Ресурс работы многоразового РД-180

Подборка статей по некоторым ракетным двигателям НПО «Энергомаш» изготовленным для многократного использования.

В принципе разница между однократно и многократно используемым ракетными двигателями такая же как и между движками для драгстера и семейного автомобиля. Задача драгстера полностью использовать все возможные характеристики двигателя чтобы проехать четверть мили (около 400 метров) с максимальной скоростью за минимальное время, а затем нужно перебирать двигатель. Задача семейного авто — заводиться десятки тысяч раз и быть способной проехать сотни тысяч километров. Её производительность далека от производительности драгстера, но она доступна и может быть использована много раз. В многоразовом ракетном двигателе необходимо нечто среднее: нужно подойти к производительности драгстера, но несколько ближе к многоразовости и практичности обычного автомобиля.

У реактивных двигателей РД-170 и РД-180 абсолютно одинаковые камеры сгорания рассчитанные на давление более 280 МПа, но разное давление в ней, различная тяга на одну камеру, разное время и ресурс работы.

Выдержки из книги Б. И. Губанов «ТРИУМФ И ТРАГЕДИЯ «ЭНЕРГИИ»

В феврале-марте 1976 г. правительством было принято решение о разработке ракетных систем «Энергия»-»Буран» и «Зенит». В ноябре 1976 г. был разработан эскизный проект двигателя РД-170 со следующими характеристиками: тяга на земле 740 т, в пустоте — 806,4 т (эти значения были приняты на основе оптимизации двух проектов ракет-носителей «Энергии» и «Зенита»); удельный импульс на земле 309,3 с, в пустоте -337 с; давление в камере сгорания 250 атмосфер, в газогенераторе — до 583 атмосфер; мощность турбины до 297,26 лошадиных сил.

В разработанных технических требованиях к облику и характеристикам двигателя РД-170, рабочим компонентам топлива, тяге, экономичности, ограничениям по габаритам и массе, многоразовости использования, надежности и безаварийности, ремонтопригодности был заложен принцип опережающего развития отечественного ракетного двигателестроения в классе тяжелых двигателей на длительную перспективу. Двигатель РД-170 рассматривался как базовый для ряда мощных ракет-носителей.

Отработка и доводка двигателя велась по разработанному в 1978-1979 гг. комплексному плану экспериментальной отработки. План предусматривал этап экспериментального исследования работоспособности агрегатов двигателя на специальных двигательных связках с тягой 100 т, с ресурсом, эквивалентным одноразовому полетному использованию; этап доводки на режиме одноразового использования, с достижением работоспособности в течение 6 ресурсов сверх огневого контрольно-технологического испытания двигателя; этап доведения двигателя по ресурсу до уровня четырехкратного использования двигателя в полете, что соответствовало десятикратному ресурсу сверх контрольных испытаний; этап доведения до полного соответствия требованиям к двигателю многократного использования, соответствующего его работоспособности на уровне 16 ресурсов сверх контрольных испытаний; этап межведомственных испытаний; этап огневых испытаний в составе блока А или модуля первой ступени ракеты «Зенит» на наземном стенде и этап летных испытаний в составе ракеты «Зенит».

В целом глубокий и обширный план экспериментальной доводки двигателя дал возможность достичь достаточно высоких значений надежности двигателя.

По состоянию на первое января 1991 г. было проведено 804 огневых испытания общей длительностью 93300 с, в том числе 22 двигателя прошли успешные летные испытания в составе ракет-носителей «Зенит» и «Энергия». В 1991 г. планировалось завершить наземную отработку модификации двигателя РД-170 на ресурс, обеспечивающий десятикратное полетное использование и дальнейшее совершенствование и развитие в направлении повышения мощности, улучшения удельных характеристик.

Гарантированный запас работоспособности двигателей составляет по ресурсу и числу включений сверх эксплуатационного не менее трех летных. Кратность использования модуля серийного образца в составе блока А не менее 10. Остаточный ресурс работоспособности приборов, агрегатов и систем на момент последнего пуска обеспечивает возможность проведения не менее пяти полетов.

