Двигатель f 1: NASA провело испытания газогенератора двигателя F-1

Однако по окончании этого срока Вашингтон планирует отказаться от РД-180. В апреле прошлого года об этом заявил глава космического командования ВВС США Джон Реймонд.

«Наша стратегия по запускам работает. У нас 76 из 76 удачных запусков. На 24% сокращены затраты с 2012 года. Мы движемся в рамках намеченного плана в вопросе ухода от зависимости от РД-180», — сказал он.

Также по теме

В России началось производство опытных образцов новых ракетных двигателей РД-171МВ, которые считаются самыми мощными в мире….

Более того, в 2019 году Пентагон ввёл запрет на сотрудничество с Россией и рядом других стран при космических пусках. Ограничения распространяются в отношении спутников, а также пусковых установок для их запуска. Решение военного ведомства вступит в силу 31 декабря 2022 года.  

В «Роскосмосе» такой шаг назвали недобросовестной конкуренцией. По мнению госкорпорации, власти США разрушают двусторонние отношения стран в космической отрасли и лишают американские компании возможности работать с РФ.

«Фактически это попытка лишить американских производителей возможности работать с российской ракетно-космической отраслью, искусственно ограничить использование российских средств выведения на международном рынке. Пентагон хочет разрушить то, что с таким трудом создано и поддерживается в российско-американских отношениях в области космоса», — сообщается в заявлении «Роскосмоса».

Впрочем, в исследовательской службе конгресса подчёркивают, что ВВС США предвидят ряд серьёзных проблем, связанных с отказом от российских двигателей и переходом к конкурентному рынку космических запусков. В частности, речь идёт о недавнем решении предприятия United Launch Alliance вывести из эксплуатации ракету-носитель Delta IV Medium. Её использовали для запусков самых тяжёлых военных спутников. Опасения вызывает и тот факт, что теперь единственным поставщиком, отвечающим требованиям нацбезопасности, остаётся компания SpaceX. Кроме того, ограничения на закупку РД-180, действующие во время переходного периода, могут затронуть график пусков Atlas V.

«РД-180 — очень хороший двигатель, он в своём классе тяжёлых двигателей «кислород — керосин» является лучшим в настоящий момент. РД-180 стал основателем целого семейства двигателей, которые сейчас активно используются у нас и продаются в Штаты. Для американцев было бы выгодно строить свои новые ракеты также на базе нашего двигателя», — считает Моисеев.

По его мнению, имеющихся у США запасов РД-180 может хватить на запуски как раз до 2030 года. По данным НПО «Энергомаш», в прошлом году американской стороне было передано шесть двигателей. Кроме того, шесть двигателей РД-180 планируется отправить в США в 2020 году.

Американские специалисты принимали участие в создании РД-180 в 1990-е годы и даже получили часть документов, но разработать собственный двигатель с такими же характеристиками им не удалось, рассказал военный эксперт Алексей Леонков.

«Американский двигатель проигрывал российскому по многим показателям примерно в два раза», — добавил он.

При этом Леонков напомнил, что в последние годы Штаты уже несколько раз заявляли о планах отказаться от РД-180, но этого так и не произошло.

«США это решение принимали и раньше, планировали отказать к 2018 году, потом к 2019, 2020, а теперь к 2022-му. Цифра всё время смещается в надежде, что у них появится свой достаточно дешёвый и надёжный аналог. Сроки проходят, а без наших двигателей никуда. Посмотрим, что будет на этот раз», — сказал эксперт.

• Здание Пентагона
• AFP

Политическое решение 

Поиск альтернативы РД-180 начался в США в 2015 году, пишут аналитики конгресса.

«Негативная реакция России на санкции, введённые США в 2014 году в связи с её действиями на Украине, усугубила и без того серьёзную проблему и усилила давно укоренившуюся внутреннюю обеспокоенность по поводу зависимости США от российского ракетного двигателя (РД-180), которым оснащена одна из основных ракет, используемых для критических важных космических запусков, осуществляемых в интересах национальной безопасности», — сообщается в материале.

Напомним, Вашингтон ограничил сотрудничество с Москвой из-за конфликта на юго-востоке Украины и воссоединения Крыма с РФ.

Как указывают исследователи, после якобы «нападения» России на Украину Соединённые Штаты ввели санкции против ряда российских физических и юридических лиц, включая главу «Роскосмоса» Дмитрия Рогозина.

Также по теме

Главную угрозу для сил США в космосе представляют Россия и Китай, говорится в аналитическом материале Института стратегических. ..

В ответ в РФ заявили о возможной отмене поставок РД-180. В докладе приводится цитата гендиректора госкорпорации о том, что Москва не сможет поставлять двигатели в США, если не получит гарантии, что они используются исключительно в гражданских целях. Такая реакция вызвала беспокойство в экспертных кругах.

«У многих наблюдателей нарастала обеспокоенность тем, что Россия могла внезапно ввести полный запрет на экспорт данного двигателя в США или же в некоторой степени ограничить экспорт продукции военного назначения», — отмечают сотрудники исследовательской службы.

Примечательно, что в 2014 году США попытались ввести запрет на закупку РД-180, но вскоре отказались от этой идеи, потому что не смогли найти замену. Бывший астронавт, член комитета сената по делам вооружённых сил Билл Нельсон пояснил, что поспешный отказ от российского двигателя способен поставить под удар национальную безопасность Соединённых Штатов. 

В том же 2014 году Пентагон сформировал комиссию, чтобы решить вопрос о возможной утрате РД-180, подчёркивается в докладе. Та порекомендовала не организовывать совместное производство аппарата в США, а потратить $141 млн на разработку нового американского двигателя к 2022 году.

Как стало известно ранее, ВВС США опубликовали тендер на разработку систем, которые обеспечат стране гарантированный доступ в космос и позволят отказаться от РД-180 «несоюзнического производства»

По мнению Ивана Моисеева, отказ США от РД-180 — это политическое решение. Похожий метод Вашингтон использовал во времена холодной войны.

«Отказ Пентагона сотрудничать с фирмами, которые работают по контракту с Россией, является следствием напряжённой обстановки между двумя государствами, результатом санкций. Здесь есть политическая составляющая. Это уже было во времена СССР, когда США запретили поставку в Советский Союз своих спутников и любых других, где есть американские комплектующие. До 1995 года мы фактически не занимались коммерцией в космосе», — сказал собеседник RT.

• Сотрудники во время сборки ракетного двигателя РД-180
• РИА Новости
• © Сергей Гунеев

Неоспоримое преимущество 

В настоящий момент разработкой американской версии ракетного двигателя занимаются несколько частных компаний. Например, Blue Origin, которая принадлежит владельцу Amazon Джеффу Безосу, работает над созданием BE-4. Двигатель предназначен для ракеты-носителя Vulcan. Предполагается, что в будущем она заменит Atlas V, однако старт новой ракеты пока не был произведён. 

Разработки ведёт также SpaceX Илона Маска. Компания взяла на себя обязательство вывести на орбиту в 2020 году военный спутник AFSPC-52 при помощи тяжёлой ракеты Falcon Heavy.

Также по теме

В будущем «триллионы людей» покорят космос, убеждён миллиардер Джефф Безос, основатель компаний Amazon и Blue Origin. Он подчеркнул,…

Помимо этого SpaceX создаёт двигатель Raptor, который будет использован для ракеты Starship. По мнению Маска, изобретение его компании превзошло РД-180, так как давление в камере сгорания двигателя достигло 268,9 бар (у РД-180 — 266,7 бар).

Однако, как пояснял главный конструктор НПО «Энергомаш» Пётр Лёвочкин, сравниваемые двигатели служат для ракет с разными топливными системами. Raptor работает на кислороде и метане, а РД-180 — на кислороде и керосине. Это всё равно, что сопоставлять дизельный и бензиновый двигатели, заметил он.

«Господин Маск, не будучи техническим специалистом, не учитывает, что в двигателе РД-180 для ракеты-носителя Atlas используется совершенно другая топливная схема — «кислород — керосин», а это иные параметры работы двигателя», — прокомментировал Лёвочкин. 

Между тем Дмитрий Рогозин, комментируя высказывание Маска, заключил, что у РД-180 нет конкурентов.

«Хочу сказать, что дай бог им удачи создать двигатель лучше, чем у нас. Пока не получится, Россия в этой части номер один в мире», — сказал он.

Военный эксперт Алексей Леонков напомнил, что на сегодняшний день все американские космические программы по освоению дальнего космоса и вывода на геостационарные орбиты связаны с российскими двигателями. Этим доказывается их преимущество перед остальными аппаратами.

«Скоро в США будут запускать более дорогой BE-4 или (двигатель для. — RT) Falcon Heavy. Если бы они были выгоднее, чем российские двигатели, то американцы давно бы отказались от наших в пользу своих разработок», — заключил эксперт.

Космос: Наука и техника: Lenta.ru

В американском городе Хантсвилл создаются лучшие в мире ракетные двигатели, заявил на пятом заседании Национального космического совета вице-президент США Майк Пенс.

«Более 60 лет Хантсвилл (штат Алабама) строит лучшие в мире ракетные двигательные установки. И мы хотим сделать так, чтобы это продолжалось в течение следующих 60 лет», — сказал политик.

Вице-президент отметил, что дальнейшее исследование Солнечной системы требует применения инновационных двигательных установок, в частности ядерных.

Также на прошедшем в музейном Космическом и ракетном центре США (Хантсвилл) заседании Пенс рекомендовал НАСА к 2024 году высадить американских астронавтов на южный полюс Луны и пригрозил, что в случае задержек реализации лунной программы средство выведения, создаваемая сверхтяжелая ракета SLS (Space Launch System), может быть заменено на альтернативный коммерческий носитель.

Присутствующий на мероприятии глава космического агентства Джим Брайденстайн заверил политика в приверженности заявленным планам. Администратор уточнил, что НАСА ускорит разработку SLS. В частности, первый испытательный полет носителя (в беспилотном режиме) должен состояться в 2020 году, а пилотируемый облет Луны — в 2022 году.

В марте «Роскосмос» опубликовал видеозапись, в которой РД-171МВ, являющийся модификацией советского РД-170, назван «самым мощным в мире ракетным двигателем». В действительности четырехкамерный силовой агрегат является самым мощным только из жидкостных ракетных двигателей, тогда как самым мощным ракетным двигателем оказывается твердотопливный боковой ускоритель космического корабля Space Shuttle.

В июне 2018-го генеральный директор «Энергомаша» (производителя поставляемых в США керосиновых ракетных двигателей РД-180 и РД-181) Игорь Арбузов заявил, что ракетные двигатели на метане перспективнее силовых агрегатов на керосине, и США опережают Россию в создании таких установок.

Материалы по теме

00:01 — 9 июля 2018

Энергохлам

Россия тратит миллиарды на ракетные двигатели. Они устарели и никому не нужны

В апреле 2018-го глава научно-технического совета «Роскосмоса» Юрий Коптев отметил, что Россия единственная из космических держав не использует водород в качестве топлива в ракетных двигателях.

В Хантсвилле, известном как «ракетная столица» США, располагается четвертый по величине исследовательский парк в мире. В городе, в частности, находятся площадки компании Aerojet Rocketdyne, которая к настоящему времени объединила множество американских производителей ракетных двигателей, например, самый большой в мире водородный ракетный двигатель RS-68 (устанавливается на боковые ускорители и первую ступень ракет семейства Delta IV) и самый мощный в мире однокамерный жидкостной ракетный двигатель F-1 (пять таких агрегатов получала первая ступень доставившей человека на Луну сверхтяжелой ракеты Saturn 5).

В настоящее время Aerojet Rocketdyne работает над силовым агрегатом RS-25, который ранее использовали многоразовые космические корабли Space Shuttle, а в модифицированном варианте будет задействован в SLS.

