Гибридный ракетный двигатель концепция нового мира

Гибридный ракетный двигатель концепция нового мира

Ракетные двигательные установки гибридного исполнения обладают рядом преимуществ по сравнению с твердотопливными или жидкостными двигателями. Здесь явно отмечаются эксплуатационная безопасность, способности дросселирования тяги, низкая стоимость относительно простой конструкции системы. Однако существующие недостатки, которые показывал гибридный ракетный двигатель, препятствовали достижению соответствующего уровня технической готовности в прошлом. Соответственно, практическое внедрение такого рода двигательных установок долгое время оставалось под вопросом.

Гибридный ракетный двигатель проблемные моменты

Одним из недостатков гибридной силовой установки является низкий уровень расхода топлива, получивший характеристику — скорость регрессии. Этот недостаток способен привести к низкой плотности тяги, а иногда и к сложной форме частиц топлива.

Другой проблемой является непостоянное массовое соотношение окислителя и топлива в процессе работы. Это обусловлено изменением поверхности заряда твёрдого ракетного топлива в процессе расхода. Эти недостатки предлагают широкий спектр исследовательского потенциала.

Одним из основных исследуемых параметров является экспериментальная характеристика скорости регрессии топлива и как скорость регрессии связана с теплопередачей внутри камеры сгорания.

Гибридный ракетный двигатель концепция нового мира + геодезическая ракета
Конструкция ракеты геодезического назначения, где используется гибридный ракетный двигатель (пример): 1 – стабилизатор; 2 – гибридный ракетный двигатель; 3 – сосуд под окислитель (оксид азота); 4 – сосуд под давлением (гелий); 5 – управляющая электроника; 6 – система восстановления; 7 – носовой обтекатель

Скорость регрессии также зависит от других параметров, в частности:

  1. Выбор топлива.
  2. Система впрыска окислителя.
  3. Дросселирование.
  4. Моделирование горения.
  5. Оптимизация конструкции.

Благодаря преимуществам гибридных ракетных двигателей, такие системы удачно подходят для различных космических применений:

  • систем запуска космических спутников,
  • разгонных блоков,
  • транспорта на Луну и Марс,
  • ракет-зондов.

Теперь в границах целого мира организована масса мероприятий, направленных на разработку гибридных ракетных двигателей.

Разработка гибридных ракетных двигателей

Среди примеров разработок – «Tsohas et al», гибридная ракета тягой 4 кН, продукт специалистов университета Пердью. Здесь двигатель питается перекисью водорода (H2O2) и полиэтиленом низкой плотности (LDPE — Low Density Polyethylene).

Инженерами университета Токай (Япония) разработан двигатель с тягой до 600 Н. Такого уровня тяги удалось достичь за счёт использования в качестве топлива комбинации закиси азота (N2O) и топлива на основе воска.

Гибридный ракетный двигатель концепция нового мира + конструкция
Упрощённо конструкция гибридного двигателя ракеты (один из вариантов): 1 – сопло; 2 – вихревой диск; 3 – топливное зерновое наполнение; 4 – подогревающий компонент; 5 – камера дожигания; 6 – камера сгорания; 7 – форма топливного зерна

Между тем, гибридные ракетные двигатели «Stratos», разработанные командой инженеров «DARE» (Delft Aerospace Rocket Engineering) Технического университета Делфта, действуют на основе комбинации топлива, полученного из компонентов:

  • сорбит,
  • парафин,
  • алюминиевая пудра.

Двигатель «DHX-200 Aurora» для ракеты «Stratos II+» показал уровень тяги 10 кН, а полный импульс составил уровень 100 кН.

Следует отметить: деятельность студенческих групп Германии по гибридным ракетам поддерживается национальной образовательной программой. Эта программа получила название «Studentische Experimental-Raketen» (STERN).

Программа инициирована Космическим управлением Немецкого аэрокосмического центра (DLR) ещё в 2012 году и финансируется Федеральным министерством экономики и энергетики. Здесь студенты немецких университетов разрабатывают и запускают ракеты сверхзвукового зондирования.

Гибридные ракетные двигатели производства России

Между тем ещё в 30-х годах прошлого века российскими инженерами была разработана уникальная система, работающая на гибридном топливе. Причём топливный состав также отличался уникальностью – жидкий кислород + твёрдый бензин. Этот российский проект получил название «ГИРД Р-1», а законченный продукт назвали «Ракета 09».

Для современного момента российских разработок в области ракетных гибридных двигателей стоит выделить проект (2019 года), где предполагается использование совершенно нового высокоэффективного топлива. В частности, составляющими компонентами здесь являются:

  1. Диборид.
  2. Додекаборит алюминия.

Первое вещество представляет соединение тугоплавкой структуры, отличающееся высокой степенью твёрдости. Второе вещество (додекаборит  алюминия) – это соединение неорганических структур бора и алюминия.

Бор характеризуется твёрдым веществом, обладающим высокой энергетикой. Однако напрямую внедрять бор в ракетное топливо не представляется возможным по причине быстрого образования оксидного материала. Этот оксидный материал оказывает негативное влияние на процесс горения. Если же бор смешивается с алюминием, получается совсем иной результат – полное и высокоэффективное горение смеси.

Заключение

Технологически российское новое ракетное гибридное топливо превосходит все иные разработки такого рода в мире. Теперь организуется производство в рамках российско-индийского совместного предприятия. Стартует полноценный производственный цикл продукта в промышленных масштабах.


При помощи информации: TSU