При разработке двигателя было предусмотрено обеспечение возможности не менее двадцатикратного его использования в составе носителя, включая межполетные огневые проверки в составе блока. Гарантированные запасы работоспособности двигателей по ресурсу и количеству включений, сверх потребных в эксплуатации (перед последним использованием), должны составлять не менее 5, необходимых для одного полета.

Ввиду сложности проблемы отработка на ресурс в рамках третьего этапа осуществлялась в несколько подэтапов. На первом подэтапе ставилась задача доведения гарантированного ресурса до величины, достаточной для однократного полетного использования двигателя, то есть суммарно, с учетом двух технологических пусков, — до девяти ресурсов (ресурс — время работы двигателя в одном полете). Далее гарантированный ресурс постепенно наращивался и в итоге он должен быть доведен до 27 ресурсов. Гарантированный ресурс двигателя РД-170, в конечном счете, должен составлять на этапе однократного использования не менее девяти штатных циклов, на этапе многократного полетного использования после завершения отработки — не менее 27 штатных циклов.

Технические параметры двигателя

• Тяга у Земли — 7256 кН
• Тяга в пустоте — 7904 кН
• Пределы дросселирования тяги — 100-40%

Удельный импульс тяги:

• в вакууме — 337 с
• на уровне моря — 309 с

Давление в камере сгорания — 24.5 МПа

Время работы — 140-150 с

— 9 июля 1981 г. двигатель впервые проработал полное время на стенде. С середины 1984 г. начались первые поставки двигателей для «Энергии».

Каждый товарный двигатель РД-170 перед отправкой проходит контрольно-технологические огневые испытания на полетный ресурс. Один двигатель от партии из 12 экземпляров проходит огневые испытания на полный гарантированный ресурс по утяжеленной программе с последующей разборкой и дефектацией.

ЖРД РД-180

В начале 1996г проект двигателя РД-180 НПО Энергомаш был признан победителем конкурса на разработку и поставку двигателя первой ступени для модернизированной РН «Атлас» американской компании Локхид Мартин.

Это двухкамерный двигатель с дожиганием окислительного генераторного газа, с управлением вектором тяги благодаря качания каждой камеры в двух плоскостях, с возможностью обеспечения глубокого дросселирования тяги двигателя в полете. Данная конструкция базируется на хорошо проверенных конструкциях узлов и элементов двигателей РД-170/171. Создание мощного двигателя первой ступени осуществлено в сжатые сроки, а отработка — на малом количестве материальной части.

При создании двигателя РД-180 в связи с уменьшением вдвое расхода компонентов топлива по сравнению с прототипом РД-170 необходимо было перепроектировать ТHA и ряд агрегатов автоматики.

По первоначальной оценке унификация двигателей РД-180 и РД-170 составляла 70... 75 %.

Однако в процессе отработки двигателя РД-180 по техническому заданию «Локхид Мартин» были найдены более совершенные, нежели примененные в двигателе РД-170, конструкторские решения по ряду агрегатов, в том числе изменена конструкция направляющего аппарата насосов, улучшены условия работы подшипников ТНА, увеличен к.п.д. агрегатов подачи, разработан новый подбаковый разделительный клапан.

Кроме того, фланцевая конструкция газогенератора заменена сварной, а схема двигателя упрощена. В связи с этими работами степень унификации двигателей РД-180 и РД-170 существенно снизилась. По существу, двигатель РД-180 является новой разработкой с использованием в качестве базового варианта двигателя РД-170.