Как устроены турбомоторы Формулы-1 2014 года — ДРАЙВ

Рекуперация энергии появилась в Формуле-1 ещё в 2009 году. Но новый этап внедрения гибридных технологий столь радикальный, что повлиял даже на официальный язык: в документах вместо слова Engine появилось сочетание Power Unit. На фото показан такой «юнит» от Renault под названием Sport Energy F1-2014.

С сезона 2014 года в Формуле-1 уходит эпоха атмосферных моторов V8 2.4, трудившихся с 2006 года. По новому регламенту на болидах появятся турбомоторы объёмом всего 1,6 л. Звучит знакомо. Но если в обычной жизни это рядные «четвёрки», то в спорте — малолитражные V-образные «шестёрки» с высокопроизводительным одиночным турбонаддувом (давление не регламентировано). Да и частота вращения коленвала внушительна — лимитатор по правилам будет срабатывать на 15 000 об/мин. А ещё на этих движках стоит система двойной рекуперации, способная утилизировать не только кинетическую энергию автомобиля во время торможения, как было в недавнем прошлом, но и энергию выхлопных газов. Да-да, в формульном моторе турбина соединена с генератором — как на заправской электростанции! Потому буковка К (kinetic) из общего наименования системы пропала, теперь это просто ERS (Energy Recovery System).

Предыдущие моторы в Формуле-1 (V8 2.4) развивали приблизительно 760 л.с. (точные числа, понятно, не разглашаются). Новые будут выдавать порядка 600 л.с., утверждает компания Renault, и ещё 160 «лошадок» с копейками будет добавлять на разгонах система ERS. Суммарная отдача установки окажется сопоставима с прошлогодней, а то и выше. На снимке — наддувные V-образные «шестёрки» Renault 1980 и 2014 года. Рабочий объём почти одинаков (34 года назад он составлял 1,5 литра), но насколько различны размеры.

С сезона 2014 года мгновенный расход у двигателя внутреннего сгорания на Формуле-1 не должен выходить за рамки 100 кг/час, и 100 килограммами ограничен общий запас топлива на одну гонку. Ранее пиковый расход не регламентировался (а по факту был на 40% выше). Что до суммарного запаса топлива, то его не ограничивали (нельзя было только дозаправиться), но типично в бак помещалось около 160 кг горючего. Так что теперь инженерам команд будет весьма непросто настраивать системы рекуперации на гонку и выбирать стратегию в данной части.

У Мерседеса мотор PU106A Hybrid по общему виду похож на «собратьев». Характерная черта — единственный турбокомпрессор, расположенный позади блока цилиндров. Эта компоновка продиктована правилами: если раньше на болиде были разрешены два выхлопных патрубка, то теперь только один, причём так, чтобы поток газов не создавал аэродинамического эффекта. С той же целью запрещено располагать какие-то дополнительные элементы кузова за выхлопом, чтобы они не направляли поток газов.

Если раньше от системы KERS разрешено было получать максимальную добавочную мощность 60 кВт (81 л.с.) в течение 6,7 секунды за один круг, то теперь лимит повышен до 120 кВт (162 л.с.), и такую мощность можно будет развивать по 33 секунды на каждом круге. Ещё французские инженеры указывают, что если в прошлом году поломка «керса» стоила гонщику лишних 0,3 с на круг, то теперь выход из строя гибридной составляющей болида Формулы-1 фактически оставляет машину за пределами хоть какой-то борьбы.

Снова немецкий двигатель. Обратите внимание на огромный колпак сверху. Так выглядит одна из важнейших проблем, над которой пришлось поломать головы всем компаниям: под сравнительно небольшой кузов болида Формулы-1 теперь нужно втиснуть солидный интеркулер для охлаждения воздуха на впуске. Вообще инженеры говорят, что в новых болидах суммарная площадь различных радиаторов существенно вырастет и их правильное размещение, а также хорошая эффективность окажутся одним из ключей к успеху.

В сезоне 2014 года 11 команд будут использовать двигатели всего от трёх поставщиков. Red Bull, Lotus, Toro Rosso и Caterham возьмут на вооружение мотор Renault Sport Energy F1-2014. Команды Mercedes, McLaren, Force India и Williams возложили свои надежды на агрегат Mercedes-Benz PU106A Hybrid. Наконец, болиды Ferrari увлекать вперёд призваны двигатели Ferrari 059/3, и они же оживят болиды Marussia и Sauber. Творение итальянцев «живьём» пока не показывали, но о нём кое-что уже известно, как и о моторе Mercedes. Однако наиболее детальные сведения о новом двигателе предоставила французская компания.

Ключевые элементы нового формульного мотора Renault. Особого рассказа требуют системы MGU-K и MGU-H.

В новой установке есть два мотор-генератора, способных как вырабатывать ток, так и действовать в роли электродвигателя. Первый называется MGU-K (Motor-Generator Unit-Kinetic). Он соединён с коленвалом ДВС и собирает энергию на торможении, отдавая её высоковольтному накопителю. При разгоне MGU-K добавляет свою мощность к мощности основного агрегата. Эта добавка как раз лимитирована по регламенту 120 киловаттами. Ещё есть ограничение по количеству энергии, которую можно собрать на одном круге (два мегаджоуля), и энергии, которую можно использовать для разгона на одном круге (четыре мегаджоуля), что, к слову, в десять раз больше, чем разрешено было в 2013 году для старого «керса».

У «юнита» Mercedes-Benz PU106A Hybrid две системы рекуперации также именуются MGU-K и MGU-H, и размещены они в целом похоже на компоновку этих агрегатов у Renault.

Устройство MGU-H (Motor-Generator Unit-Heat) — самое интересное в новой Формуле. Это электрическая машина, сидящая на валу турбокомпрессора. И работать она может в обе стороны: извлекать энергию из выхлопных газов и раскручивать турбокомпрессор для сокращения турболага. Причём, в отличие от MGU-K, величина потоков энергии (выработка в качестве генератора и работа как электромотора) правилами не ограничена. Это даёт инженерам мощный рычаг для управления балансом энергии в машине. Если учесть работу ДВС и MGU-K, в сумме энергия в болиде может перекачиваться по семи направлениям.

Типовой круг в представлении Renault и типовые способы взаимодействия систем. При торможении блок MGU-K перекачивает энергию от колёс в аккумуляторную батарею. Кстати, вес её лимитирован снизу и сверху (от 20 до 25 кг), так что создателям установок потребовалось нечто очень мощное, развивающее порядка 6 кВт на каждый килограмм веса. Судя по всему, здесь будут стоять суперконденсаторы. Следующая фаза — выход из зоны торможения. Тут батарея отдаёт энергию блоку MGU-H, который быстро выводит турбокомпрессор на предельные обороты (100 тысяч об/мин). Далее — ситуация обгона. Здесь и батарея, и MGU-H поставляют ток для MGU-K, который развивает пиковую мощность, ускоряя болид. Наконец, при обычном ускорении запас в батарее не меняется, но происходит передача энергии от MGU-H к MGU-K.

В этой презентации силовая установка Ferrari 059/3 предстаёт только в виде анимации, но можно убедиться, что она в общих чертах повторяет агрегаты Мерседеса и Рено. В том числе и в части двойной рекуперации. Инженеры Ferrari тут выступают вместе со специалистами Shell. Они не раз повторяют: новые двигатели не только должны приблизиться к гражданским по аппетиту, но и по надёжности, и по долговечности. Хоть на шаг. Ведь по новому регламенту одному гонщику за сезон будет разрешено использовать лишь пять моторов вместо восьми ранее.

Вспомним, что обычный «керс» вводился под соусом помощи мира Формулы-1 массовой автомобильной индустрии в деле сохранения окружающей среды. Мол, в Королеве автоспорта будут проверяться идеи и технологии, которые далее могут в том или ином виде найти свой путь к обычным автомобилям. Новый регламент — заметный шаг в этом направлении. Болиды в 2014 году просто вынуждены стать экономичнее, а ключ к экономичности — хитроумная гибридная система. Вполне вероятно, что мы скоро увидим что-то похожее на серийных автомобилях. Собственно, это уже происходит. Вспомним опыты Audi c электрическим приводом компрессора. От него недалеко до утилизации энергии выхлопа (такие турбогенераторы тоже предлагались в разное время, но развития не получили) и объединения подобных устройств в единый комплекс.

Ракетный двигатель F-1 — Факты программы «Аполлон»

Двигатель F-1 — американский жидкостный ракетный двигатель (ЖРД), устанавливавшийся на первой ступени ракеты-носителя (РН) «Сатурн-5», отправлявшей к Луне корабли «Аполлон» и «лунные модули». Также устанавливался на первой ступени в единственном полете ракеты «Сатурн ИНТ-21». В качестве топлива использует керосин (горючее) и жидкий кислород (окислитель).

До сегодняшнего дня F-1 — самый мощный однокамерный ЖРД, когда-либо использовавшийся на летавших РН. По абсолютной мощности его превзошел советский ЖРД РД-170/171, использовавшийся на РН «Энергия» и использующийся до сих пор на РН «Зенит»; при этом РД-170/171 является 4-камерным двигателем. Однако F-1 (как и РД-170/171) не обладают рекордной тягой среди ракетных двигателей: твердотопливные двигатели «Спейс Шаттла» имеют почти вдвое большую тягу.

При большой абсолютной тяге F-1 имеет довольно умеренные удельные характеристики: его удельный импульс достаточно мал для современных ему керосиновых двигателей и значительно уступает удельному импульсу РД-170/171.

[1, 2]

Двигатель F-1 — жидкостный реактивный двигатель, работающий по открытой схеме. Часть топлива сжигается в газогенераторе, горячие газы приводят в движение турбонасосы, отработанные в турбонасосном агрегате (ТНА) газы выбрасываются в сопло, охлаждая сопловый насадок. Турбонасосы направляют компоненты топлива в камеру сгорания (КС), где они сжигаются, превращаясь в выхлоп. Выхлоп выбрасывается через сопло, производя тягу. Стенки сопла (кроме соплового насадка) и стенки КС собраны из тонких радиальных трубок, представляющих собой рубашку регенеративного охлаждения. Трубки рубашки скреплены внешними бандажами. Часть горючего, прежде чем попасть в КС, направляется в рубашку регенеративного охлаждения, тем самым отводя тепло от стенок камеры и сопла и предотвращая их прогар.

Пять двигателей F-1 установлены на первой ступени S-IC ракеты «Сатурн-5»: один по центру и четыре симметрично по краям. Центральный двигатель закреплен неподвижно, периферийные имеют карданов подвес, позволяющий им поворачиваться для управления полетом ракеты. Суммарная тяга двигателей на уровне моря составляет около 3,5 тыс. тонн.

Блок камеры сгорания состоит из карданова подвеса, головки, форсуночной головки, корпуса камеры, соплового насадка и изоляции. КС принимает компоненты топлива, смешивает их и сжигает, сообщая выхлопу большую скорость. Блок КС служит опорой остальному оборудованию двигателя.

Карданов подвес представляет собой сферический узел с вкладышем из тефлона и стекловолокна для уменьшения трения. Узел допускает отклонения на ±7 градусов в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Он передает тягу двигателя на конструкцию ракеты и обеспечивает изменение вектора тяги.

Головка двигателя служит магистралью окислителя при его направлении в форсуночную головку, к ней монтируется карданов подвес, она передает тягу от двигателя к конструкции ракеты. Окислитель поступает в головку через два впускных отверстия с расходом около 1570 литров в минуту.

Форсуночная головка смешивает горючее с окислителем и направляет их в камеру в пропорциях, обеспечивающих оптимальное сгорание. Со стороны камеры головка содержит медные форсунки горючего и окислителя, расположенные в особом порядке. Поверхность головки разделена радиальными и круговыми медными перегородками, которые служат для уменьшения высокочастотных колебаний в КС. Головка вместе с отдельным воспламенителем помещены в стальной корпус.

