液化天然气为LRE
来自厨房燃烧器的燃料对火箭发动机非常有效
处于十字路口的火箭和太空世界：全球趋势要求降低成本并提高空间服务的环境安全性。 设计人员必须在环保燃料上发明新的液体推进剂火箭发动机（LRE），用廉价的液化天然气（LNG）代替昂贵的，能量密集的液态氢，甲烷含量为90 - 98％。 这种燃料与液态氧配合使您可以创造新的高性能和低成本发动机，最大限度地利用现有的设计，材料，技术和生产储备元素。
LNG没有毒性;当它在氧气中燃烧时，会形成水蒸气和二氧化碳。 与火箭技术中广泛使用的煤油不同，LNG海峡很快就会蒸发而不会损害环境。
第一次测试
天然气与空气的点火温度和其爆炸浓度的下限高于氢气和煤油蒸汽的点火温度，因此，在低浓度区域，与其他烃类燃料相比，它的爆炸性较小。
一般而言，LNG作为火箭燃料的运行不需要任何先前未应用的防火和防爆措施。
LNG密度比液态氢高六倍，但比煤油低两倍。 与煤油罐相比，较低的密度导致LNG罐的尺寸相应增加。 然而，考虑到氧化剂和燃料的成本比率较高（液态氧（LN）+ LNG燃料约为3,5至1，LCD和煤油燃料约为2,7至1），燃料总量LCD + LNG仅增加20上的百分比。 考虑到材料的低温硬化的影响，以及结合罐底部的可能性LCD和LNG的燃料箱重量将相对较小。
最后，液化天然气的生产和运输早已掌握。
化学工程工程设计局（Khimmash设计局）以莫斯科附近的Korolyov的A. Isaev命名，开始在1994开发“LCD + LNG”燃料时开展工作（因为资金非常稀缺而延伸多年） - 设计研究并决定使用现有氧 - 氢1 7,5 tf发动机的原理图设计基础创建新发动机，该发动机成功运行作为印度GSLV MkI运载火箭上层（低温上层）12KRB的一部分（Geos） ynchronous卫星运载火箭）。
在1996中，液晶显示器上的气体发生器和作为燃料成分的天然气的自动火灾测试主要用于检查启动和稳定运行模式 - 13夹杂物确认了气体发生器的性能，并给出了用于开启和关闭的再生气体发生器的开发结果方案。
在1997的8月至9月，在KB Himmash进行了KVD 1发动机转向块（也使用天然气代替氢气）的化学测试，其中腔室在两个平面内以±39,5度的角度偏转（推力 - 200 kgf，压力在室内 - 40 kg / cm2），启动和停止配件，烟火点火系统和电动驱动 - 一个常规转向装置KVD1通过六次启动，总运行时间超过450秒，腔室压力在42 - 36范围kg / cm2。 测试结果证实了使用天然气作为冷却器创建小型腔室的可能性。
今年8月，Khimmash设计局在今年的1997开始对LCD + LNG燃料上的7,5车辆质量的全尺寸闭合回路发动机进行试验。 制造的基础是改进的闭路KVD1发动机，其具有还原气体产生气体的后燃烧并且用燃料冷却腔室。
修改了标准氧化剂泵KVD1：增加泵叶轮的直径以提供氧化剂和燃料泵压力的必要比率。 还进行了发动机管路液压设置的调整，以确保计算出的部件比例。
使用先前通过“LCD +液氢”燃料的防火测试系列的原型发动机确保了研究成本的最大降低。
冷试验允许制定发动机的准备方法并代表消防工作，在台式水箱中提供所需的LNG参数，将氧化剂和燃料管线冷却到确保在起动期间泵的可靠运行和发动机稳定和稳定启动的温度。
该发动机的第一次火灾测试是在今年8月22的1997展会上进行的，该展会今天被称为火箭和航天工业科学与测试中心（SIC RCP）。 在Khimmash设计局的实践中，这些测试是使用LNG作为全尺寸闭路发动机燃料的第一次经验。
测试的任务是通过减少参数和简化发动机运行条件来获得成功的结果。
使用推力调节器和使用1 KVD算法的燃料组件成本比率来控制模式输出和模式操作，同时考虑到控制通道的相互影响。
第一台防火测试发动机闭路的程序完全实现。 发动机已经工作了指定的时间，没有对材料部件的状况发表评论。