Технические параметры двигателя

• Тяга у Земли — 3828 кН
• Тяга в пустоте — 4152 кН
• Пределы дросселирования тяги — 100-47 %

Удельный импульс тяги

• в вакууме — 337.8 с
• на уровне моря — 311.3 с

Давление в камере сгорания — 26.67 МПа

Время работы — 270 с

Подписав контракт на разработку двигателя летом 1996 г., уже в ноябре 1996 г. было проведено первое огневое испытание двигателя-прототипа, а в апреле 1997 г. — огневое испытание штатного двигателя. В 1997-1998 гг успешно проведена серия огневых испытаний двигателя в составе ступени РН в США. Весной 1999 г. завершена сертификация двигателя для использования в составе РН «Атлас 3». Летом 2001г была завершена сертификация двигателя для использования в составе РН «Атлас 5».


Ниже нарыл пару не старых, а древних (еще прошлого века) статьи по работам которые проводились НПО «Энергомаш» для сертификации РД-180 для использования на Atlas 3A. Ничего более свежего по огневым испытаниям РД-180 по ресурсу его работы не нашел.

Июль 1998 г.

Состояние работ по проекту Atlas 3A

И. Черный

Работы по программе Atlas 3 перешли в новую фазу: в Америке испытан ключевой элемент этой ракеты — двигатель РД-180

29 июля в 7:55 CDT специалисты компании Lockheed Martin Astronautics успешно провели стендовое испытание российского ЖРД на стенде, принадлежащем американскому правительству. Двигатель РД-180 с элементами хвостового отсека носителя Atlas 3A в течение десяти секунд грохотал на стенде Космического центра им.Маршалла (Хантсвилл, шт.Алабама), принадлежащем NASA. Первое впечатление участников испытаний великолепное. Двигатель работал при тяге в диапазоне 74-90%. 500 датчиков снимали информацию о его состоянии. Расшифровка результатов займет несколько дней. В течение ближайших двух месяцев планируется провести еще два теста продолжительностью 70 сек каждый. Длительность функционирования РД-180 в полете Atlas 3A достигает 186 сек. (3,1 мин)

Ресурс работы многоразового РД-180

Работы с РД-180 ведутся на огромном стенде для испытаний перспективных двигателей в Центре Маршалла, который раньше использовался для испытаний маршевого двигателя SSME корабля Space Shuttle, а также двигателей «лунной» РН Saturn 5. Тяга РД-180 достигает 390 тс, что сопоставимо с тягой в 680 тс, которую развивал двигатель F-1 первой ступени носителя Saturn 5. Тяга SSME на Земле не превышает 170 тс. Целью испытаний была демонстрация работоспособности РД-180 в совокупности с элементами ракеты, включая авионику, топливные баки, соединительные трубопроводы, электронику и гидравлику.

«Эти испытания — важная веха в разработке носителей Atlas 3 и EELV, с помощью которых можно будет уменьшить время на подготовку к старту и снизить затраты на эксплуатацию ракеты, — сказал доктор Рэй-монд Колладей (Raymond S.Colladay), президент Lockheed Martin Astronautics. — В результате мы сможем усилить наши позиции и гарантировать успех запусков как грузов как национальным, так и иностранным заказчикам».

РД-180 будет установлен на новых ракетах серии Atlas 3, а также одноразовых носителях нового поколения EELV (Evolved Expendable Launch Vehicles), разработка которых ведется компанией Lockheed Martin Astronautics в кооперации с ВВС. Для производства двигателей по заказу компании Lockheed Martin было образовано совместное предприятие «РД АМРОСС» между российской компанией НПО «Энергомаш» и фирмой Pratt & Whitney — отделением корпорации United Technologies. Первый запуск Atlas 3A намечен на начало 1999 г. с мыса Канаверал; носитель будет использоваться для выведения на орбиту научно-исследовательских и связных спутников правительственных и коммерческих заказчиков во всем мире.

Представители ВВС предполагают, что носители семейства EELV должны в конечном счете заменить существующие «Атласы», «Дельты» и «Титаны» при запуске различных правительственных и коммерческих грузов. Первый запуск EELV запланирован на 2001 г.