Корпус КС имеет особую форму, близкую к соплу Лаваля: полость камеры, где происходит сгорание, сужается по направлению к соплу, образуя критическое сечение (самая узкая часть камеры), а затем снова расширяется, образуя сопло. Стенки камеры состоят из радиальных трубок и охлаждаются регенеративно. Трубки удерживаются и укрепляются усиленными круговыми бандажами. К бандажам крепится блок турбонасосного агрегата и сервоприводы для качания двигателя. Со стороны форсуночной головки к корпусу подходит магистраль горючего, сбоку — магистраль, через которую сбрасываемые с ТНА газы направляются к сопловому насадку. Корпус окружен термоизоляцией.

Горючее поступает к двигателю через две магистрали. 30 % горючего направляются сразу в форсуночную головку (что уменьшает общие потери давления и упрощает запуск). 70 % направляются в обход, попадая сначала в 89 профилированных трубок регенеративной рубашки. Это горючее протекает сначала вниз вдоль стенок КС, где попадает в нижнюю магистраль и возвращается по другим 89 трубкам вверх к форсуночной головке. Это горючее охлаждает стенки КС, отбирая от них избыточное тепло. На уровне, где степень расширения составляет 3:1, каждая из трубок расщепляется на две; это необходимо для сохранения поперечника трубок у широкого конца сопла. Форма трубок также меняется: в верхней части они уплощены в касательном направлении, в нижней части — в радиальном.

Магистраль выхлопа турбины представляет собой торообразную трубу в нижней части КС. Специальные соединения компенсируют ее температурное расширение. Из магистрали газы равномерно распределяются по сопловому насадку.

Сопловый насадок представляет собой съемный кольцевой элемент из нержавеющей стали, который прикрепляют к нижней части КС для увеличения степени расширения с 10:1 до 16:1. Внутренняя часть насадка защищается от горячих (3200º C) газов из сопла с помощью пленочного охлаждения выхлопными газами с турбины ТНА (их температура ниже 700º C). Газы с турбины с помощью особых направляющих образуют поверхностный слой между внутренней поверхностью насадка и горячими газами из сопла.

Ампула с самовозгорающимся топливом служит для запуска двигателя. Она представляет собой цилиндрическую капсулу, закрытую с двух сторон мембранами. Ампула содержит смесь из 85 % триэтилбора и 15 % триэтилалюминия. Эта смесь стабильна в закрытом виде, но подвержена самовозгоранию при контакте с кислородом в любой форме. При запуске двигателя давление топлива прорывает мембраны, и смесь топлива с самовозгорающейся смесью попадает в камеру через отдельный воспламенитель на форсуночной головке. В камере смесь вступает в контакт с кислородом, воспламеняется, и происходит запуск двигателя.

Пиротехнические воспламенители обеспечивают поджигание богатой горючем смеси в газогенераторе и поджигание газов, сброшенных с турбины, при их выходе из соплового насадка. Используют электрическую искру.

Термоизоляция защищает двигатель от высоких внешних температур (до 1400 градусов), создаваемых факелом выхлопа и обратным потоком от двигателей, работающих совместно. Используются два типа изоляции: многослойные листы на сложных поверхностях и пластины асбеста на обширных простых поверхностях. Изоляция изготовлена из легких материалов и имеет крепления: отверстия, штыри и др.

Турбонасосный агрегат (ТНА) представляет собой механизм с прямой передачей, состоящий из насоса окислителя, насоса горючего и турбины, смонтированных на общем валу. ТНА направляет горючее и окислитель в газогенератор и камеру сгорания. Жидкий кислород поступает в ТНА через единственную впускную магистраль, соосную валу, и выходит из ТНА по касательной к валу через две выпускных магистрали. Горючее поступает в ТНА радиально через две впускных магистрали и выходит по касательной через две выпускных магистрали. Двойные впускные и выпускные магистрали уравновешивают радиальные нагрузки насосов.

Вал опирается на три подшипника: 2 шариковых подшипника между насосами окислителя и горючего и роликовый подшипник между насосом горючего и колесом турбины. При работе ТНА подшипники охлаждаются горючим. Во время захолаживания насоса окислителя жидким кислородом шариковые подшипники подогреваются специальным устройством.

На валу установлен зубчатый венец, который используется совместно с редуктором для проворачивания вала вручную, а также с магнитным преобразователем для отслеживания скорости вращения вала.

На валу установлены девять углеродных уплотнения: первичное уплотнение окислителя, промежуточное уплотнение окислителя, уплотнение смазки первого шарикоподшипника, масляное уплотнение второго шарикоподшипника, первичное уплотнение горючего, уплотнение впускной магистрали горючего, масляное уплотнение магистрали горючего, вторичное уплотнение горячего газа, первичное уплотнение горячего газа.

Главный вал и детали, монтируемые на него, динамически балансируются перед окончательной сборкой ТНА.

Насос окислителя

Насос окислителя поставляет окислитель в камеру сгорания с расходом около 1670 литров в секунду. Насос состоит из входной магистрали, преднасоса, крыльчатки, корпуса-улитки, подшипников, уплотнений и прокладок. Окислитель поступает в насос через входную магистраль, соединенную с баком окислителя первой ступени. Чтобы предотвратить кавитацию, преднасос в магистрали повышает давление давление окислителя перед тем, как он попадает на крыльчатку. Крыльчатка ускоряет окислитель, повышая его давление до требуемых значений, а затем направляет его через две противоположно расположенные выходные магистрали в линии окислителя высокого давления, ведущие к газогенератору и камере сгорания.

Входная магистраль окислителя, соединенная с линией, ведущей к баку окислителя ступени, болтами привинчена к улитке насоса. Два поршневых кольца, расположенных между входной магистралью и улиткой, расширяются и сжимаются при изменении температуры, сохраняя надежное уплотнение между сторонами магистрали с высоким и низким давлениями.

Улитка насоса окислителя соединена штифтами и болтами с улиткой насоса горючего, что предотвращает осевые и вращательные сдвиги. Первичное уплотнение окислителя и прокладка в улитке окислителя предотвращают протечку горючего в дренажную полость первичного уплотнения окислителя. Промежуточное уплотнение окислителя направляет продувочный поток в дренажные полости первичного уплотнения и роликового подшипника, где продувка выполняет роль барьера, отделяющего окислитель от смазки подшипников.

Насос горючего

Насос горючего поставляет горючее в камеру сгорания и газогенератор с расходом около 1040 литров в секунду. Насос состоит из входной магистрали, преднасоса, крыльчатки, корпуса-улитки, подшипников, уплотнений и прокладок. Горючее поступает в насос через входную магистраль, соединенную с баком горючего первой ступени. Чтобы предотвратить кавитацию, преднасос в магистрали повышает давление давление горючего перед тем, как оно попадает на крыльчатку. Крыльчатка ускоряет горючее, повышая его давление до требуемых значений, а затем направляет его через две противоположно расположенные выходные магистрали в линии горючего высокого давления, ведущие к газогенератору и камере сгорания.

Улитка горючего привинчена болтами к входной магистрали горючего и к кольцу, штифтами прикрепленному к улитке насоса окислителя. Установленное на улитке кольцо для компенсации износа сопрягается с крыльчаткой. Полость между улиткой и крыльчаткой называется балансировочной полостью. Давление в балансировочной полости воздействует на на крыльчатку горючего и противостоит обратному давлению со стороны крыльчатки окислителя, удерживая в заданных пределах осевое воздействие на шарикоподшипники вала. Уплотнение, установленное между промежуточным уплотнением окислителя и шарикоподшипником со стороны насоса горючего, предотвращает контакт окислителя с горючим, смазывающим шарикоподшипники. Если горючее проникает сквозь уплотнение, дренажный поток со стороны промежуточного уплотнения изгоняет его. С топливной стороны второго шарикоподшипника масляное уплотнение № 4 содержит смазку внутри полости подшипника. Первичное уплотнение в улитке горючего удерживает горючее под высоким давлением в балансировочной полости, предотвращая его проникновение в область низкого давления.

Турбина

Турбина эффективной мощностью 41 МВт служит приводом для насосов горючего и окислителя. Двухступенчатая турбина имеет два активных колеса, разделенных статорами, она смонтирована на общем валу со стороны насоса горючего. Таким образом, два элемента турбонасосного агрегата, находящиеся при крайних температурах (820 ºC на турбине и -180 ºC на насосе окислителя) оказываются отделены друг от друга.

Горячий газ с газогенератора поступает на турбину через входной патрубок с расходом 77 кг/с и направляется через сопло первой ступени на колесо первой ступени, содержащее 119 лопастей. Затем горячий газ проходит через статоры второй ступени на колесо второй ступени, содержащее 107 лопастей, и затем направляется в теплообменник. Этот поток горячего газа вращает турбину, которая, в свою очередь, приводит приводит в движение топливные насосы. В установившемся режиме скорость вращения турбины составляет 5500 об/мин.

Регулирующий клапан хладагента для подшипников

Клапан, включающий три 40-микронных фильтра, три подпружиненных тарельчатых клапана, и ограничитель. Его основное назначение — регулирование снабжения хладагентом (горючим) подшипников ТНА. Вторичная функция клапана — сохранение подшипников ТНА между статическими огневыми испытаниями и во время хранения двигателя. Во время запуска двигателя тарельчатый клапан открывается и снабжает отфильтрованным топливом патрубки хладагента, а ограничитель поддерживает нужное давление в патрубках.

Газогенераторная система обеспечивает горячий газ, приводящий в действие турбину, вращающую топливные насосы. Система состоит из клапана газогенератора, форсунки, камеры сгорания и топливопроводов, соединяющих с газогенератором выходные магистрали горючего и окислителя № 2 из ТНА. Топливо поступает в газогенератор (ГГ) из ТНА через выходные магистрали № 2. Соотношение компонентов, поступающих в ГГ, сдвинуто в сторону горючего по сравнению с соотношением в камере сгорания двигателя. Этим обеспечивается более низкая температура в неохлаждаемом ГГ и на турбине.

Топливо поступает в ГГ через клапан и форсунку и зажигается в камере сгорания ГГ посредством двойного пиротехнического воспламенителя. Клапан ГГ управляется гидросистемой, где в качестве гидравлической жидкости используется горючее.

Клапан газогенератора

Клапан газогенератора управляется гидравлически и управляет поступлением компонентов топлива в ГГ. Горючее, используемое в качестве гидравлической жидкости, циркулирует по пропускному каналу корпуса клапана, чтобы сохранить герметичность уплотнения и предотвратить замерзание горючего в корпусе шарового клапана. Топливо также циркулирует по каналу в поршне между впускным и выпускным отверстиями, чтобы предотвратить замерзание кольца О поршня.

Форсунка газогенератора

Форсунка направляет горючее и окислитель в камеру сгорания газогенератора. Плоская форсунка с множеством отверстий включает в себя головку, пластину, круговую магистраль, пять колец с отверстиями для впуска окислителя, пять колец с отверстиями для впуска горючего, и диска с отверстиями для впуска горючего. На форсунке смонтированы клапан ГГ и тройник впускной магистрали горючего.

Горючее поступает из клапана ГГ в форсунку через тройник впускной магистрали горючего. Горючее направляется по внутренним каналам в пластине и впрыскивается в в камеру сгорания ГГ через отверстия в кольцах и диске горючего. Некоторые отверстия во внешнем кольце горючего обеспечивают охлаждающую пленку для стенки камеры сгорания. Окислитель поступает в форсунку через клапан ГГ по впускной магистрали окислителя. Окислитель направляется по внутренним каналам в пластине и впрыскивается в камеру сгорания ГГ через отверстия в кольцах горючего.

Камера сгорания газогенератора

Камера сгорания ГГ — это место, где сгорают компоненты топлива, и выделяющиеся газы направляются в магистраль турбины ТНА. Камера с одной стенкой расположена между форсункой и впускной магистралью ТНА.