测试结果证实了在聚集体中使用LNG氧 - 氢发动机作为燃料的基本可能性。
很多气体 - 没有可乐
继续进行进一步的测试，以便更彻底地研究与LNG的使用相关的过程，在更广泛的使用条件下测试发动机单元的操作，并优化设计方案。
两个KVD 1997发动机的五次火灾测试，适用于液晶+液化天然气燃料，从2005到1秒，液化天然气中甲烷含量从17到60％，从89,3传递到99,5。
通常，这些测试的结果允许使用“LCD + LNG”燃料确定发动机及其装置的基本原理，并进入2006的下一阶段研究，涉及С5.86发动机的开发，制造和测试。 燃烧室，气体发生器，涡轮泵组件和后者的调节机构在结构上和参数上特别地制造用于“LC + LNG”燃料的操作。
通过2009，对LNG 5.86和68百分比中的甲烷含量进行了两次持续时间为60和97,9秒的С97,7发动机的耐火试验。
火箭发动机的启动和关闭，稳态推进模式的运行和燃料成分的比例（根据控制动作）获得了积极的结果。 但是由于液化天然气罐的工作台数量有限（最大活化时间为68秒），因此无法执行主要任务之一 - 实验验证腔室（焦炭）冷却路径中没有固相积聚以及气体路径（烟灰）含有足够长的夹杂物。 ）。 因此，在2010中，决定改进测试台，进行持续时间至少为1000秒的火灾测试。
作为一个新工作场所，SEC RCP支架用于测试氧气 - 氢气LPRE，其具有相应体积的容量。 在准备测试时考虑了在七次火灾测试中先前获得的重要经验。 在6月至9月期间，2010对液氢的台架系统进行了精炼，用于LNG，С5.86发动机编号为2安装在支架上，对测量系统进行全面检查，控制，紧急保护，控制燃料消耗率和燃烧室压力。
在加油LNG（包括换热器，过滤器，截止阀，测量仪器）的帮助下，从油罐运输罐（容积 - 56,4м3加油16）进行带燃料的台式集装箱的加油。 在完成罐的填充之后，用于将燃料组分供应到发动机的工作台线被冷却并填充。
发动机启动并正常工作。 模式改变根据控制系统的效果发生。 随着1100秒，气体产生气体温度不断增加，因此决定停止发动机。 关闭发生在1160的命令，没有评论。 温度升高的原因是在燃烧室的冷却室的排气歧管的测试期间发生的泄漏 - 安装在歧管上的堵塞的技术配件的焊缝中的裂缝。
对火灾测试结果的分析可以得出结论：
- 在运行过程中，发动机参数在燃料组件成本比（2,42至1 - 3,03至1）和推力（6311 - 7340 kgf）的各种组合模式下保持稳定;
- 确认气路中没有固相形成，发动机液路中没有焦炭沉积物;
- 获得必要的实验数据，以阐明当使用LNG作为冷却器时计算燃烧室冷却的方法;
- 研究了燃烧室冷却路径出口到稳态热状态的动力学;
- 考虑到液化天然气的特性，确认技术解决方案的正确性，以确保发射，控制，调节等事项;
由С5.86开发的7,5可以（单独或组合）用作有前途的助推器和运载火箭上级的巡航引擎;
- 火灾测试的正面结果证实了在燃料“LCD + LNG”上制造发动机的进一步实验的可行性。
在2011的下一次火灾测试中，发动机开启了两次。 在第一次关机之前，发动机工作了162秒。 在第二次启动时，为了确认气体路径中没有固相的形成和液体路径中的焦炭沉积物，通过单次接通 - 2007秒实现了该尺寸的发动机操作的记录持续时间，并且确认了节流潜力。 燃料组件的开发终止了测试。 此引擎实例的总运行时间为3389秒（四次启动）。 执行的故障检测证实在发动机路径中没有固体和焦炭形成。
使用С5.86No。2进行的理论和实验工作的复杂性证实：
- 通过再生发电机气体的后燃烧在“LCD + LNG”组件的燃料对上创建所需尺寸的发动机的基本可能性，确保维持稳定的性能并且在气体路径中实际没有固相并且在发动机的液体路径中存在焦炭沉积物;
- 多次启动和停止发动机的可能性;
- 发动机连续运转的可能性;
- 采用技术决策的正确性，以确保多次启动，控制，监管，同时考虑到液化天然气的特点和应急保护;