В России первое огневое испытание РД-180 проведено в ноябре 1996 г. В феврале 1997 г. в США была направлена его высокоточная модель для привязки к ракетной системе. В настоящее время в НПО «Энергомаш» проводятся сертификационные испытания. Девять предсерийных двигателей уже успешно наработали на стенде в общей сложности более 10.000 сек.

Неожиданно выяснилось, что у некоторых особо одарённых читателей проблемы с арифметикой, поэтому вынужден им помочь с делением (makcim15):

10000 сек / 60 сек / 9 двигателей = 18,5 мин в среднем на двигатель

18,5 мин / 3,1 мин = 6 полетов Atlas 3A

Первый товарный экземпляр двигателя передан заказчику, а в стадии окончательной сборки находится второй товарный экземпляр.

Заместитель генерального конструктора НПО «Энергомаш» В.Рахманин сообщил, что судьба миллиардного заказа на 101 двигатель не ясна, так как победитель в конкурсе EELV еще не объявлен (Lockheed Martin конкурирует с корпорацией Boeing, предлагающей в качестве перспективного носителя РН Delta IV). Более того, нынешнее состояние работ Atlas 3A несколько отстает от графика. К нынешнему моменту американцы подтвердили заказ только на 18 РД-180. По мнению экспертов, каждый двигатель стоит 8-10 млн $.

В случае успеха работы по семейству Atlas 3 будут расширены, что позволит запускать до 20 ракет ежегодно. Для выполнения этих планов завод Lockheed Martin Astronautics в Харлингене (Harlingen), шт.Техас, уже 22 июля закончил подготовку к поставке главных элементов первой РН Atlas 3A. Ракета включает первую ступень с двигателем РД-180, верхнюю ступень Centaur, которая соединяется с первой при помощи межступенчатого переходника, и обтекатель полезного груза (ПГ), который предохраняет спутник во время запуска. Завод в Харлингене поставляет три главных элемента новой ракеты: обтекатель ПГ диаметром 4.27 м и длиной 12.2 м, межступенчатый переходник диаметром 3.05 м и длиной 4.42 м и хвостовую секцию диаметром 3.05 м и длиной 4.88 м, в которой будет установлен двигатель РД-180 со всеми системами.

Обтекатель ПГ и межступенчатый переходник вскоре будут отправлены на мыс Канаверал. Хвостовая секция прибудет на трейлере на завод Lockheed Martin Astronautics вблизи Денвера, шт. Колорадо, где будет осуществляться окончательная сборка РН перед их транспортировкой на мыс Канаверал для запуска. Первый старт Atlas 3A запланирован на конец 1999 г.

«Специалисты из Харлингена показали превосходные результаты при изготовлении важнейших элементов первого носителя Atlas 3A, — сказал Р.Колладей. — Я поздравил их с хорошей работой.»

По сравнению с наиболее мощным нынешним носителем Atlas 2AS, на новой ракете установлено всего два двигателя вместо девяти. Она имеет также на 15.000 деталей меньше, а также упрощенную и удешевленную технологию изготовления и эксплуатации.



20 Февраль 1999 2:41

Энергомаш — лидер в создании сверхмощных ЖРД

Владимир Судаков, начальник отдела информации НПО “Энергомаш“ им. академика В.П.Глушко

Ресурс работы многоразового РД-180.

Успешные огневые испытания российского ракетного двигателя РД-180, разрабатываемого НПО “Энергомаш” им. академика В.П. Глушко по контракту с компанией “Пратт & Уитни” (США) и предназначенного для использования на РН “Атлас III” компании “Локхид Мартин”, на американском стенде в Центре Маршалла НАСА, а также параллельная отработка его модификаций для использования на первых ступенях американских ракет среднего и тяжелого классов свидетельтвуют о лидерстве российского НПО в создании мощных ЖРД и о перспективах уверенного выхода этого объединения на мировой рынок двигателей как для отечественных, так и для зарубежных ракет-носителей.