Система расхода топлива направляет жидкий кислород и горючее из топливных баков к насосам, которые перекачивают их через магистрали высокого давления к газогенератору и камере сгорания. Система состоит из двух клапанов окислителя, двух клапанов топлива, расходного клапана охлаждающей жидкости для подшипников, двух клапанов контроля продувки в головке двигателя, клапана контроля продувки газогенератора и уплотнений насосов, выпускных магистралей ТНА, отверстий и магистралей, соединяющих все компоненты. Горючее под высоким давлением поступает из системы расхода топлива к системе управления вектором тяги.

Клапаны окислителя

Два одинаковых клапана, обозначенных номерами № 1 и № 2, управляют потоком жидкого кислорода от ТНА к головке двигателя и поступлением гидравлической жидкости (горючего) к впускному отверстию клапана ГГ. Каждый из клапанов тарельчатого типа управляется гидравлически. Подпружиненный вентиль допускает обратное течение для обеспечения циркуляции гидравлической жидкости при закрытом положении топливных клапанов, но перекрывает поток горючего до тех пор, пока клапан окислителя открыт менее чем до 16,4 %. При достижении клапаном этого уровня открытия, вал шестерни открывает путь для горючего, позволяя ему течь через клапан, управляющий открытием клапана газогенератора.

Клапаны горючего

Два одинаковых клапана, обозначенных номерами № 1 и № 2, расположены на входной топливной магистрали камеры сгорания и разнесены на 180 градусов. Они контролируют поток горючего от ТНА к КС. Когда клапаны открыты при установленных значениях давлений и расходов, они не закрываются при падении давления гидравлической жидкости. Позиционные указатели в топливных клапанах являются частью релейно-контактной логической схемы в управляющей электрической цепи двигателя, с их помощью фиксируется положение затворов.

Указатели нормального давления

Три указателя нормального давления расположены на единой магистрали, установленной на магистрали горючего КС, чтобы определять давление впрыска горючего. Эти три резервированных указателя используются для указания удовлетворительной работы всех пяти двигателей ракеты-носителя. Если давление в полости впрыска горючего падает, работа указателей прерывается, прерывая тем самым выдачу сигнала нормального давления.

Система наддува подогревает газообразный кислород и гелий для наддува бака ракеты-носителя. Система наддува состоит из теплообменника, контрольного клапана теплообменника, расходомера жидкого кислорода, и трубок теплообменника. Источником жидкого кислорода для теплообменника служит головка двигателя, гелий поступает из баллонов в баке окислителя первой ступени ракеты. Жидкий кислород поступает в теплообменник по магистрали из головки двигателя через контрольный клапан, расходомер.

Теплообменник

Теплообменник подогревает газообразный кислород и гелий, которые проходят через теплообменник по спиралям, с помощью горячих газов выхлопа турбины. Теплообменник состоит из четырех спиральных витков окислителя и двух витков гелия, расположенных внутри выхлопного канала турбины. Он расположен между выходной магистралью ТНА и входного канала выхлопа, ведущего в КС. Кожух теплообменника имеет сильфон, чтобы компенсировать температурное расширение при работе двигателя.

Контрольный клапан

Контрольный клапан предотвращает течение газообразного кислорода и газов наддува баков в головку двигателя. Он состоит из магистрали и контрольного клапанного затвора и установлен между головкой и входной магистралью жидкого кислорода, идущей в теплообменник.

Расходомер жидкого кислорода

Расходомер представляет собой измерительный прибор турбинного типа для измерения объема жидкости и содержит две измерительные катушки. Вращение турбинки расходомера приводит к генерированию переменного тока на выходах измерительных катушек.

Трубки теплообменника

Жидкий кислород и гелий направляются в теплообменник и из него через гибкие трубки. Трубки газообразного кислорода и гелия ведут к соединительным платам ракеты-носителя. Трубка жидкого кислорода соединяет теплообменник с контрольным клапаном.

Соединительная плата двигателя смонтирована поверх входных магистралей жидкого кислорода и топлива в ТНА, она обеспечивает электрическое соединение двигателя с ракетой-носителем. На ней также находятся точки крепления гибкой теплозащитной завесы. Трехсекционная плата отлита из жаропрочной нержавеющей стали, секции соединены между собой заклепками и болтами.

Электросистема состоит из гибкой армированной проводки, которая обеспечивает управление двигателем, и проводки для передачи измерительных данных во время полета.

Гидравлическая контрольная система управляет топливными клапанами двигателя во время его запуска и отсечки. Она состоит из трубопровода с самовоспламеняющейся жидкостью, контрольного клапана, контрольного клапана двигателя и соответствующих трубопроводов и монтажных элементов.

Линия с самовоспламеняющейся жидкостью

Линия с самовоспламеняющейся жидкостью направляет самовоспламеняющуюся жидкость к отдельной системе воспламенения горючего в форсунке камеры сгорания. Линия состоит из ампулы с самовоспламеняющейся жидкостью, управляющего клапана воспламенителя, позиционного переключателя и клапана воспламенителя горючего. Ампула с самовоспламеняющейся жидкостью, позиционный переключатель и клапан воспламенителя горючего являются внутренними составляющими частями линии.

В конструкцию линии входит подпружиненный кулачковый механизм, который предотвращает срабатывание управляющего клапана вплоть до момента прорыва верхней мембраны ампулы с самовоспламеняющейся жидкостью. Тот же механизм приводит в действие позиционный переключатель, который сигнализирует об установке ампулы. Клапан воспламенения горючего представляет собой подпружиненный управляющий клапан, который открывает доступ горючего к ампуле с самовоспламеняющейся жидкостью. Мембраны ампулы прорываются под воздействием нарастающего давления при открытии клапана воспламенения горючего.

Управляющий клапан воспламенителя

Управляющий клапан воспламенителя представляет собой управляемый давлением трехпозиционный клапан, установленный на линии с самовоспламеняющейся жидкостью. Он управляет открытием топливных клапанов и допускает их полное открытие только после установления процесса нормального горения в камере сгорания.

Когда ампула с самовоспламеняющейся жидкостью установлена в линии, кулачковый механизм предотвращает движение затвора управляющего клапана из положения «закрыто». Управляющий клапан имеет шесть входных отверстий: управляющее, входное, два выходных, возвратное и атмосферное. Управляющее отверстие связано давлением с камерой сгорания. Во входное поступает гидравлическая жидкость (горючее), которая открывает клапаны горючего. Когда затвор управляющего клапана находится в положении «закрыто», гидравлическая жидкость, поступающая из входного отверстия, останавливается затвором. Когда ампула с самовоспламеняющейся жидкостью прорывается, подпружиненный кулачковый механизм освобождается, делая возможным беспрепятственное движение затвора управляющего клапана. Когда возрастает давление в камере сгорания (воздействующее на управляющий вход клапана через посредство магистрали горючего), затвор клапана смещается в положение «открыто», и гидравлическая жидкость направляется через два выходных отверстия к топливным клапанам.

Проверочный клапан

Проверочный клапан состоит из шарика, затвора и привода. Проверочный клапан обеспечивает наземный контроль управляющего клапана и топливных клапанов и предотвращает поступление гидравлической жидкости (горючего), возвращающегося в наземную магистраль, в систему двигателя и затем в топливный бак.

При проверках и обслуживании двигателя шарик клапана расположен так, что горючее, поступающее в гидравлическую возвратную входную магистраль двигателя, направляется через шарик и далее в наземную возвратную магистраль GSE. При стендовых огневых испытаниях и во время полета шарик расположен так, что горючее направляется через шарик и далее в возвратную выходную магистраль двигателя.

Контрольный клапан двигателя

Контрольный клапан двигателя включает в себя магистраль фильтров, четерыехпозиционный соленоидальный клапан и два шарнирных проверочных клапана.

Магистраль фильтров содержит три фильтра. Один фильтр для системы питания и по одному на входе и выходе системы давления. Фильтры предотвращают попадание посторонних частиц в четырехпозиционный соленоидальный клапан и в двигатель. Два шарнирных проверочных клапана разветвляются в фильтр системы питания. Проверочные клапаны делают возможной работу системы от гидравлической жидкости, поступающей из наземной магистрали (во время проверок и обслуживания) и от гидравлической жидкости, поступающей от двигателя (во время нормальной работы двигателя).

Четырехпозиционный соленоидальный клапан состоит из основного канала и ниппелей, с его помощью обеспечивается двусторонний контроль потока жидкости к приводам главных клапанов горючего и окислителя, а также к клапану газогенератора. Канал управляется давлением с помощью трехпозиционных вторичных клапанов. Каждый из вторичных клапанов управляется первичным трехпозиционным первичным клапаном, который в рабочем положении открыт.

При выключенном положении контрольного клапана двигателя обеспечивается давление, закрывающее все топливные клапаны двигателя. Импульсное приложение постоянного напряжения в 28 вольт к пусковому соленоиду приводит в действие механизм клапана, в результате чего давление гидравлической жидкости поступает на входной порт, а давление, ранее приложенное к выходному порту, перенаправляется на возвратный порт.

Внутренний канал в кожухе обеспечивает приложение давления между входным портом и вентилем пускового соленоида. При запуске выключающей последовательности это давление поддерживает главный канал в открытом состоянии, тем самым обеспечивая давление на входном порте при отсутствии в дальнейшем электросигнала на пусковом соленоиде. Импульсное приложение постоянного напряжения в 28 вольт на останавливающем соленоиде приводит в действие механизм контрольного клапана, в результате чего давление перенаправляется с входного на выходной порт. В любой момент с помощью давления может быть задействован переключающий поршень, который, при потере электроснабжения, переключает главный канал для приложения гидравлического давления к выходному порту. При одновременной потере электроснабжения и гидравлического давления клапан останется в выключенном положении благодаря пружине. При повторном приложении гидравлического давления, давление будет приложено к выходному порту. Если электросигнал поступает одновременно на пусковой и останавливающий соленоиды, задействован будет останавливающий соленоид, который возвратит клапан в выключенное положение.

Шарнирный проверочный клапан

На контрольном клапане двигателя установлены два одинаковых шарнирных проверочных клапана. С их помощью прилагается давление гидравлического топлива из наземной магистрали во время переходного состояния при запуске двигателя, и давление гидравлического топлива из самого двигателя во время штатной работы двигателя и при его отсечке. Один клапан установлен на входной магистрали гидравлического топлива двигателя, второй — на входной наземной магистрали гидравлического топлива.

Полетная инструментальная система состоит из датчиков давления, температуры, позиционных указателей, устройства измерения потока, электрораспределительных коробок и сопутствующей электрической разводки. Система обеспечивает отслеживать работу двигателя. Основная инструментальная система состоит из основной и вспомогательной систем. Основная система критически важна для всех стендовых испытаний двигателя и последующих полетных операций; вспомогательная система используется в исследовательской, конструкторской и приемочной части программы стендовых испытаний, а также в первых полетах. Ниже перечислены компоненты инструментальной системы, включая основную и вспомогательную системы:

Компоненты основной инструментальной системы

• Давление в первой входной магистрали насоса горючего
• Давление во второй входной магистрали насоса горючего
• Общее возвратное гидравлическое давление
• Давление в струе подшипника насоса окислителя
• Давление в камере сгорания
• Давление во второй выходной магистрали насоса окислителя
• Давление во второй выходной магистрали насоса горючего
• Температура первого подшипника насоса окислителя
• Температура второго подшипника насоса окислителя
• Температура подшипника ТНА
• Температура во входном патрубке ТНА
• Скорость вращения ТНА

Компоненты вспомогательной инструментальной системы

• Давление в полости насоса окислителя
• Выходное давление турбины
• Давление гелия во входной магистрали теплообменника
• Давление в выходной магистрали теплообменника
• Давление в первой выходной магистрали насоса окислителя
• Давление жидкого кислорода во входной магистрали теплообменника
• Давление газообразного кислорода в выходной магистрали теплообменника
• Давление в первой выходной магистрали насоса горючего
• Управляющее открывающее давление двигателя
• Управляющее закрывающее давление двигателя
• Температура во второй магистрали насоса горючего
• Расход жидкого кислорода на входе в теплообменник

Основная и вспомогательная электрораспределительные коробки

Полетная инструментальная система включает в себя две электрораспределительные коробки. Главная коробка содержит восемь электрических разъемов, а вспомогательная — пять. Обе коробки герметично заварены, и в них закачан под давлением инертный газ. Это предотвращает попадание внутрь загрязнений и влаги.

