Найденное решение модернизации стенки камеры двигателя впервые позволит использовать его в непрерывном режиме. Статья о разработке вышла в медиа InScience.News.
Жидкостный ракетный двигатель малой тяги 100 кгс (ЖРД МТ) может использоваться в разгонных блоках космических аппаратов. Однако размерность двигателя невелика. Из-за этого расхода горючего не хватает для регенеративного охлаждения стенок камеры, когда используется только один из компонентов топлива. Этот тип охлаждения заключается в подаче компонента топлива, который снимает тепло с внутренней стенки камеры, подогревается и затем поступает на форсунки. ЖРД МТ работают, как правило, в импульсном режиме, что снижает их КПД.
Ученые из БГТУ «ВОЕМЕХ» предложили новый способ, получивший название «распределенная завеса». Технология заключается в том, что часть горючего вводится сквозь внутреннюю стенку камеры двигателя через множество отверстий размером в сотые доли миллиметра. По всей внутренней стенке формируется тонкая пелена горючего, которая непрерывно испаряется, забирая часть тепла. Это решение позволяет использовать двигатель непрерывно.
«Подобная конфигурация внутренней стенки может быть выполнена исключительно аддитивными технологиями, — объясняет руководитель исследования Андрей Галаджун. — Применение технологии селективного лазерного плавления металлических порошков дало возможность изготовить камеру двигателя одной деталью за одну технологическую операцию. Деталь создана с рубашкой охлаждения, винтовым оребрением и рядами отверстий между ребрами для формирования распределенной завесы».
Решение стало модификацией систем завесного охлаждения. В них компонент топлива из охлаждающего тракта проходит внутрь камеры сгорания через один или несколько поясов отверстий, которые находятся под углом к камере. Этот способ охлаждения имеет технологические ограничения и негативно влияет на внутрикамерные процессы из-за относительно большой толщины слоя завесы. Поэтому ученые смоделировали несколько рядов прямоугольных отверстий в каждом из каналов охлаждающего тракта. Величину отверстий разработчики определяли опытным путем на моделях. Основными критериями оценки стали минимизация доли расхода горючего на формирование пелены и ее устойчивость и однородность. Чтобы проверить результаты, авторы провели расчетное исследование методом численного моделирования процесса горения в камере двигателя.
Огневые испытания двигателя показали надежность охлаждения конструкции и работоспособность предложенной идеи. Двигатель выиграл конкурс лучших инновационных проектов в сфере науки и высшего образования Санкт-Петербурга в 2021 году. Теперь ученые планируют разработать и подготовить к испытаниям ЖРД МТ тягой 10 кгс для перспективных разгонных блоков. Испытания двигателя должны пройти до конца декабря 2021 года.