Работы по двигателю РД-180 в НПО “Энергомаш” продолжаются. К настоящему времени проведено более 70 огневых стендовых испытаний на 12 экземплярах двигателей с общей наработкой свыше 11000 с, один из которых прошел испытания на американском стенде в Центре Маршалла.

70 испытаний / 12 двигателей = 5,8 включений в среднем на один двигатель.

11000 сек / 60 сек / 12 двигателей = 15,3 мин работы на один двигатель.

Жидкостный РД-180: стендовые испытания

Этот стенд использовался в прошлом для испытания основных двигателей корабля “Спейс Шаттл” и ракетных двигателей РН “Сатурн V”. Двигатель РД-180 в настоящее время проходит сертификационные испытания.

История создания РД-180 связана с огромным талантом и напряженной работой большого коллектива специалистов “Энергомаша” на протяжении многих лет.

За 70 лет деятельности предприятия накоплен огромный опыт создания жидкостных ракетных двигателей. В их числе самый мощный в мире кислородно-керосиновый двигатель РД-170 для многоразовой системы “Энергия-Буран”. Именно он лег в основу создания современного РД-180.

Первые проектные работы по сверхмощным ЖРД начались в КБ “Энергомаш” еще в 1973 г. Были предварительно рассмотрены все возможные варианты: одно-, двух-, четырехкамерных двигателей на полную тягу около 800 т. Предпочтение было отдано четырехкамерному двигателю. Последующие испытания подтвердили правильность принятого решения. Таким образом, была успешно завершена разработка мощных кислородно-керосиновых двигателей РД-170 для МКС “Энергия-Буран” и РД-171 для РН “Зенит”.

Успехи НПО “Энергомаш” не остались не замеченными. В 1991 г. объединение получило наконец-то возможность непосредственно продемонстрировать свои достижения на международном рынке. Первыми из американских аэрокосмических фирм свой интерес к двигателю РД-170 проявили представители ракетной компании “Дженерал Дайнемикс”. Затем по контракту с двигательной фирмой “Аэроджет” в 1991 г. проводится демонстрационное испытание РД-170 на стенде в Химках, преследуя при этом маркетинговые цели. Чуть позже такое же демонстрационное испытание проводится и для компании “Пратт & Уитни”, которая впоследствии становится партнером НПО “Энергомаш” по продвижению разработок НПО на американский ракетно-космический рынок.

Однако в ходе маркетинговых исследований становится ясно, что в США не удастся найти в ближайшее время применения двигателя РД-170, хотя всеми специалистами признается его лидирующее положение по достигнутым параметрам и характеристикам, подтверждается, что уровень разработки РД-170 на 10-15 лет опережает аналогичные разработки в США. Вместе с тем американская компания “Дженерал Дайнемикс”, уже вошедшая в состав компании “Мартин Мариетта”, продолжала проявлять свой интерес к российской разработке. В ходе совместных обсуждений и родилась идея проработки возможности использования на первой ступени одного из вариантов РН “Атлас” двухкамерного двигателя, основанного на конструкции двигателя РД-170, того самого варианта, который обсуждался на самых первых этапах его разработки.

В 94-95 гг. в НПО “Энергомаш” начинаются предварительные проработки конструкции будущего двигателя РД-180, оценка основных его параметров и характеристик и возможности интеграции в составе американской ракеты-носителя. В рамках проводимых в это время работ производится поставка в США в Денвер первого макета двигателя РД-180. В это же время американская аэрокосмическая компания “Мартин Мариетта” объявляет открытый конкурс на двигатель для использования на модернизированной РН “Атлас 2AR”. Впервые в истории в этом конкурсе участвовали и российские двигателестроительные компании НПО “Энергомаш” и Самарское предприятие “Труд”. Вместе с ними в конкурсе приняли участие и все известнейшие двигателестроительные фирмы США. Однако в ходе конкурса стало очевидным неоспоримое преимущество концепции разработки двигателя РД-180. Проект двигателя РД-180 был объявлен победителем конкурса. В середине 1996 г. подписан контракт на его разработку, а уже в ноябре 1996 г. было проведено первое доводочное огневое испытание этого двигателя.