- SEC RCP的能力进行长期测试。
与SIC RCP一起开发了大量LNG的运输，加油和恒温技术，开发了实际适用于加油飞行产品的技术方案。
液化天然气 - 可重复使用航班的方式
由于资金有限，C5.86发动机演示器编号2的组件和组件未得到优化，因此任务数量未完全解决，包括：
改进LNG作为冷却器的热物理性质;
获取额外数据以验证水模拟和LNG工作中主要单元特征的收敛;
实验验证天然气成分对主要骨料特性的影响，包括燃烧室和气体发生器的冷却路径;
在单个和多个夹杂物的操作模式和基本参数的更广泛变化中确定LRE的特征;
启动时优化动态流程。
为了解决这些问题，Khimmash设计局制造了升级的С5.86А发动机编号2А，其涡轮泵单元首次配备了起动涡轮机，并通过主涡轮机和燃油泵进行了升级。 燃烧室的冷却路径已经升级，燃油比的节流阀针已经重新设计。
发动机的耐火试验是在今年9月13的2013上进行的（LNG中的甲烷含量 - 94,6％）。 测试程序涉及三个包含，总持续时间为1500秒（1300 + 100 + 100）。 发动机启动并正常运行，然而，在532秒，紧急保护系统形成紧急停机命令。 事故的原因是外来金属颗粒进入氧化剂泵的流动部分。
尽管发生了意外，С5.86А№XNUMHA工作了很长时间。 这是第一次发动引擎用作火箭级的一部分，根据实施的方案，使用机载可再填充的蓄压器需要多次启动。 根据先前实施的负载和燃料组件成本的最大比率，针对给定模式获得稳定的操作模式。 确定用于强制推力和增加燃料组分的成本比的可能储备。
现在，Khimmash设计局正在完成新的C5.86实例的生产，以便在操作时间和夹杂物数量方面测试最大可能的资源。 它应该成为“液晶+液化天然气”燃料的真正发动机的原型，这将为运载火箭的上级提供新的质量，并为可重复使用的运输系统注入活力。 在他们的帮助下，空间不仅可供研究人员和发明人使用，而且可能仅适用于旅行者。
处于十字路口的火箭和太空世界：全球趋势要求降低成本并提高空间服务的环境安全性。 设计人员必须在环保燃料上发明新的液体推进剂火箭发动机（LRE），用廉价的液化天然气（LNG）代替昂贵的，能量密集的液态氢，甲烷含量为90 - 98％。 这种燃料与液态氧配合使您可以创造新的高性能和低成本发动机，最大限度地利用现有的设计，材料，技术和生产储备元素。
LNG没有毒性;当它在氧气中燃烧时，会形成水蒸气和二氧化碳。 与火箭技术中广泛使用的煤油不同，LNG海峡很快就会蒸发而不会损害环境。
第一次测试
天然气与空气的点火温度和其爆炸浓度的下限高于氢气和煤油蒸汽的点火温度，因此，在低浓度区域，与其他烃类燃料相比，它的爆炸性较小。
一般而言，LNG作为火箭燃料的运行不需要任何先前未应用的防火和防爆措施。
LNG密度比液态氢高六倍，但比煤油低两倍。 与煤油罐相比，较低的密度导致LNG罐的尺寸相应增加。 然而，考虑到氧化剂和燃料的成本比率较高（液态氧（LN）+ LNG燃料约为3,5至1，LCD和煤油燃料约为2,7至1），燃料总量LCD + LNG仅增加20上的百分比。 考虑到材料的低温硬化的影响，以及结合罐底部的可能性LCD和LNG的燃料箱重量将相对较小。
最后，液化天然气的生产和运输早已掌握。
化学工程工程设计局（Khimmash设计局）以莫斯科附近的Korolyov的A. Isaev命名，开始在1994开发“LCD + LNG”燃料时开展工作（因为资金非常稀缺而延伸多年） - 设计研究并决定使用现有氧 - 氢1 7,5 tf发动机的原理图设计基础创建新发动机，该发动机成功运行作为印度GSLV MkI运载火箭上层（低温上层）12KRB的一部分（Geos） ynchronous卫星运载火箭）。
在1996中，液晶显示器上的气体发生器和作为燃料成分的天然气的自动火灾测试主要用于检查启动和稳定运行模式 - 13夹杂物确认了气体发生器的性能，并给出了用于开启和关闭的再生气体发生器的开发结果方案。
