Some facts about former Soviet and now Russian space program. Facts, history, technology, spaceships, orbital stations, astronauts.
РД-107 ? советский ЖРД конструкции ГДЛ-ОКБ, разработан в 1954 ? 57 годах для 1-й ступени РН ?Восток?. Топливо двухкомпонентное (окислитель ? жидкий кислород, горючее ? керосин) с соотношением компонентов 2,47; тяга на Земле 821 кН, в вакууме 1МН; удельный импульс на Земле 2520 м/с, в вакууме 3080 м/с; масса конструкции 1155 кг; масса залитого ЖРД ? 1275 кг; высота (без рулевых камер) 2,86 м; диаметр (без рулевых камер) 2,58 м; время работы на номинальной тяге 140 с. РД-107 содержит 4 основные и 2 рулевые камеры, питающий их ТНА, газогенератор, агрегаты управления, раму и другие элементы.
Основные камеры паяно-сварной конструкции с внутренним и регенеративным охлаждением создают 92% тяги ЖРД. Корпус камеры сгорания образован двумя оболочками ? огневой бронзовой стенкой и стальной рубашкой, которые соединены через гофрированные проставки, а в области максимального теплового потока через ребра на огневой стенке. Окислитель подается непосредственно в смесительную головку камеры через центральный патрубок, горючее ? в кольцевой коллектор, расположенный у выхода из камеры, и распределяется по каналам охлаждающего тракта. Затем, нагретый до 480 К, направляется в смесительную головку пакетной конструкции с плоскими днищами, скрепленными 337 форсунками. Одна форсунка ? в центре, остальные ? в 10 концентрических рядах. Все форсунки, кроме периферийных, двухкомпонентные. На периферии установлены форсунки горючего, создающие у огневой стенки камеры защитную газо-жидкостную пленку завесного охлаждения. При сжигании топлива в камере сгорания образуется газ с давлением 5,85 МПа и температурой 3520 К. После прохождения сопла давление газа падает до 39 кПа, а температура до 1960 К. При этом газ разгоняется до скорости 2950 м/с, сообщая камере тягу 230 кН (в вакууме). Огневое днище смесительной головки, форсунки, огневая стенка и гофрированные проставки изготовлены из жаропрочных медных сплавов, остальные детали камеры ? стальные.
ТНА содержит 2 основных и 2 вспомогательных центробежных одноступенчатых насоса и активную двухступенчатую турбину мощностью 3820 кВт. Основные насосы ? с осевой крыльчаткой горючего и шнеками окислителя перед центробежными колесами ? установлены соосно с турбиной и имеют одинаковую с ней частоту вращения. Насосы рассчитаны на подачу 226 кг/с жидкого кислорода под давлением 7,8 МПа и подачу 91 кг/с керосина под давлением 9,3 МПа. Корпуса, колеса и шнеки насосов ? из алюминиевых сплавов, валы, осевая крыльчатка и почти все детали турбины ? стальные. Вспомогательные насосы приводятся во вращение через шестеренный мультипликатор. Один из насосов подает жидкий азот в теплообменник, который встроен в выхлопной коллектор турбины. Испарившийся в теплообменнике азот используется для наддува топливных баков РН. Другой вспомогательный насос питает 82%-ной перекисью водорода газогенератор, содержащий твердый катализатор, при прохождении через который перекись водорода разлагается на водяной пар и газообразный кислород. Смесь под давлением 5,4 МПа и с температурой 830 К поступает (8,8 кг/с) на лопатки турбины и затем выбрасывается через выхлопные патрубки со скоростью 450 м/с, создавая тягу 7 кН. Рулевые камеры по конструкции аналогичны основным. Работая при давлении 5,4 МПа, каждая из них развивает тягу в 6 раз меньшую, чем основная камера. Камеры снабжены полыми цапфами, через которые подводится топливо; они же обеспечивают при помощи гидроприводов отклонение камер на угол ?45њ. Зажигание топлива в камерах при запуске осуществляется от пиротехнических устройств, устанавливаемых через сопла. Регулирование ЖРД по тяге достигается изменением расхода рабочего тела газогенератора, соотношение компонентов топлива регулируется изменением расхода горючего. Между различными модификациями РД-107, использовавшимися на РН для вывода КК ?Восход?љи ?Союз?, нет существенных различий.