В феврале 1997 г. на завод компании “Локхид Мартин” (так теперь стала называться американская компания) в Денвер был поставлен точный макет двигателя РД-180 для проведения работ по интеграции двигателя и ракеты. В августе 1997 г. в США был поставлен и один из доводочных двигателей РД-180 для проведения его огневых испытаний в составе первой ступени ракеты. Первое такое огневое испытание было проведено 29 июля 1998 г. на стенде Центра Маршалла, НАСА в Хантсвилле. Завершающее четвертое испытание успешно проведено 16 декабря с. г.

Для маркетинга и реализации двигателя РД-180 было создано совместное предприятие РД АМРОСС, основанное НПО “Энергомаш” и “Пратт & Уитни”. Заключен контракт на поставку первой партии серийных двигателей РД-180 для использования их в коммерческих полетах новой РН “Атлас III” компаниии “Локхид Мартин”. Первый полет этой РН запланирован на 1999 г. В июне 1997 г. эта компания объявила о своем намерении сделать заказ на поставку 101 двигателя РД-180 для коммерческих полетов “Атлас III”, а недавно подтвердила его. Кроме того, “Локхид Мартин” приняла решение об использовании двигателей РД-180 на первых ступенях всех новых РН, разрабатываемых компанией по программе EELV. В этом случае (использование новых РН “Атлас” с двигателем РД-180 для вывода национальных полезных нагрузок) в составе ракет-носителей будут использоваться двигатели РД-180 конструкции НПО “Энергомаш”, изготовленные по лицензии в США. К таким двигателям будут предъявляться технические требования, несколько отличающиеся от требований к двигателю РД-180 для РН “Атлас III”, что потребует проведения дополнительных доводочных и сертификационных испытаний.

НПО “Энергомаш” продолжает работы также по модернизации двигателей РД-107 и РД-108, выводящих на орбиту всех российских космонавтов. В планах предприятия разработка двигателя РД-191 для новой отечественной ракеты-носителя “Ангара”, работы по созданию которой возглавляет ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, а также участие в реализации программы “Морской старт”, осуществляемой международным консорциумом, в который входит РКК “Энергия”.

От редакции:

Успешное продвижение “Энергомаша” на мировой рынок и эффективная работа по созданию перспективных двигателей РД-180 и РД-191 во многом являются заслугой нынешнего генерального директора и генерального конструктора НПО “Энергомаш” Бориса Каторгина.

Successful fire tests on the RD-180 engines, performed at the Marshall’s Center of NASA, have proved that Russia’s NPO (Scientific Industrial Association) Energomash named after Academic Glushko remains the leading manufacturer of super high thrust rocket engines operating on liquid fuels. Under a contract from Pratt&Whitney, NPO Energomash will supply engines for the Lockheed Martin Atlas-III launch vehicle. In parallel, the company is working on new versions of its successful engines for use on first stages of other US launch vehicles. Undoubtedly, NPO Energomash has big perspectives on the local and international markets of rocket engines for launch vehicles.

Зы.Сы. Из статей видно, что средние цифры по ресурсу работы РД-180, такие же как и средняя температура по больнице — кто то парится в горячке, а кто-то остывает в морге, но средняя температура по больнице 36,6 С. Так же и огневые испытания РД-180 — новые испытывались по одному два раза, а старые ресурс отработали и пошли в металлолом. Но какой ресурс работы РД-180 указан в сертификате — не нашел.

Но если учесть, что Маск поссорился с Пентагоном из-за российских двигателей РД-180. из за того, что компания ULA ставит их на первую ступень ракеты Atlas V, которая после отработки падает в океан. Благодаря такому нерачительному использованию американцами многоразовых двигателей российский «Энергомаш» был обеспечен большим портфелем заказов, который составляет до половины его выручки, то вот Маску то известны все характристики РД-180.