Роторный ЖРД. Есть ли смысл?

Поняв это, инженеры компании Rocketdyne разработали двигатель, известный как RS-25, который использовался на многоразовом космическом корабле Space Shuttle. Они сообразили, что нет смысла использовать один газогенератор для двух совершенно разных насосов, поэтому просто установили два газогенератора — один для водородного насоса и один для кислородного насоса. Делов-то!
Но наличие отдельного вала для каждого насоса создало еще одну проблему. Теперь инженеры располагали горячий газообразный водород высокого давления на собственном валу, который был прямо рядышком с насосом для жидкого кислорода. Если часть водорода вытечет из газогенератора, это приведет к пожару в насосе жидкого кислорода, что закончится катастрофически плохо. Водород очень тяжело хранить, потому что он имеет низкую плотность. Низкая плотность? Малая масса? О да, водороду очень нравится пробираться сквозь всякие трещины и идти гулять самому по себе. Таким образом чтобы не допустить утечки водорода, инженеры должны были сделать тщательно продуманную герметизацию.

Тогда разработчики придумали специальные уплотнения, которые находятся под давлением гелия. В таком случае при утечке наружу просачивается только гелий, а он, как известно, газ инертный. Гениально! Теперь взгляните на то, как отличаются уплотнения турбонасосов кислорода и водорода. Можете представить себе сколько времени и сил инженеров потребовалось для того, чтобы разработать уплотнение для кислородного турбонасоса? Люди, которые задумываются о подобных вещах — чокнутые!

 

Главная двигательная установка

На уровне проектирования системы самым сложным и опасным компонентом любой стартующей системы является ее главная двигательная установка. Команда разработчиков Rotary Rocket Company поэтому приложила значительные усилия, чтобы сделать его максимально безопасным.
Во-первых, как и у большинства реактивных систем, силовая установка Roton имеет резервирование. Он состоит из шести независимых двигательных секций, каждая из которых отдельно управляется пилотами. Каждая из этих двигателных секций имеет два сегмента на противоположных сторонах вращающегося колеса, и каждый двигатель имеет свою собственную систему управления, клапаны и арматуру питания. Подобно самолету Боинг 747, Ротон может потерять (отключить) один двигатель без потери судна даже при взлете. Через некоторое время после взлета у него может случиться отказ второй двигательной секции, и аппарат по-прежнему сможет продолжить полет по безопасной траектории по сценарию аварийного прерывания полета.

15-9722061-pic-8.jpg @ files.balancer.ru [кеш]

Рисунок 8 - Схема силовой установки Ротон<sup>12

12</sup>На иллюстрации показана конструкция силовой установки с шестью двигательными секциями и 96 камерами сгорания по версии конца 1997 года. В результате усовершенствований конструкции камеры сгорания необходимое их количество уменьшено до 72


Второе преимущество конструкции роторного двигателя состоит в том, что она устраняет необходимость в турбонасосах, которые работают в экстремальных условиях и имеют ненадежные высокоскоростные компоненты. В исследовании отказов двигательной установки [7] анализ показывает, что большой процент отказов ¹³ был связан с работой турбонасоса. Несмотря на то, что роторная конструкция не исключает использования высоких давлений и температур, тем не менее, частота вращения в ней планируется всего лишь 720 оборотов в минуту. Таким образом силовая установка будет испытывать стандартные для промышленнсоти уровни нагрузки, в отличие от аэрокосмических нагрузок, возникающих при частотах вращения +30 000 об / мин. у типичных ракетных турбонагнетателях.

¹³ Хотя в представленных данных не были отдельно выделены турбонасосы в качестве конкретной категории отказов, создающих высокое давление, их доля составила 10%, а подача топлива и окислитель и управление (включая насосную систему) еще 22,5%. Неустановленные отказы составили еще 34,2%. См. Ссылку [7].

Риск отказа главной двигательной установки здесь же сводится к нескольким ключевым компонентам, одним из которых является упорный подшипник колеса (диска?) силовой установки, который является проверенной, коммерческой, серийной промышленной деталью. Используемый подшипник рассчитан на работу с более высокими скоростями и более высокими нагрузками, чем он может испытывать в данном аппарате. Главный подшипник играет решающую роль для работы роторного двигателя, поэтому резервные системы обеспечивают его безопасную работу. Подшипник будет иметь резервную систему смазки, а также различные системы мониторинга состояния для обнаружения ненормальных условий эксплуатации. Если проблема обнаружена, экипаж может предпринять действия, например, инициировать остановку отдельной двигательной секции или выполнить другие аварийные процедуры.
Структурная целостность колеса силовой установки будет обеспечена за счет дублирующей несущей конструкции внутри основных конструктивных элементов. Колесо будет спроектировано и изготовлено с существенным запасом прочности и будет учитывать нестандартные условия, такие как нагрузки при выключенном двигателе, в пределах проектного диапазона. Точно так же моторные отсеки спроектированы таким образом, чтобы отказ одной камеры сгорания не приводил к катастрофическому отказу всего двигателя. Броня, аналогичная той, что используется вокруг турбин компрессора в реактивном двигателе, будет использоваться между сегментами двигателя для предотвращения каскадных отказов. Различные датчики и системы продувки также устранят проблемы, обнаруженные в моторном отсеке автоматически или под контролем экипажа. Силовая установка предназначена для отключения вышедших из строя двигателей, что позволяет оставшимся двигателям приводить в действие прерванный полет до безопасной посадки.