在1997的8月至9月，在KB Himmash进行了KVD 1发动机转向块（也使用天然气代替氢气）的化学测试，其中腔室在两个平面内以±39,5度的角度偏转（推力 - 200 kgf，压力在室内 - 40 kg / cm2），启动和停止配件，烟火点火系统和电动驱动 - 一个常规转向装置KVD1通过六次启动，总运行时间超过450秒，腔室压力在42 - 36范围kg / cm2。 测试结果证实了使用天然气作为冷却器创建小型腔室的可能性。
今年8月，Khimmash设计局在今年的1997开始对LCD + LNG燃料上的7,5车辆质量的全尺寸闭合回路发动机进行试验。 制造的基础是改进的闭路KVD1发动机，其具有还原气体产生气体的后燃烧并且用燃料冷却腔室。
修改了标准氧化剂泵KVD1：增加泵叶轮的直径以提供氧化剂和燃料泵压力的必要比率。 还进行了发动机管路液压设置的调整，以确保计算出的部件比例。
使用先前通过“LCD +液氢”燃料的防火测试系列的原型发动机确保了研究成本的最大降低。
冷试验允许制定发动机的准备方法并代表消防工作，在台式水箱中提供所需的LNG参数，将氧化剂和燃料管线冷却到确保在起动期间泵的可靠运行和发动机稳定和稳定启动的温度。
该发动机的第一次火灾测试是在今年8月22的1997展会上进行的，该展会今天被称为火箭和航天工业科学与测试中心（SIC RCP）。 在Khimmash设计局的实践中，这些测试是使用LNG作为全尺寸闭路发动机燃料的第一次经验。
测试的任务是通过减少参数和简化发动机运行条件来获得成功的结果。
使用推力调节器和使用1 KVD算法的燃料组件成本比率来控制模式输出和模式操作，同时考虑到控制通道的相互影响。
第一台防火测试发动机闭路的程序完全实现。 发动机已经工作了指定的时间，没有对材料部件的状况发表评论。
测试结果证实了在聚集体中使用LNG氧 - 氢发动机作为燃料的基本可能性。
很多气体 - 没有可乐
继续进行进一步的测试，以便更彻底地研究与LNG的使用相关的过程，在更广泛的使用条件下测试发动机单元的操作，并优化设计方案。
两个KVD 1997发动机的五次火灾测试，适用于液晶+液化天然气燃料，从2005到1秒，液化天然气中甲烷含量从17到60％，从89,3传递到99,5。
通常，这些测试的结果允许使用“LCD + LNG”燃料确定发动机及其装置的基本原理，并进入2006的下一阶段研究，涉及С5.86发动机的开发，制造和测试。 燃烧室，气体发生器，涡轮泵组件和后者的调节机构在结构上和参数上特别地制造用于“LC + LNG”燃料的操作。
通过2009，对LNG 5.86和68百分比中的甲烷含量进行了两次持续时间为60和97,9秒的С97,7发动机的耐火试验。
火箭发动机的启动和关闭，稳态推进模式的运行和燃料成分的比例（根据控制动作）获得了积极的结果。 但是由于液化天然气罐的工作台数量有限（最大活化时间为68秒），因此无法执行主要任务之一 - 实验验证腔室（焦炭）冷却路径中没有固相积聚以及气体路径（烟灰）含有足够长的夹杂物。 ）。 因此，在2010中，决定改进测试台，进行持续时间至少为1000秒的火灾测试。
作为一个新工作场所，SEC RCP支架用于测试氧气 - 氢气LPRE，其具有相应体积的容量。 在准备测试时考虑了在七次火灾测试中先前获得的重要经验。 在6月至9月期间，2010对液氢的台架系统进行了精炼，用于LNG，С5.86发动机编号为2安装在支架上，对测量系统进行全面检查，控制，紧急保护，控制燃料消耗率和燃烧室压力。
在加油LNG（包括换热器，过滤器，截止阀，测量仪器）的帮助下，从油罐运输罐（容积 - 56,4м3加油16）进行带燃料的台式集装箱的加油。 在完成罐的填充之后，用于将燃料组分供应到发动机的工作台线被冷却并填充。