Для непрерывной работы двигатель нуждается в источнике пневматического давления и электричества, а также в топливе. Для запуска двигателя необходим наземный источник гидравлического давления, предварительное заполнение камеры сгорания, воспламенители в камере сгорания и в газогенераторе, а также самовоспламеняющиеся жидкости.

При нажатии на кнопку запуска проверочный клапан принимает положение, при котором возврат гидравлической жидкости (топлива) переключается с наземной магистрали на входную магистраль ТНА низкого давления. Начинается усиленная продувка жидким кислородом головки двигателя и газогенератора. Срабатывают воспламенитель в газогенераторе и воспламенитель выхлопа турбины, на пусковой соленоид контрольного клапана подается ток. Гидравлическое давление направляется на открывающие порты клапанов окислителя. Клапаны окислителя начинают открываться, и гидравлическое давление направляется на открывающий порт клапана газогенератора. Клапан газогенератора открывается, компоненты топлива под воздействием внутрибакового давления поступают в камеру сгорания газогенератора, где зажигаются воспламенителями. Выхлопной газ направляется сквозь турбину ТНА, теплообменник и выхлопную магистраль на стенки соплового насадка; здесь переобогащенная топливом смесь поджигается воспламенителем выхлопа турбины. По мере того, как турбина разгоняет насосы горючего и окислителя, выходное давление насосов растет, и компоненты топлива поступают в газогенератор с все увеличивающимся расходом. Разгон ТНА продолжается, и по мере роста давления топлива топливный клапан воспламенителя открывается. Это вызывает рост давления топлива на диафрагму ампулы с самовоспламеняющейся жидкостью. Диафрагма прорывается, и самовоспламеняющаяся жидкость, за которой движется топливо, поступает в камеру сгорания. Когда жидкость попадает в камеру сгорания и соприкасается с окислителем, происходит самопроизвольное воспламенение, и в камере сгорания начинается процесс сгорания. Давление из камеры сгорания через магистраль воздействует на диафрагму управляющего клапана воспламенителя. По мере роста давления в камере сгорания управляющий клапан воспламенителя срабатывает и открывает доступ гидравлической жидкости к открывающим портам клапанов горючего. Клапаны горючего открываются, и горючее поступает в камеру сгорания.

Горючее поступает во входную магистраль камеры сгорания и проходит через трубки рубашки регенеративного охлаждения КС, а затем через форсунку попадает в зону горения КС. По мере роста давления в КС, индикаторы нормального давления срабатывают, указывая нормальную работу двигателя. Давление в КС продолжает расти до тех пор, пока газогенератор не выходит на номинальную мощность, которая определяется просветом отверстий в магистралях, питающих газогенератор. Когда давление горючего превышает давление в наземной линии, источник гидравлического давления переключается с наземной линии на сам двигатель. Гидравлическая жидкость (горючее) циркулирует по агрегатам двигателя, а затем возвращается через контрольный клапан двигателя и проверочный клапан во входную топливную магистраль ТНА. Клапан наземного источника гидравлического давления перекрывается, когда топливные клапаны полностью открываются. Это позволяет гидросистеме двигателя обеспечивать гидравлическое давление во время операций отсечки.

Когда подается сигнал на отсечку двигателя, инициируется продувка головки двигателя окислителем, и на останавливающий соленоид контрольного клапана двигателя подается ток. Гидравлическое давление удерживает открытым клапаны газогенератора и окислителя, клапаны горючего переключаются в возвратное положение. Одновременно гидравлическое давление направляется на закрывающие порты клапана газогенератора, клапанов окислителя и горючего. Приводится в действие проверочный клапан, и по мере падения давления компонентов топлива начинается интенсивная продувка окислителем. Затем топливный клапан воспламенителя и управляющий клапан воспламенителя закрываются. Давление в камере сгорания достигает нуля примерно в то же самое время, когда клапаны окислителя полностью закрываются.

Новейший ракетный двигатель РД-171МВ

Работы над РД-170/171 начались в 1976 году в подмосковных Химках, где сейчас расположено головное предприятие НПО «Энергомаш». Речь шла о создании самого мощного в мире жидкостного ракетного двигателя с тягой 800 т (для сравнения: однокамерный двигатель F-1 от ракеты Saturn V имел тягу 680 т).

«Дело шло непросто, – рассказывает Петр Левочкин. – У этого двигателя мощность турбины, которая приводит в действие насосы, составляет 246 тыс. л. с. (что сравнимо с мощью пяти атомных ледоколов «Ленин» – по 44 тыс. л. с.), а весит агрегат всего 300 кг. И это при общей массе двигателя 10 т. Задачей конструкторов было не дать вырваться гигантской мощности наружу, и задача решалась очень тяжело. Основной проблемой стало обеспечение работы турбонасосного агрегата (ТНА). В СССР был накоплен большой опыт работы с мощными двигателями, где в качестве топлива использовался несимметричный диметилгидразин, а окислителем выступал азотный тетраоксид. Но когда перешли с высококипящих компонентов на пару «кислород-керосин», выяснилось, что в кислороде горит буквально все. Понадобилась новая культура производства. Нельзя, например, было допускать попадания жировых пятен в кислородный тракт: наличие органики приводило к мгновенному окислению, а дальше – пожар. У некоторых конструкторов даже появилось мнение, что надо бросить бесплодные попытки достраивать постоянно горящий двигатель (вместе с которым горели и сроки), и перейти к созданию силовой установки меньшей мощности. Эта точка зрения дошла до коллегии Министерства общего машиностроения СССР, где Валентин Глушко и министр Сергей Афанасьев пообщались на высоких тонах. В итоге НПО «Энергомаш» получило задание на проектирование силовой установки половинной мощности – на 400 т тяги. К счастью, это не означало полного прекращения работ над большим двигателем – работы по его доводке были продолжены. И к тому самому моменту, как 400-тонный РД-180 был воплощен пока лишь в эскизном проекте, РД-170 гореть перестал. Решение было найдено. Более того, в процессе отработки двигатель был сертифицирован на 10-кратное полетное использование».

Лучший экспортный продукт Роскосмоса найдет применение на родине

Изделие для американцев

Ракетный двигатель РД-180 создали в объединении «Энергомаш» в середине 1990-х годов на основе мощнейшего в мире двигателя системы «Энергия-Буран» — РД-170. Главный конструктор двигателя — Борис Каторгин. Двигатель создавали для участия в конкурсе, объявленном NASA. Руководство российской космической отрасли уже имело в своем распоряжении созданный для лунной программы двигатель НК-33 (о нем ниже). Но приняли решение о разработке нового изделия с целью загрузить предприятия и специалистов работой. РД-180 в итоге выиграл конкурс на создание и продажу двигателей для американских носителей «Атлас-3» и «Атлас-5». По контракту право на использование двигателя приобрела компания «Дженерал Дайнэмикс», которая была потом поглощена гигантом «Локхид Мартин». Соглашение предусматривало покупку 101 двигателя РД-180, передачу всего пакета конструкторской документации, патентов, необходимой оснастки для обслуживания и тестирования. Россия получила за это около одного миллиарда долларов. Первый пуск был осуществлен 24 мая 2000 года. После него провели дополнительную работу по сертификации двигателя в целях его использования на универсальном ракетном модуле носителя «Атлас-5».

«Мы выбрали РД-180 не только за его надежность и эффективность, но и за низкую цену и короткие сроки производства», — сказал Марк Элбрехт, руководитель аэрокосмического подразделения «Локхид Мартин». А их использование в производимых корпорацией ракетах-носителях, по его словам, позволяло сократить общее количество двигателей в них с девяти до двух. Дебют «Атласа-5» состоялся в августе 2002 года. С тех пор произведено чуть менее 90 пусков этой ракеты, и все они были успешными. Была лишь маленькая неприятность во время запуска спутника в 2018 году, когда двигатель перестал слушаться системы управления перед самым отключением. Но это не отразилось на программе полета. Оператором программы является совместное российско-американское предприятие «РД Амросс», зарегистрированное в штате Флорида. Деятельность этой компании, состоящей из пяти человек, не раз была предметом журналистских расследований. Похожая ситуация была с другим, аналогичным совместным предприятием ILC, которое занимается маркетингом пусков носителей «Протон-М». Через оба СП прошли многие сотни миллионов долларов США, при том, что головные предприятия, «Энергомаш» и Центр имени Хруничева, имеют серьезные финансовые проблемы. Впрочем, рассмотрение этого вопроса выходит за рамки статьи. Можно констатировать, что РД-180 стал, вероятно, самым успешным высокотехнологичным российским товаром на очень непростом американском рынке.

Незаменим или нет?

История успеха РД-180 сыграла злую шутку с патриотически настроенной публикой в России. Стали распространяться победоносные заявления о полной зависимости американского ракетостроения от отечественных двигателей. Для любителей «лунного заговора» такая точка зрения усилила убеждение в неспособности американцев строить свои двигатели для ракет. То, что легендарные F-1 можно увидеть на экскурсии в Центре Кеннеди, не имело для них значения. «Без нас они никуда не полетят» или «пусть добираются до МКС на батутах».

Как же на самом деле обстоит дело?

США имеют все технологические возможности для создания и выпуска всей номенклатуры ракетных двигателей. Более того, они являются мировыми лидерами в применении водородных двигателей и дви гателей на твердом топливе. Использование водорода, самого совершенного ракетного топлива, американцы начали в середине 60-х, когда создали разгонные блоки «Центавр» и носители серии «Сатурн». Все боевые межконтинентальные ракеты, включая те, что на подводных лодках, используют в Штатах твердое топливо, стабильное и безопасное для персонала. Можно вспомнить трагические аварии на советских подлодках-ракетоносцах, связанные с утечкой высокотоксичного топлива — гептила, приведшие к гибели корабля и части экипажа. К началу 90-х американцы сосредоточили свои усилия на водородном и твердотопливном направлениях. Завершение холодной войны позволило в практическом плане рассматривать участие бывших «оппонентов» в тендерах на поставку оборудования, необходимого для нового поколения ракет. А поскольку Россия является мировым лидером в области производства двигателей на топливной паре: керосин-кислород, то, естественно, российские фирмы стали полноправными участниками соответствующих программ создания американских носителей. Речь идет о программе EELV, в рамках которой создавали два модульных носителя, один на водородном топливе — «Дельта-4», другой, упомянутый «Атлас-5» — на керосине. Оба носителя близки по параметрам, «Дельта» имеет несколько более высокие показатели, «Атлас» дешевле. Это обеспечено использованием керосина и двигателя российского производства. Ценовой фактор и высокая надежность сыграли в пользу российской технологии.

Что произойдет, если американцы потеряют возможность закупать РД-180?

Они заплатят лишние деньги. Но доступа к орбите не лишатся. Их выручит «Дельта-4». Ну и вездесущий Илон Маск не будет зрителем. Его частная компания SpaceX для своей Falcon-9 разработала и применяет два двигателя на керосине — Мерлин и Кестрел. Мерлин сертифицирован как многоразовый и активно летает с 2012 года. Сейчас две частные компании — SpaceX и Blue Origin — ведут разработку ракетных двигателей на метане. Для своих ракет и по госзаказу. Уже провели серию огневых испытаний. В 2020 году планируется их сертификация. Так что горизонт поставок российских двигателей в Америку уже обозначился.