РД-301 - советский ЖРД конструкции ГДЛ-ОКБ, разработан в середине 70-х годов для верхних ступеней РН и разгонных блоков. Топливо двухкомпонентное самовоспламеняющееся (окислитель ? жидкий фтор, горючее ? жидкий аммиак) с соотношением компонентов 2,7; тяга в вакууме 98,1 кН; удельный импульс в вакууме 3928 м/с; время работы 750 с при многократном включении. РД-301 содержит камеру, ТНА, газогенератор, работающий на основных компонентах топлива, агрегаты автоматики и другие элементы. ЖРД выполнен по схеме с дожиганием восстановительного генераторного газа в камере (4400 К). Она охлаждается горючим; в дополнение к регенеративному предусмотрено внутреннее охлаждение, обеспечиваемое периферийными форсунками и поясами завесы. Давление в камере сгорания 11,8 МПа, на выходе из сопла 6 кПа. ТНА - одновальный, мощностью 1265 кВт. Запуск и включение ЖРД производятся при помощи электропневмоклапанов, управляемых гелием. В линии окислителя газогенератора предусмотрен регулятор расхода с электроприводом для регулирования тяги; аналогичный регулятор, установленный в линии горючего камеры, обеспечивает изменение соотношения топливных компонентов. ЖРД снабжен карданным подвесом (на форсуночной головке камеры) и парой поворотных сопел крена (с электроприводами), в которые поступает газифицированное горючее из охлаждающего тракта газогенератора. Указанные узлы, предназначенные для управления полетом РН, отсутствовали в первоначальной конструкции ЖРД, которая разрабатывалась для однократного запуска. РД-301 ? единственный фторный ЖРД в мире, прошедший полный объем стендовых испытаний, включая официальные.
РД-253 - советский ЖРД конструкции ГДЛ-ОКБ, разработан в 1961 ? 65 годах для 1-й ступени РН ?Протон?. Топливо двухкомпонентное самовоспламеняющееся (окислитель ? четырехокись азота, горючее ? несимметричный диметилгидразин); тяга на земле 1474 кН, в вакууме 1635 кН; удельный импульс на земле 2795 м/с, в вакууме 3100 м/с; масса конструкции 1280 кг; масса залитого ЖРД ? 1460 кг; высота 2,72 м; максимальный диаметр камеры 1,5 м; время работы 130 с. ЖРД содержит камеру, ТНА, газогенератор, агрегаты автоматики и другие элементы. После насосов окислитель с небольшой частью горючего направляются в газогенератор, а остальная часть горючего ? в тракт регенеративного охлаждения камеры. Окислительный генераторный газ после привода турбины поступает по газоводу в камеру сгорания, где дожигается с горючим, прошедшим тракт охлаждения.
Камера ЖРД ? со связанными оболочками, содержит форсуночную головку и корпус с гофрированными проставками (на выходе из сопла) и оребренной внутренней стенкой. Она защищена от прогара дополнительно жаростойким керамическим покрытием и газожидкостной пленкой, создаваемой подачей горючего из охлаждающего тракта через 2 пояса отверстий. Давление в камере сгорания 14,7 МПа, на выходе из сопла 61 кПа. ТНА содержит 2 топливных шнекоцентробежных насоса с двусторонними входами и осевую реактивную турбину, расположенные на двух валах: на одном ? насос окислителя и турбина, на другом ? насос горючего. Крутящий момент между валами передается через промежуточный короткий гибкий вал. Насос горючего ? двухступенчатый: 1-я ступень питает камеру, 2-я ? газогенератор. Во входной магистрали окислителя установлен эжектор. Мощность ТНА 18,74 МВт. Газогенератор ? сферической формы, охлаждаемый окислителем. В газогенератор поступает около 75% всего топлива и вырабатывается газ с температурой 780 К и давлением примерно 24 МПа.
Конструктивная надежность ЖРД при давлении в его магистралях, достигающем 40 МПа, обеспечена широким применением сварки: в основных магистралях насчитывается всего 11 разъемов. Какие-либо системы вспомогательных рабочих тел отсутствуют. Запуск происходит на самотеке топлива. Операции включения и выключения обеспечиваются 9 пироклапанами простой конструкции. С целью регулирования ЖРД по тяге и соотношению компонентов топлива в его магистралях установлены регулятор и дроссель, работающие от электроприводов. Имеются также небольшие газогенераторы, в которых вырабатывается газ для наддува топливных баков РН. Узлы крепления ЖРД к РН обеспечивают возможность поворота его вертикальной плоскости с целью управления вектором тяги. Для защиты агрегатов ЖРД от воздействия реактивной струи предусмотрены теплоизоляционные экраны.