南乌拉尔国立大学科学家为一种具有独特控制机制的运载火箭推进系统验证机申请专利

自2021年以来,南乌拉尔国立大学的科学家在马基耶夫国家研究中心(JSC Makeyev State Research Center)的专家支持下,一直在为俄罗斯首枚单级可重复使用垂直起降运载火箭(VTOL)研发推进系统验证机。近期,研究人员为配备多室推进系统(带有异形中心体)的着陆器验证机开发了一种独特的方向控制机制。该机制不仅简化了发动机设计,使其重量减轻了3%,而且还节省了燃料。

发动机推力由喷射气流产生——其速度、压力和力决定了火箭飞行过程中的轴向方向。要使火箭旋转,必须改变推力矢量相对于其纵轴的方向。

传统上,这是通过使用额外安装的重型控制面或万向节来偏转火箭发动机燃烧室来实现的。

车里雅宾斯克的研发人员通过取消机械控制装置,成功将发动机重量减轻了3%;每一个百分点的减轻都对发动机的航程和有效载荷重量产生积极影响。多个燃烧室围绕着一个异形中心体(内衬有用于排出燃烧气体的特殊沟槽)的外围布置。

“这种方法可以产生单一的燃烧产物流,从而可以在不同的控制平面上增加或减少各个燃烧室的推力,”飞机推进与动力装置研究实验室的设计工程师阿列克谢·舒尔茨解释道。“如果一个燃烧室的推力减小,相对燃烧室的推力会自动增加。这种相对于纵轴的推力差会为发动机的质心(进而为运载火箭)提供一个偏转力矩——使其朝所需方向旋转。重要的是,既可以控制单个燃烧室,也可以控制燃烧室组。”

为了调节各个燃烧室的推力,研发人员改变了“氧气-酒精”燃料对中酒精的流量。

在演示实验中,电子燃料流量控制器根据控制系统的指令,增加或减少酒精流量,从而为各个燃烧室模块产生合适的推力值。研究人员指出,这种方法可使燃料组件的使用寿命延长高达 5%。该项目由乌拉尔跨区域科学教育中心 (UISC) 负责开发。

叶卡捷琳娜·博尔尼赫
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