Тучи над РД-180

В декабре 2014-го Конгресс США ввел запрет на закупку российских двигателей для запусков военных и разведывательных спутников как одну из санкций за аннексию Россией Крыма и ее вмешательство на востоке Украины. Однако он не распространялся на поставки по уже заключенным контрактам, срок которых истекал к 2019 году. Спустя год, в декабре 2015-го, этот запрет фактически сняли, а буквально через несколько дней объявили о планах закупить еще 20 российских двигателей.

Но американцы стали задумываться об альтернативе. Первая из них — разворачивание собственного производства РД-180 на территории Штатов. С самого начала реализации контракта такую возможность рассматривали. Планировали сначала к 2008-м, а потом к 2012 году иметь производство полного цикла в США. Однако это требовало серьезных материальных затрат и времени. По сути, двигатель должен был создаваться заново, с использованием американских материалов и комплектующих. Приняли решение о форсировании собственных разработок. Контракты получили компании Aerojet и Blue Origin. А двигатели и ракеты Маска прилагались уже в качестве бесплатного довеска. С 2017 года его фирма стала осуществлять пуски по госзаказам, в том числе от военных, отбивая тем самым кусок пирога у «Атласа-5», в конечном счете — у РД-180. Тем не менее главным вопросом остаются сроки начала реальной эксплуатации разрабатываемых двигателей. В частности, испытания двигателя от Blue Origin, как ожидают, могут завершиться не ранее 2019 года, а новой ракеты-носителя Vulkan — к 2022-23 годам. Поэтому закупки РД-180 у России, как отмечали американские СМИ, вполне вероятно, могут продолжаться.

Неожиданно удар по РД-180 нанесли российские государственные лица. В мае того же 2014 года вице-премьер Дмитрий Рогозин, курирующий космическую отрасль, заявил, что Россия в ответ на введенные Соединенными Штатами санкции может приостановить поставку в США ракетных двигателей РД-180, «если они будут использоваться не в гражданских целях».

Для российского производителя лишиться таких денег в случае введения запрета на экспорт в Штаты будет непросто. Только продажи РД-180 приносили «Энергомашу» в 2015 году половину всех доходов. «Прекращать экспорт ракетных двигателей в США глупо, — заявил научный руководитель Института космической политики Иван Моисеев. — Понятно, что американцы от этого сильно не пострадают, уж точно не прекратят запускать в космос военные спутники. А нам придется прекратить выпуск РД-180, потому что эти двигатели больше никому не нужны. Любые санкции в космической сфере гораздо больнее ударят по самой России, тогда как США их «практически не почувствуют».

Впрочем, недавно секретарь Совета безопасности РФ Николай Патрушев заявил, что «Россия продолжит поставлять в США двигатели РД-180, несмотря на новые санкции»: «Мы ведем себя корректно по отношению к другим странам и выполняем те соглашения, о которых договорились. Я не думаю, что нам нужно прекращать поставки этих двигателей. Думаю, что мы их продолжим».

Распродажа фамильных ценностей

Технический задел советской космической программы в сфере двигателестроения просто уникален. Он позволил сегодняшней России стать мировым монополистом по поставкам двигателей на нетоксичном, керосиновом топливе, заработать серьезные деньги. Некоторые контракты осуществляли прямо с полки. От лунного проекта Н-1 удалось сохранить 150 двигателей НК-33 и НК-43, изготовленных командой Николая Кузнецова для различных ступеней модифицированного варианта ракеты. Несмотря на строжайшее распоряжение о ликвидации этих двигателей, конструктор законсервировал и хранил их долгие годы.

В 90-е американская компания Aerojet приобрела 36 экземпляров НК-33 и девять НК-43 вместе с полным комплектом документации. В результате двигатели НК-33, которым больше 40 лет, переделанные под американские стандарты и переименованные в AJ26- 62, использовали в составе первой ступени ракеты Antares. Сегодня на Antares устанавливают еще один тип российских двигателей РД-181. В декабре 2014 года американская аэрокосмическая компания Orbital ATK подписала соглашение, предусматривающее не только поставку ей 20 двигателей РД-181, но и еще два опциона — на 20 двигателей каждый. В целом проект оценивается в сумму около одного миллиарда долларов. Продукция химкинского «Энергомаша» привлекает внимание бурно развивающейся космонавтики Китая. Россия ведет соответствующе переговоры с КНР — об этом еще в августе 2016 года сообщал посол РФ в этой стране Андрей Денисов. А то, что они еще продолжаются, подтвердил газете Financial Times в январе 2018 года генеральный директор «Энергомаша» Игорь Арбузов. Однако чуть ранее он же признавал, что Китай стремится купить не просто готовые двигатели РД-180, но технологии их производства. Позволю себе предположить, что взаимодействие с Китаем по РД-180 будет носить более широкий характер, и руководители Роскосмоса, видимо, пойдут навстречу китайским коллегам. В экспертной среде существует устоявшееся мнение, что для кризисной российской космонавтики приход КНР в качестве ведущего и главного партнера будет спасением. Только так становится реальным строительство сверхтяжелого носителя, причем для обеих стран — на российском космодроме Восточный и новом китайском Вэньчане. РД-180, находящийся в серийном производстве, значительно снизит затраты будущего проекта. Возможно, также в качестве первого этапа создание среднего китайско-российского носителя на базе РД-180. Такой сценарий будет означать возврат Роскосмоса к реализму, что нельзя не приветствовать. Будущее покажет, насколько ставка на быстрорастущего партнера была оправдана.

F1 2020: Насколько мощны двигатели Формулы 1, каковы их компоненты?

Технические характеристики двигателей F1 2020: двигатели Формулы-1 составляют основу автомобилей, и мы посмотрим на мощность, которую несут нынешние автомобили F1.

Мощность автомобиля Формулы 1 измеряется в ваттах. Ватт — это просто скорость передачи энергии за единицу времени.

В Формуле 1 нет правил, регулирующих количество мощности, которую команда может использовать в своих машинах.Есть продуманные спецификации двигателя, которые необходимо соблюдать. Технические характеристики: четырехтактные двигатели объемом 1,6 л с турбонаддувом и 90-градусным турбонаддувом. Максимальная частота вращения двигателя составляет 15 000 оборотов в минуту (об / мин).

Если говорить о количестве вырабатываемой мощности, то точные цифры строго засекречены поставщиками двигателей. Текущие поставщики двигателей F1 — Ferrari, Mercedes, Honda и Renault. Считается, что Mercedes имеет максимальную мощность в лошадиных силах (л.с.).Далее идет Ferrari, а Renault и Honda значительно отстают от двух гигантов. Команды вкладывают много денег в исследования, чтобы получить дополнительное преимущество в мощных двигателях.

Общая мощность двигателя F1 измеряется после расчета мощности двигателей V6 и системы рекуперации энергии (ERS). Принимая во внимание разработку двигателя вышеупомянутыми поставщиками двигателей, считается, что нынешние автомобили F1 имеют больше, чем магическое число в 1000 л.с. Несмотря на это, автомобили F1 чрезвычайно безопасны в управлении, с хорошей топливной экономичностью, а крупные аварии редко регистрируются на трассах.

Элементы двигателя Формулы-1

Современный силовой агрегат Формулы-1, в который входит двигатель, состоит из шести основных компонентов. Наиболее важным из них является двигатель внутреннего сгорания (ДВС), который соединяет шасси с коробкой передач. Второй компонент — это турбонагнетатель (TC), который регулирует плотность воздуха для выработки дополнительной мощности в двигателях.

Затем есть два типа мотор-генераторов — кинетический (MGU-K) и тепловой (MGU-H). MGU-K собирает и сохраняет кинетическую энергию при торможении автомобиля.MGU-H подключен к турбонагнетателю и использует отработанную энергию выхлопных газов, что способствует общей мощности.

Современные двигатели V6 с турбонаддувом содержат электрическую энергию, хранящуюся в так называемом хранилище энергии (ES). Все 5 элементов контролируются последним элементом, управляющей электроникой (CE). Проще говоря, это ЦП (центральный процессор) машины F1. Каждый пилот F1 может использовать три ICE, MGU-H и TC и два ES, CE и MGU-K за один сезон,

Honda F1 — Racecar Engineering

Honda раскрыла подробности своего RA806E 2.4-литровый двигатель V8 F1 группе публикаций, включая Racecar Engineering. На изображении вы видите двигатель V023, который занял 3-е место на Гран-при Великобритании 2008 года. Хонда продолжала разрабатывать двигатель в 2009 и 2010 годах

Первый прототип двигателя был запущен в задней части опытного автомобиля в Муджелло в сентябре 2004 года, поэтому команда смогла собрать данные о характеристиках и влиянии повышенной вибрации, вызванной V8 на окружающие системы. Команду проекта по разработке двигателя возглавлял Кадзуо Сакурахара, который сообщил RE: «Самая тревожная проблема — это уровень вибрации двигателя, с которой команда разработчиков никогда раньше не сталкивалась». проблем, которые заставили бы работать группы разработчиков двигателей и шасси.Разработка RA806E, будущего гоночного двигателя, началась в январе 2005 года, и он впервые был запущен в июле того же года. «Первоначальная концепция двигателя заключалась в создании пакета со значительно улучшенной жесткостью шарниров кузова, который превзойдет V10 по мощности на литр при работе на полных оборотах в гонке открытия сезона. Затем основной задачей этапа разработки было попытаться решить проблемы вибрации, присущие двигателю V8 », — объясняет Сукурахара. Новые правила двигателя ограничат свободу команды Сукурахары в отношении общей архитектуры двигателя, а также материалов, которые они могут использовать.Это должен был быть двигатель V8 объемом не более 2400 куб. См с углом вертикальной оси 90 градусов. Допускаются только два впускных клапана и такое же количество выпускных клапанов. Правила были жесткими и очень строгими, даже расстояние между цилиндрами было зафиксировано на уровне 106,5 мм (+/- 0,2 мм).

Однако действительно сложной частью правил для конструкторов были положения, касающиеся центра тяжести двигателя, как указано в статье 5.5: 5.5 Вес и центр тяжести: 5.5.1 Общий вес двигателя должен быть минимальным. 95кг.5.5.2 Центр тяжести двигателя не может находиться ниже базовой плоскости более чем на 165 мм. 5.5.3 Продольное и поперечное положение центра тяжести двигателя должно находиться в пределах области, которая является геометрическим центром двигателя, +/- 50 мм. Геометрический центр двигателя в поперечном направлении будет считаться лежащим в центре коленчатого вала и в средней точке между центрами переднего и заднего большинства отверстий цилиндра в продольном направлении.

Эти правила означали, что команде Honda придется очень тщательно проверять материалы, расположение и детали на этапе проектирования.У команды разработчиков двигателей были и другие проблемы, а также уже упомянутые проблемы, связанные с V8, которые необходимо было преодолеть, как объясняет старший технический директор Шухей Накамото: «На ранних этапах разработки нам было трудно эффективно производить крутящий момент. из-за запрета на переменные трубы. Кривая крутящего момента у V8 не плавная, что создает проблемы с точки зрения контроля тяги. Нам потребовалось время, чтобы сгладить кривую ».

Разработка двигателей продолжилась в 2006 году с тестированием на треке, а затем и в самом гоночном сезоне, когда Сакурахара расширяется: «В начале сезона мы сосредоточились на надежности, используя немного пониженные обороты, не жертвуя слишком большой мощностью.Другие команды, похоже, усиленно повышали предел оборотов, чтобы определить нагрузку на двигатель на ранней стадии каждой гонки. Двигатель был способен на мгновение работать со скоростью 20 000 об / мин, но постоянно работать на этой скорости на протяжении долгой гонки казалось невозможным ».

Объясняя одну из причин, по которой Honda V8 не набирала обороты, как некоторые другие двигатели, такие как Cosworth V8, Сакурахара продолжает: «Дело в том, что у нас относительно маленький диаметр цилиндра и большой ход поршня, но мы думаю, мы производили примерно такое же количество лошадиных сил.Несмотря на это, первые гонки не должны были быть хорошими для команды двигателей Honda, и это было подчеркнуто «моментом форсажа», который пережил Дженсон Баттон в финальном повороте Гран-при Австралии. И другие подобные проблемы преследовали команду некоторое время спустя.