发动机启动并正常工作。 模式改变根据控制系统的效果发生。 随着1100秒，气体产生气体温度不断增加，因此决定停止发动机。 关闭发生在1160的命令，没有评论。 温度升高的原因是在燃烧室的冷却室的排气歧管的测试期间发生的泄漏 - 安装在歧管上的堵塞的技术配件的焊缝中的裂缝。
对火灾测试结果的分析可以得出结论：
- 在运行过程中，发动机参数在燃料组件成本比（2,42至1 - 3,03至1）和推力（6311 - 7340 kgf）的各种组合模式下保持稳定;
- 确认气路中没有固相形成，发动机液路中没有焦炭沉积物;
- 获得必要的实验数据，以阐明当使用LNG作为冷却器时计算燃烧室冷却的方法;
- 研究了燃烧室冷却路径出口到稳态热状态的动力学;
- 考虑到液化天然气的特性，确认技术解决方案的正确性，以确保发射，控制，调节等事项;
由С5.86开发的7,5可以（单独或组合）用作有前途的助推器和运载火箭上级的巡航引擎;
- 火灾测试的正面结果证实了在燃料“LCD + LNG”上制造发动机的进一步实验的可行性。
在2011的下一次火灾测试中，发动机开启了两次。 在第一次关机之前，发动机工作了162秒。 在第二次启动时，为了确认气体路径中没有固相的形成和液体路径中的焦炭沉积物，通过单次接通 - 2007秒实现了该尺寸的发动机操作的记录持续时间，并且确认了节流潜力。 燃料组件的开发终止了测试。 此引擎实例的总运行时间为3389秒（四次启动）。 执行的故障检测证实在发动机路径中没有固体和焦炭形成。
使用С5.86No。2进行的理论和实验工作的复杂性证实：
- 通过再生发电机气体的后燃烧在“LCD + LNG”组件的燃料对上创建所需尺寸的发动机的基本可能性，确保维持稳定的性能并且在气体路径中实际没有固相并且在发动机的液体路径中存在焦炭沉积物;
- 多次启动和停止发动机的可能性;
- 发动机连续运转的可能性;
- 采用技术决策的正确性，以确保多次启动，控制，监管，同时考虑到液化天然气的特点和应急保护;
- SEC RCP的能力进行长期测试。
与SIC RCP一起开发了大量LNG的运输，加油和恒温技术，开发了实际适用于加油飞行产品的技术方案。
液化天然气 - 可重复使用航班的方式
由于资金有限，C5.86发动机演示器编号2的组件和组件未得到优化，因此任务数量未完全解决，包括：
改进LNG作为冷却器的热物理性质;
获取额外数据以验证水模拟和LNG工作中主要单元特征的收敛;
实验验证天然气成分对主要骨料特性的影响，包括燃烧室和气体发生器的冷却路径;
在单个和多个夹杂物的操作模式和基本参数的更广泛变化中确定LRE的特征;
启动时优化动态流程。
为了解决这些问题，Khimmash设计局制造了升级的С5.86А发动机编号2А，其涡轮泵单元首次配备了起动涡轮机，并通过主涡轮机和燃油泵进行了升级。 燃烧室的冷却路径已经升级，燃油比的节流阀针已经重新设计。
发动机的耐火试验是在今年9月13的2013上进行的（LNG中的甲烷含量 - 94,6％）。 测试程序涉及三个包含，总持续时间为1500秒（1300 + 100 + 100）。 发动机启动并正常运行，然而，在532秒，紧急保护系统形成紧急停机命令。 事故的原因是外来金属颗粒进入氧化剂泵的流动部分。
尽管发生了意外，С5.86А№XNUMHA工作了很长时间。 这是第一次发动引擎用作火箭级的一部分，根据实施的方案，使用机载可再填充的蓄压器需要多次启动。 根据先前实施的负载和燃料组件成本的最大比率，针对给定模式获得稳定的操作模式。 确定用于强制推力和增加燃料组分的成本比的可能储备。
现在，Khimmash设计局正在完成新的C5.86实例的生产，以便在操作时间和夹杂物数量方面测试最大可能的资源。 它应该成为“液晶+液化天然气”燃料的真正发动机的原型，这将为运载火箭的上级提供新的质量，并为可重复使用的运输系统注入活力。 在他们的帮助下，空间不仅可供研究人员和发明人使用，而且可能仅适用于旅行者。
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