згоряння F-1 буде помітно поступається. І підняти тягу на тумбу як найважливішу характеристику для ракетного двигуна, хоча б наївну.

Цей параметр дуже пов'язаний з наявністю. Якщо ви зробите двигун самостійно, вартість може бути розрахована. Якщо ви купуєте, це буде чітко зазначено. На жаль, цей параметр не створює гарного столу, оскільки вартість відома тільки виробникам, а вартість продажу двигуна також не завжди опублікована. Ціна також впливає на час, якщо у 2009 році RD-180 було оцінено 9 млн. дол. США, тепер він оцінюється на 11-15 млн. дол. США.

Як ви можете вгадати, що введення було написано дещо провокативно (соррі). По суті, ракетні двигуни не мають одного параметра, за допомогою якого вони можуть бути побудовані і чітко сказати, що краще. Якщо ви намагаєтеся поводити формулу найкращого двигуна, ви отримаєте про наступне:
Кращий ракетний двигун - це двигун. які можна виготовити/купитиІ поки він буде мати тяга в діапазоні, який потрібно (Не занадто великий або занадто невеликий) і буде ефективнимспецифічний імпульс, тиск в камері згоряннящо ціна Ви не будете занадто важкими для вас. Борн? Це найближче до правди.

І нарешті, маленький ударний парад двигунів, які я особисто вважаю кращим:

Габаритний зображення

РД-170/180/190 родинай Якщо ви з Росії або можете придбати російські двигуни і вам потрібні потужні двигуни для першого етапу, то сімейство RD-170/180/190 є відмінним варіантом. Ефективний, з високою ефективністю та відмінною статистикою надійності, ці двигуни знаходяться на передовій частині технологічного прогресу.



Be-3 і Rocket Motor Двай Двигуни приватних компаній, які займаються суборбітальним туризмом, можуть бути лише в просторі протягом декількох хвилин, але це не перешкоджає захопленню краси використовуваних технічних рішень. Двигун BE-3, перезаряджений і дросельний над широким діапазоном, з тягом до 50 тонн і оригінальною відкритофазною схемою переходу, розробленою порівняно невеликою командою, є охолодження. Що стосується RocketMotorTwo, для всіх моїх скептиків до Branson і SpaceShipTwo, я не можу допомогти, але дивувати на красу і простоту гібридної схеми твердого палива.

У 1960-х роках F-1 і J-2 були найбільш потужні двигуни у своєму класі. І ми не можемо допомогти, але любимо двигуни, які дав нам таку красу:




РД-107/108й Парадоксична? Низькі параметри? Тільки 90 тонн тяги? 60 атмосфери в камері? Гідроген перекисний турбососний привід, який 70 років? Неважливо, якщо двигун має найвищу надійність, а вартість – це підхід до «великих ходових носіїв». Так, звісно, якийсь час буде проходити, але ці двигуни будуть жити ще на десять років мінімуму, і здається, встановити рекорд для довголіття. Не можна знайти кращий двигун з кращою історією.

Джерела використовуються

• Матеріал дуже багато виходячи з цього резюме таблиці з англійської вікі, вони намагаються надати посилання на кожну цифру і зберегти матеріал відповідним.
• Повна картина CDPV з авторськими правами, які повинні бути зняті під час обрамлення тут.

Схожі матеріали на тегі «непримітні труднощі».

Джерело: geektimes.ru/post/270176/