«Мы столкнулись с семью отказами двигателя в течение 18 уик-эндов Гран-при, и все они были связаны с проблемами взаимного действия. Многие из них были вызваны неравномерным качеством деталей, подверженных вибрации в области коленчатого вала.С V10 это никогда не было проблемой. В результате нам пришлось улучшить процесс контроля качества », — объясняет Накамото. «Большой ход поршня увеличивает скорость поршня, что затрудняет достижение долговечности. Наши проблемы с надежностью в начале сезона также могут быть связаны с этим. «Даже победа в Венгрии была омрачена проблемой двигателя, как признает Сакухара:« Победа в Венгрии была для нас странной, так как в день квалификации у нас был отказ двигателя, который изначально было загадкой, поскольку часть, которая потерпела неудачу, никогда не делала этого раньше.Но причиной оказалась более высокая, чем обычно, температура масла на предыдущей гонке в Германии. Это заставило нас исследовать взаимосвязь между более высокими температурами масла и более высокими оборотами двигателя ».

Текущая разработка была остановлена ​​в конце сезона из-за замораживания технологии двигателей, которое продлится как минимум в течение следующих двух лет. Но до этого RA809E получил ряд обновлений, включая новую систему впуска и новый инжектор в начале года, в то время как в середине сезона команда разработчиков двигателей нашла способ изменить структуру двигателя. пневматические клапаны и уменьшают трение.

Ближе к концу сезона двигатель получил новую топливную систему, была изменена конструкция инжектора, а последним обновлением перед вступлением в силу омологации двигателя стала новая головка блока цилиндров. Помимо увеличения пиковой мощности, новая головка улучшила крутящий момент на низких и средних частотах. Надежность была улучшена и во второй половине сезона, и команде удалось увеличить предел оборотов и заставить двигатель надежно работать при более высокой температуре масла / воды, что, в свою очередь, означало, что команда разработчиков внесла свою лепту в работу. повысить общую аэродинамическую эффективность автомобиля, позволяя использовать радиаторы меньшего размера.

Honda продолжала выступать в Формуле-1 с RA806E, используемым ее рабочей командой, до начала 2009 года, когда она внезапно покинула Формулу-1, команда превратилась в Brawn GP и выиграла чемпионат мира 2009 года с мощью Mercedes. RA806E также устанавливался на шасси клиентов Super Aguri в период с 2006 по 2008 год. Honda собирается вернуться в Формулу-1 в 2015 году в качестве поставщика двигателей.

2008 Технические характеристики
Объем: 2395,5 куб. См
Диаметр цилиндра: 97 мм
Ход поршня: 40.52 мм
Степень сжатия: 13,0
Вес: 95 кг (нормативы)
Максимальная мощность: 747 л.с.
Макс.об / мин: 19000 об / мин (регулирование)
Срок службы двигателя: 1350 км

Honda вернется в Формулу-1 в 2015 году с совершенно новым двигателем V6 в кузове автомобилей команды McLaren. Двигатель будет производиться в Японии и запускаться на новом заводе

Почему двигатели F1 такие мощные?

Формула 1 любит большие числа, будь то 8 миллиардов долларов, которые Liberty Media заплатила за контроль над спортом в прошлом году, повороты 6G или максимальную скорость 230 миль в час.И вот еще одна дразнящая вещь, которая вот-вот снова войдет в обиход F1: 1000 лошадиных сил.

Ни разу с пьянящих дней восьмидесятых с турбонаддувом двигатели F1 не производили такого уровня мощности — даже высокоразвитые 3-литровые двигатели V10, которые в последний раз использовались в 2005 году. Их максимальная мощность составляла около 950 л.с.

Таким образом, для гибридных силовых агрегатов — PU — должны превосходить эти показатели, несмотря на наличие двигателей внутреннего сгорания объемом всего 1,6 литра, ограничение расхода топлива 100 кг / час, ограничение расхода топлива в гонках 105 кг и строгие ограничения на количество замен детали, которые можно использовать без каких-либо штрафов (что заставляет производителей идти на компромисс с высокими характеристиками ради повышения надежности), поистине замечательны.

Вот как…

В основе дела лежит 1,6-литровый двигатель внутреннего сгорания (ДВС) V6. Это то, что большинство по-прежнему считает обычным гоночным двигателем: подача топлива; смешивается с воздухом (через турбокомпрессор, вращающийся со скоростью до 125 000 об / мин) и воспламеняется от высокопроизводительной свечи зажигания.

Пока что все в порядке, но эти блоки ДВС сейчас невероятно продвинуты и представляют собой вершину того, что известно о давно зарекомендовавшей себя технологии двигателей. Например, топливно-воздушная смесь внутри цилиндров более однородна, чем когда-либо, то есть смесь топлива и воздуха является более «полной», что позволяет горению внутри каждого цилиндра быть более чистым, более эффективным и производить больше энергии. на заданное количество топлива.

Сама процедура зажигания намного сложнее, чем все, что используется за пределами F1: вместо того, чтобы свеча зажигания помещалась внутри камеры сгорания, они размещаются в отдельной камере предварительного зажигания, где искра зажигает три процента топлива-воздуха. смешивание. Это создает «струю пламени», которая воспламеняет оставшиеся 97 процентов смеси, что приводит к более полному «горению», т. Е. Большей мощности и большей эффективности.

Увеличение до 15000 об / мин (намного ниже пикового значения 20000 об / мин для 2.4-литровые двигатели V8, которые предшествовали гибридам), ДВС производят в районе 700 л.с. от общей мощности ПУ, хотя четыре производителя двигателей F1 — Mercedes, Ferrari, Renault и Honda внимательно следят за точными цифрами.

Оставшиеся около 300 л.с. производятся двумя электродвигателями, прикрепленными к ДВС и работающими в гармонии с ним.

Первый из них — это так называемый МГУ-К — блок рекуперации кинетической энергии. Проще говоря, это «собирает» энергию, произведенную при торможении, которая в противном случае была бы потеряна.При торможении мотор-генератор действует через маховик, вырабатывая электричество, которое затем хранится в литий-ионной батарее 20 кг, размещенной внутри PU. Когда MGU-K используется «задним ходом» — в качестве двигателя — он может обеспечивать регулируемую максимальную мощность в 120 кВт, что эквивалентно 160 л.с.

Второй мотор-генератор — MGU-H — преобразует тепловую энергию в электричество, которое должно использоваться аналогичным образом — по команде водителя с помощью его правой ноги и дроссельной заслонки.

MGU-H расположен между турбиной и компрессором турбонагнетателя, в верхней части двигателя V6.Когда выхлопные газы раскручивают турбину, они также «раскручивают» MGU-H через вал, соединяющий турбину и компрессор. Это производит электричество, которое также сохраняется в батарее. При ускорении электричество частично используется для устранения турбо-лага за счет вращения компрессора в дополнение к потоку выхлопных газов над его лопастями. Энергия, которую может использовать MGU-H, не ограничена, как для MGU-K.

Работая в унисон, эти три мотора и аккумулятор энергии представляют собой, безусловно, самые сложные и дорогие «двигатели», когда-либо использовавшиеся в Формуле-1.Однако они также намного эффективнее, чем когда-либо использовавшиеся в спорте. Сравнительно мощные 3,0-литровые двигатели V10 начала нулевых имели расход топлива более 190 кг / час, так что они сжигали намного больше «сока», чтобы произвести свое ворчание.

Теперь, благодаря сложной, но искусно интегрированной гибридной технологии и дальнейшему повышению эффективности внутреннего сгорания, можно достичь еще большей отдачи при использовании чуть более половины этого расхода топлива.

Гибридный двигатель F1 мощностью 1000 л.с. — настоящий шедевр современной инженерии.

Изображение: Williams Martini Racing FW41 во время тестов в Барселоне, февраль 2018 г. © Acronis.

Почему мы не можем переделать двигатель Rocketdyne F1? — Apollo11Space

Мы, , не можем переделать могучие двигатели Rocketdyne F-1 , потому что многие навыки и методы, использованные для создания двигателей Rocketdyne F-1 , больше не используются. У нас больше нет людей и навыков, которые могли бы сделать их такими же.Пятьдесят лет назад все было иначе. Узнайте больше в этой статье.

Двигатель Rocketdyne F-1

F-1 был рабочей лошадкой для НАСА. Это был самый мощный из когда-либо созданных однокамерных жидкостных двигателей. Космическое агентство использовало пять двигателей F-1 на первой ступени каждого Сатурна V. Двигатели F-1 от первой ступени ракеты Сатурн V использовались на протяжении всей программы Apollo, которая запускала людей на Луну.

Ниже представлен увеличенный вид двигателя F-1 для Saturn V S-IC (первая ступень), который описывает сложность двигателя.

Изготовленный компанией Rocketdyne под управлением Центра космических полетов им. Маршалла, двигатель Saturn V F-1 входил в группу из пяти драйверов для запуска первой ступени Saturn V, S-IC. В качестве топлива использовались жидкий кислород и керосин, изначально рассчитанные на тягу в 1 500 000 фунтов.

Двигатель Saturn V Rocketdyne F-1 был позже улучшен до 1522000 фунтов тяги после третьего запуска Saturn V.И это был запуск в 1968 году Аполлона-8, первой миссии Сатурна-5 с экипажем человека.

Пять двигателей F-1 сжигали более 15 тонн топлива в секунду за две минуты и тридцать секунд работы, чтобы поднять транспортное средство на высоту около 36 миль и максимальную скорость около 6000 миль в час.

Сколько лошадиных сил выдал Saturn V?

Ответ: 160 миллионов лошадиных сил . Итак, при взлете Saturn V взлетел с 3.Тяга 4 миллиона кг, что эквивалентно 160 миллионам лошадиных сил , и на очистку стартовой площадки потребовалось 11 секунд.

По состоянию на 2019 год Saturn V остается самой высокой, самой тяжелой и самой мощной (с самым высоким суммарным импульсом) ракетой, когда-либо доведенной до рабочего состояния, и удерживает рекорды по самой тяжелой запущенной полезной нагрузке и самой большой полезной нагрузке на низкую околоземную орбиту (НОО) в 140000 кг. .

По мере того, как мы постоянно совершенствуем наши технологии, вы думаете, что переделать дизайн 50-летней давности должно быть легко, но все не так просто, как кажется на первый взгляд.

Когда система космического запуска или SLS находилась в стадии разработки, НАСА провело конкурс усовершенствованных ускорителей, чтобы найти новую систему ускорителей, и две из трех заявок использовали двигатели на жидком топливе.

Бустеры на жидком топливе будут более безопасными и могут быть отключены в случае возникновения проблемы, в отличие от твердотопливных ускорителей, которые не работают. Однако, в отличие от космического челнока, новые ускорители будут одноразовыми и сгорят при падении на землю.Но какие двигатели на жидком топливе будут достаточно мощными? Сегодня действительно не используются какие-либо массивные двигатели.

Когда был построен последний двигатель Rocketdyne F-1?

Ракета-носитель могла использовать четыре таких же модифицированных двигателя РС-25Д. Эти остатки программы космических шаттлов также будут использоваться в качестве основной основной ступени SLS. Но это будет очень расточительно для сложного, дорогого и в то же время высокоэффективного двигателя.

Итак, у нас уже есть двигатель, способный выполнять эту работу, могучий Rocketdyne F-1, огромные двигатели, которые доставили людей на Луну по программе Apollo, но их не строили с 1960-х годов.

Мощный двигатель Ф-1

Двигатели F-1 были не только мощными, но и простыми, что означало, что они были достаточно дешевыми, чтобы быть одноразовыми, так почему бы нам не переделать их. Сейчас существует распространенный миф, согласно которому НАСА потеряло или выбросило чертежи.Что, конечно, полная чушь.

