Авторы

Сопоставительный анализ конкурирующих вариантов принципиальной технологической схемы системы охлаждения сжиженного метана для заправки ракеты-носителя недогретым метаном повышенной плотности

DOI: 10.17586/1606‑4313‑2020‑19‑3-10-20
УДК 66.045.7

Сопоставительный анализ конкурирующих вариантов принципиальной технологической схемы системы охлаждения сжиженного метана для заправки ракеты-носителя недогретым метаном повышенной плотности

Коробков А.А., Кулик М.В., Редькин В.В., Сергеев С.С., Смородин А.И.

Ссылка для цитирования: Коробков А. А., Кулик М. В., Редькин В. В., Сергеев С. С., Смородин А. И. Сопоставительный анализ конкурирующих вариантов принципиальной технологической схемы системы охлаждения сжиженного метана для заправки ракеты-носителя недогретым метаном повышенной плотности // Вестник Международной академии холода. 2020. № 3. С. 10–20.

Аннотация
На базе известных способов, установок и систем для охлаждения компонентов топлива ракеты-носителя: кислородаи сжиженного метана, разработана принципиальная схема азотной системы, построенной на базе турбодетандерных ожижителей азота, для охлаждения сжиженного метана при заправке ракеты-носителя среднего класса. Сприменением специального программного обеспечения для моделирования химико-технологических процессов (AspenHysys(v. 8.4)) проведено математическое моделирование схем конкурирующих вариантов и их элементов.В качестве конкурирующих вариантов выбраны: – схема ожижителя азота средней производительности с азотным винтовым компрессором и азотным турбодетандером низкого давления с масляным тормозом (схема А); – схема ожижителя азота средней производительности с азотным турбодетандером низкого давления с дожимающим компрессорным агрегатом(схема Б). Проведено сравнениеконкурирующих вариантов принципиальной технологической схемы азотной системы охлаждения сжиженного метана по показателю – коэффициенту ожижения азота (c). Результаты работы могут быть использованы при проектировании азотных систем охлаждения сжиженного метана для заправки ракет-носителей среднего класса недогретым метаном повышенной плотности.

Ключевые слова: азотная система охлаждения, компоненты ракетного топлива, математическое моделирование, метан, ракетно-космическая техника, теплообменный аппарат, турбодетандер.

Список литературы

1. Карпов А.Б.Перспективы использования сжиженного природного газа в качестве топлива ракетных двигателей // Матер. IV всерос. конф. «Химия и химическая технология: достижения и перспективы (27-28 ноября 2018)». М.: Изд-во РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2018. С. 408.1-408.3.

2. Ракета-носитель «Энергия» (11К25) (Россия). [Электронный ресурс]: http://www.buran.ru/htm/rocket.htm.

3. Фролов С.М., Аксенов В.С., Иванов В.С., Медведев С.Н. и др.Ракетный двигатель с непрерывно-детонационным горением топливной пары «природный газ - кислород» // Доклады Академии наук. М.: РАН, 2018. Т. 478. № 4. С. 429-433.

4. Яцуненко Г.С.Кислородно-метановые ракетные двигатели // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2017. Т 1. С. 209-210.

5. Nilsen C., Meriam S., Meyer S.Purdue Liquid Oxygen - Liquid Methane Sounding Rocket // American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA). Session: Innovative Student Rocket Club Designs and Activities (7-11 January 2019). San Diego, California, 2019. doi: 10.2514/6.2019-0614.

6. Калугин К.С., Суханов А.В.Особенности использования метана в качестве горючего для жидкостных ракетных двигателей // Вестник МАИ. 2018. Т. 25. № 4. С. 120-132.

7. Брегвадзе Д.Т., Габидулин О.В., Гуркин А.А., Заболотько И.А.Применение топлива «кислород + метан» в жидкостных ракетных двигателях // Политехнический молодежный журнал. 2017. № 12. С.11-13.

8. Орешков М.А., Злобин В.Б.Особенности конструкции экологически безопасных ЖРД разгонных блоков // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2017. Т 1. С. 170-171.

9. Васянина А.Ю., Тонких А.А., Савчин Д.А., Ермоленко Д.А.Перспективы использования компонентов топлива метан-кислород в жидкостных ракетных двигателях // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2017. Т 1. С. 121-123.

10. Роскосмос создаст ракетный двигатель на метане // Транспорт на альтернативном топливе. 2016. № 1 (49). С. 63-64.

11. Percy T., Polsgrove T., Alexander L., Turpin J.Design and Development of a Methane Cryogenic Propulsion Stage for Human Mars Exploration // American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA). Session: In-Space Transportation (13-16 September 2016). Long Beach, California, 2016. doi: 10.2514/6.2016-5492.

12. ГОСТ Р 56021-2014. Газ горючий природный сжиженный. Топливо для двигателей внутреннего сгорания и энергетических установок. Технические условия. Введен впервые 2016-01-01. М.: Стандартинформ, 2016. 13 с.

13. Иванов А.И., Косицын И.П., Борисов В.А.Анализ схем жидкостного ракетного двигателя небольшой тяги с авиационным турбонасосным агрегатом на метане // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2016. Т. 15. № 4. С. 75-80.

14. Chowdhury A., Cruz J., Aboud J., Rios A. e.a.Design and Experimental Demonastration of a High Pressure Oxy-Methane Combustor // American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA). Session: Terrestrial Energy Systems–Fuel Power Technologies (8–12 January 2018). Kissimmee, Florida, 2016. doi: 10.2514/6.2018-1476.

15. Александров А.А., Бармин И.В., Кунис И.Д., Чугунков В.В.Особенности создания и развития криогенных систем ракетно-космических стартовых комплексов «Союз». // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». 2016. № 2. С 7-27.

16. Генеральный директор Госкорпорации «Роскосмос» Д.О. Рогозин провел совещание о ходе создания КРК «Союз-5» в АО «РКЦ «Прогресс» (Россия). [Электронный ресурс]: https://www.samspace.ru/news/press_relizy/13380/.

17. РД0110МД, РД0162. Метановые проекты. Перспективные многоразовые ракеты-носители (Россия). [Электронный ресурс]: http://www.kbkha.ru/?p=8&cat=11&prod=59.

18. Редькин В.В., Смородин А.И., Сергеев С.С., Кулик М.В., Коробков А.А.Конкурирующие варианты структурно-технологических схем азотных адсорбционно-криогенных установок криотермовакуумных камер для термовакуумных испытаний космических аппаратов // Известия Института инженерной физики. 2020. № 1 (55). С. 24-31.

19. Сайфуллин А.Д., Имаев А.М., Моисеев К.В.Определение зависимости коэффициента парного взаимодействия от температуры пар вещества «метан-гептан», «метан-нонан», «метан-октан», «метан-Н-пентан», «метан-изопентан», «метан-гексан» для уравнения состояния Пенга-Робинсона // Аллея Науки. 2017. Т. 2 № 10. С. 385-396.

20. Редькин В.В.,Смородин А.И., Сергеев С.С., Кулик М.В., Коробков А.А. Математическая модель и методика расчeта теплообменного оборудования базового варианта структурно-технологической схемы адсорбционно-криогенной установки // Известия Института инженерной физики. 2020. № 2 (56). С.25-32.

Антонов А.Н., Архаров А.М., Архаров И.А. РозеноерТ.М. и др.Машины низкотемпературной техники. Криогенные машины и инструменты: учебник для вузов; под общ. ред. А.М. Архарова и И.К. Буткевича. – 2-е изд., испр. М.: Изд-воМГТУим. Н.Э. Баумана, 2015. 536 с.

Читать статью полностью