Министерство образования и науки Российской Федерации

Московский авиационный институт

(национальный исследовательский университет)

Аэрокосмический факультет

Кафедра Управления эксплуатацией РКС

Экология испытаний

летательных аппаратов

(с основами процессов и устройства ДУ)

Курс лекций

для студентов 4-го курса по специальности «Экология»

Доктор технических наук, профессор А. Г. Галеев

2011

СОДЕРЖАНИЕ

1. Особенности и области применения ракетных двигателей 5

1.1. Принципы устройства тепловых двигателей 5

1.2. Общие особенности ЖРД 9

1.3. Области применения ракетных двигателей 13

2. Основные параметры ЖРД 13

3. Требования к двигательным установкам 16

4. Топлива тепловых двигателей 18

4.1. Факторы, определяющие требования к топливам 18

4.2. Общие требования к топливам как термодинамической системе 19

4.3. Топлива на основе воздуха в качестве окислителя 20

(бензины, дизельное топливо, сжиженные газы, спирты) 20

4.4. Жидкие ракетные топлива 22

7.1.Основные задачи автоматики ЖРД и ее состав 35

7.2. Системы управления конечными параметрами траектории движения ЛА (тяга и соотношение компонентов) 35

7.3. Система управления вектором тяги 41

7.4. Система наддува баков 42

8.1. Основные требования к запуску и останову. 46

Этапы запуска и останова 46

8.2. Системы раскрутки турбонасосного агрегата 50

8.3. Система зажигания и воспламенения топлива 53

9.1. Основные особенности схем 58

а) б) 61

9.2. Двигатели с насосной схемой подачи без дожигания 61

генераторного газа 61

9.3. Двигатели с насосной схемой подачи с дожиганием 62

генераторного газа 62

9.4. Удельные характеристики двигателей различных схем 64

11. Перспективы применения экологически чистых компонентов (метана и водорода) в энергетических и транспортных системах 80

10. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ ПРИ СОЗДАНИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ……………………………………………….……67

11. Перспективы применения экологически чистых компонентов (метана и водорода) в энергетических и транспортных системах..79

Приложение: 1.1. Охрана безопасности жизнедеятельности……………..87

1.2. Оказание первой помощи…………………………………………………………..89

2. Основные положения Федерального закона РФ «О промышленной безопасности…» …………………………………………………………………………....................90

Курс лекций «Экология испытаний ЛА» предназначен для студентов 4-го курса аэрокосмического факультета МАИ по специальности «Экология», содержит основы процессов и устройства ракетных двигателей и двигательных установок (ДУ), экологические требования к двигателям и ДУ, основы экспериментальной отработки (испытаний ЖРД и ДУ), основы устройства испытательнымхкомплексов и включает:

• лекции – 34 часа;

• практические занятия – 34 часов;

• экзамен.

Основная литература

1. Галеев а. Г. Экологическая безопасность при испытаниях и отработке ракетных двигателей. Учебное пособие. М.: Изд-во маи, 2006, 92 с.

2. Козлов А. А и др. Системы питания и управления жидкостных ракетных двигательных установок. Учебник / М.: Машиностроение, 1988, 352с.

3. Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей: Учебник /

А. П. Васильев, В. М. Кудрявцев и др./ Под ред. В. М. Кудрявцева – 3-е изд. исп. и доп. М.: Высшая школа, 1983, 703с.

4. Экологические проблемы и риски воздействий ракетно-космической техники на окружающую природную среду. Справочное пособие / Под общей ред. В.В. Адушкина, С.И. Козлова и А.В. Петрова. – М.: Изд-во “Анкил”, 2004.

5. Эксплуатация испытательных стендов ракетно-космических систем / Галеев а.Г., Золотов а.А., Перминов а.Н., Родченко в.В. Монография. Изд-во маи. – 2007. Введение

Космонавтика как наука об освоении космического пространства сформировалась в середине 20 века.

В начале 20 века появились первые теоретические работы пионеров ракетной техники и космонавтики К. Э. Циолковского, Р. Годарда (США) и Г. Оберта (Германия). Космические полеты стали явью значительно раньше, чем предсказывали фантасты.

Годы исследования космоса были периодом, в течение которого наука и техника развивались с небывалой быстротой. История не знала раннее таких примеров, чтобы для достижения научной цели были привлечены столь огромные коллективы людей, столь большие финансовые средства. Это наступление на космос, в основном, со стороны СССР и США, завершилось серией поразительных достижений:

• первым запуском ИСЗ и полетом человека в космос (Ю. А. Гагарин);

• посадкой автоматических станций на Луне, Венере, Марсе (Луноход и др.);

• высадкой экспедиции с людьми на Луну (США);

• созданием длительных орбитальных станций на орбите Земли («Салют», «Мир», МКС);

• созданием систем космической связи и телевещания, систем обеспечения навигации и спасения, систем метеонаблюдения, разведки недр и др.

Следует отметить, что стремительное развитие ракетно-космической техники (РКТ) было вызвано в первую очередь гонкой вооружений за счет противостояния двух систем: капитализма и социализма.

В число космических держав вошли страны Европейского сообщества, Япония, Китай и Индия, которые уже опережают Россию по расходам в РКТ (Ю. Корея, Израэль, Бразилия и др.).

Если рассматривать создание РКТ, то ~ 60 % затрат приходится на экспериментальную отработку – испытания техники. Это связано с тем, что нельзя произвести вначале полный расчет и выполнить проект ракеты и двигателя, многие данные для их расчета и проектирования получают экспериментальным путем при испытаниях опытных образцов. Ракетно-космический комплекс (РКК) – это сложная техническая система, состоит из тысяч узлов и надежность такой системы также подтверждается испытаниями. Испытания ракетных двигателей и ракет являются дорогостоящими, опасными и связаны с применением сложной испытательной техники.

Экологическое воздействие РКТ и его элементов на окружающую среду и человека определяются:

- применяемыми компонентами ракетного топлива (КРТ), их токсичностью, агрессивностью, пожаро - и взрывоопасностью, проливами и выбросами остатков КРТ на испытательных комплексах (ИК) и при падениях отработанных ступеней ракет-носителей (РН) в зонах отчуждения стартового комплекса (СК);

- продуктами сгорания выхлопных газов в процессе испытания газогенераторов, камер сгорания, двигателей и двигательных установок (ДУ);

- шумом и вибрациями двигателя и выхлопных струй ДУ;

- совершенством технологических систем ИК и СК и технологии работ с токсичными и взрыво – и пожароопасными КРТ при подготовке и проведении испытаний;

- засорением космического пространства фрагментами РКТ.