Все проектные документы, когда-либо созданные для программы Apollo, по-прежнему доступны. Но если бы это был просто случай отказа от старых конструкций, они бы сделали это много лет назад. Нет, проблема не в конструкции, а в том, как мир двигался вперед с тех пор, как инженеры впервые создали эти двигатели F-1 еще в 1960-х годах.

Когда группа современных ракетных инженеров посмотрела на то, как они могут воссоздать культовые двигатели F-1, они вскоре поняли, насколько иначе все было сделано около 50 лет назад, когда не было компьютерного проектирования, правил скольжения и испытаний. и тестирование ошибок.

Кто были первоначальными создателями двигателя F-1?

Компоненты были спроектированы, изготовлены, затем протестированы, а затем часто модифицированы перед использованием.Сложные узлы двигателя были сварены из сотен более мелких деталей с помощью опытных сварщиков, иногда на создание одного сложного мира уходит целый день.

Несмотря на то, что у них были оригинальные конструкции, они обнаружили, что им не хватало заметок инженеров, поскольку они фактически вручную создавали каждый двигатель, каждый из которых немного отличался со своими причудами и недостатками. Первыми строителями двигателей F-1 были высококвалифицированные инженеры, сварщики и слесари.

Практически все делали вручную. Потому что часто тогда это был единственный способ сделать это. И в спешке, чтобы уложиться в сроки, они сохранили многие из уловок, которые они использовали, чтобы заставить вещи работать и работать вместе, в своих головах или записали на клочках бумаги, которые уже давно утеряны.

Прокрутите 50 лет, и все эти квалифицированные специалисты уже давно вышли на пенсию. И многие скончались, забрав с собой свои навыки и понимание.С появлением современных технологий производства многие из этих навыков больше не используются. И сегодня они есть у немногих людей, поэтому, столкнувшись с чертежами 50-летней давности, мы обнаруживаем, что у нас больше нет людей, обладающих навыками, которые могли бы делать их таким же образом.

Использование компьютерного моделирования

Путем детального изучения оставшихся двигателей F-1 из музеев и хранилищ. Наши новые инженеры обнаружили достаточно, чтобы создать новый двигатель F-1B, если он когда-либо будет построен. Использование современных компьютерных технологий моделирования и изготовления.Новый двигатель мог бы быть более эффективным и таким же мощным, как форсированный, но невылетевший F-1A.

При тяговом усилии 1,8 миллиона фунтов, но, что более важно, это уменьшит количество производимых деталей. С примерно 5600 до всего 40, что повысит его надежность и снизит затраты. Хотя в конце концов НАСА выбрало твердотопливные ракетные ускорители для SLS, это упражнение доказало, что иногда легче переделать что-то с нуля, чем пытаться переделать прошлое.

Вы хотите знать, почему для Saturn V использовали два разных топлива (керосин и жидкий водород) для сжигания жидкого кислорода? Что ж, перейдите к этой статье о топливе Saturn V .

Нравится:

Нравится Загрузка …

F-1

Дата : 1959. Номер : 65. Усилие : 7740,50 кН (1740134 фунт-силы). Масса без топлива : 8 391 кг (18 498 фунтов). Удельный импульс : 304 с. Удельный импульс на уровне моря : 265 с. Время горения : 161 с. Высота : 5,64 м (18,50 футов). Диаметр : 3,72 м (12,20 фута).

Используется в Saturn IC. Самый большой ракетный двигатель с жидкостным двигателем из когда-либо разработанных, он представлял собой невероятное развитие двигателя класса тяги 150000 фунтов, разработанного для Навахо, Юпитера, Тора, Атласа, Титана I и Сатурна I. Серьезные проблемы стабильности сгорания были решены во время развития и никогда не подводил в полете. Предлагается для использования на Nova NASA-1; Нова А-1; Nova NASA-2; Джарвис-1; Нова Б-1; Nova 59-4-2; Сатурн МЛВ 5-23Л-0; Сатурн S-IB-2; Nova 59-4-1; Nova 60-8-1; Сатурн S-ID; Сатурн S-IB-4.Сатурн V S-1C Stage. Разработан для бустерных приложений. Газогенератор, насосный.

Усилие (sl): 6,747,500 кН (1,516,898 фунт-сила). Тяга (сл): 688 062 кгс. Двигатель: 8 391 кг (18 498 фунтов). Давление в камере: 70,00 бар. Соотношение площадей: 16. Состав пороха: Lox / RP-1. Соотношение тяги к массе: 94.0680252651651. Соотношение окислителя и топлива: 2.27. Коэффициент тяги вакуума: 1.815664036964. Коэффициент тяги на уровне моря: 1,58709260839257.

2025 Двигатели F1 для «значительного увеличения» электрических компонентов

После саммита основных производителей, в том числе Mercedes, Ferrari, Renault, Audi и Porsche, на Гран-при Австрии в минувшие выходные для обсуждения новых правил и общей концепции того, что F1 надо смотреть на обсуждалось.

И хотя на формулирование деталей уйдет много месяцев, Вольф говорит, что F1 поступает правильно, придерживаясь турбогибридных силовых агрегатов, которые работают на полностью экологичном топливе.

Выступая на конференции FIA в Монако в понедельник, Вольф сказал, что существует консенсус в отношении того, что F1 не может вернуться к громким двигателям внутреннего сгорания.

«Обсуждение было« что мы делаем в будущем с точки зрения двигателя », потому что мы хотим сократить расходы, поэтому мы не хотим изобретать велосипед», — сказал он.

«Но мы также хотим иметь двигатель, который будет актуален с 2025 по 2030 год, и мы не можем быть старыми бензиновыми головами с кричащими двигателями, когда все ожидают, что мы перейдем на электрические.

«Значит, эти двигатели по-прежнему будут работать на топливе. Мы остаемся с текущим форматом V6, но электрическая составляющая будет значительно увеличиваться ».

F1 Текущие силовые агрегаты оснащены как MGU-K, так и MGU-H, но есть предположения, что спорт может отказаться от MGU-H из-за его стоимости и сложности.Тогда это откроет дверь для использования более мощного кинетического компонента.

Один из основных компонентов нового гибридного поколения двигателей будет работать на экологически чистом топливе, что, по мнению производителей автомобилей, будет иметь огромное значение, поскольку в автомобилях продолжат использовать двигатели внутреннего сгорания в течение многих лет.

Вольф добавил: «Почему мы остановились на двигателе внутреннего сгорания, так это потому, что мы верим, что топливо будет с нами в течение долгого времени.

«В Европе у нас могут быть амбициозные цели — сделать электрическую мобильность частью нашей повседневной жизни к 2030 году, и я могу видеть в Mercedes, насколько амбициозны цели, но в остальном мире у нас будут миллионы автомобилей. что бы еще работать на топливе.

«Что касается самих автомобилей Mercedes, мы полагаем, что у нас будет несколько миллионов автомобилей в мире, которые по-прежнему будут работать на топливе. Итак, что мы можем внести с помощью наших инноваций, так это помочь им в разработке экологически безопасных видов топлива: будь то биотопливо или синтетическое топливо.

«К 2025 году наши автомобили будут работать на 100-процентном экологически безопасном топливе, и таким образом мы внесем свой вклад в сокращение мировых выбросов CO2».

Читайте также:

Вольф сказал, что появляется все больше свидетельств того, что инновации F1 в поиске экологически безопасных решений и продвижении технологий были чем-то привлекательным для молодого поколения фанатов.

«Если вы посмотрите на Формулу 1 сегодня и на большую аудиторию, которая следует за нами, особенно молодежь, то наша самая сильная растущая группа — это люди в возрасте от 15 до 35 лет», — сказал он.

«В прошлые выходные я был в Австрии, на трассе было не так хорошо, но было впечатляюще увидеть аншлаг. У нас было 115 000 зрителей. И то, что я видел, так это более молодую аудиторию, как никогда раньше в Формуле 1.

«И я верю, что для этой более молодой аудитории Формула 1, и мы провели опрос, олицетворяет инновации и высокие технологии.Мы можем немного уйти от гладиаторов.

«Но дети младшего поколения видят в этом летающие истребители по ипподрому, поэтому мы никогда не должны забывать, что высокотехнологичные инновации являются частью нашей ДНК».

F1 ведет переговоры с производителями новых двигателей

Привлечено к
вам на

Стефано Доменикали также открыт для изучения альтернативных форматов гонок.

• Опубликовано: 25 января 2021 г.
• Автор: Эд Диксон

Getty Images

• Доменикали хочет снизить затраты на двигатель
• Mercedes, Ferrari, Honda и Renault поставят силовые агрегаты на сезон 2021 года

Новый генеральный директор Формулы-1 Стефано Доменикали находится в стадии обсуждения новые производители двигателей присоединяются к глобальной гоночной серии и открыты для изучения альтернативных форматов гонок.

Доменикали взял бразды правления в Формулу-1 в начале года, заменив Чейза Кэри, который ушел в отставку в конце 2020 года. Теперь 55-летний мужчина стремится использовать свой опыт работы с дорожными автомобилями, проработав в качестве генерального директора Lamborghini, чтобы привлечь больше производителей.

«Я думаю, что одна из самых больших проблем, стоящих сегодня перед производителями автомобилей, — это почувствовать себя моложе», — сказал Доменикали Sky Sports. «Это своего рода борьба между старой школой OEM [производителей оригинального оборудования] и новыми OEM-производителями, которые приходят в сторону мобильности.

«Но я думаю, что OEM-производители могут использовать платформу [Формулы-1], чтобы получить свежий имидж, который, возможно, понадобится им в будущем».

Он продолжил: «Я могу сказать, что мы ведем переговоры с другими производителями. На данный момент они предпочитают молчать, но хорошая новость заключается в том, что есть другие… компании, очень важные компании, которые действительно стремятся понять, какую ценность они могут принести домой, используя платформу F1. Но не только с точки зрения технологий, но и с точки зрения ценности того, что Формула-1 может принести производителю автомобилей.”

В настоящее время поставщиками двигателей для Формулы-1 на сезон 2021 года являются Mercedes, Ferrari, Honda и Renault. Однако после этого года японская Honda уходит из спорта, вместо этого переключая свое внимание на экологичные дорожные автомобильные технологии.

Было высказано мнение о приостановлении разработки силовых агрегатов с 2022 года, что позволит производителям больше сосредоточиться на новых правилах для двигателей, которые должны вступить в силу в 2025 году. Независимо от того, одобрено ли замораживание, Доменикали, который был руководителем команды Ferrari с 2008 по 2014 год, хочет, чтобы стоимость двигателей снизилась.Отчасти это сделано для того, чтобы сделать инвестиции в Формулу-1 более жизнеспособными как для нынешних поставщиков энергоблоков, так и для потенциальных будущих.

«Невозможно, чтобы силовой агрегат в Формуле-1 стоил столько, сколько стоит сегодня», — сказал Доменикали.

«Я думаю, что есть запас, большой запас на это, и одна из наших программ заключается в том, что мы хотели бы привлечь команды и OEM-производителей, чтобы попытаться предвидеть новый двигатель даже раньше, чем это ожидается от нормативных требований. , и убедитесь, что подобные вещи будут частью повестки дня, и я уверен, что мы сможем это сделать.

Помимо возможности появления новых производителей, Доменикали сообщил, что он готов исследовать альтернативные форматы гонок во время уик-энда Гран-при. Однако он добавил, что ни одно решение не будет принято без предварительной консультации с командами сериала и основными заинтересованными сторонами.

«Мы думаем, как по-другому сохранить гоночный формат», — сказал Доменикали. «Мы говорим с командами, потому что, конечно, важно знать мнение команд, но также и мнение заинтересованных сторон и людей, таких как [СМИ], которые обладают невероятным опытом.

«Мы собираемся провести специальные встречи, чтобы подготовить правильное предложение.