Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

RL10 является жидким топливом криогенного ракетный двигателя построен в Соединенных Штатах с Аэроджетом Rocketdyne , который сжигает криогенный жидкий водород и жидкий кислород ракетного топливо. Современные версии производить до 110 кН (24729 фунтов ф ) от тяги на двигателе в вакууме. Три версии RL10 находятся в производстве для Centaur верхней ступени на Atlas V и DCSS от Delta IV . Еще три версии находятся в разработке для разведочного разгонного блока системы космического запуска., разгонный блок ракеты OmegA и Centaur V ракеты Vulcan . [2]

Цикл детандера, который использует двигатель, приводит в действие турбонасос с отходящим теплом, поглощаемым камерой сгорания, горловиной и соплом двигателя. В сочетании с водородным топливом это приводит к очень высоким удельным импульсам ( I sp ) в диапазоне от 373 до 470 с (3,66–4,61 км / с) в вакууме. Масса колеблется от 131 до 317 кг (289–699 фунтов) в зависимости от версии двигателя. [3] [4]

История [ править ]

RL10 был первым ракетным двигателем на жидком водороде, который был построен в Соединенных Штатах. Двигатель был разработан Центром космических полетов им. Маршалла и компанией Pratt & Whitney в 1950-х годах. Первоначально RL10 разрабатывался как двигатель с дроссельной заслонкой для лунного посадочного модуля USAF Lunex, и , наконец, двадцать лет спустя эта возможность была использована в аппарате DC-X VTOL. [5]

RL10 был впервые испытан на земле в 1959 году в Центре исследований и разработок Флориды Pratt & Whitney в Уэст-Палм-Бич, штат Флорида . [6] [7] Первый успешный полет состоялся 27 ноября 1963 года [8] [9] Для этого запуска, два RL10A-3 двигателей , работающих на Centaur верхней ступени с Атлас ракеты - носителя. Запуск был использован для проведения испытаний на работоспособность и структурную целостность транспортного средства с использованием технических средств. [10]

Было запущено несколько версий двигателя. S-IV от Сатурна I используется кластер из шести RL10A-3 - х, а Титан программа включала в себя RL10 на основе Centaur верхних ступеней , а также. [ необходима цитата ]

Четыре модифицированных двигателя RL10A-5 использовались в McDonnell Douglas DC-X . [11]

Дефект в пайке камеры сгорания RL10B-2 был определен как причина отказа при запуске 4 мая 1999 г. Delta III со спутником связи Орион-3 . [12]

Предложение ПРЯМОЙ версии 3.0 заменить Ares I и Ares V семейством ракет с общей ступенью ядра рекомендовало RL10 для второй ступени ракет-носителей J-246 и J-247. [13] До семи RL10 двигателей использовались бы в предлагаемом Jupiter Upper Stage, обслуживая аналогичную роль в космических ракет системы Exploration верхней ступени .

Common Extensible Cryogenic Engine [ править ]

CECE при частичном открытии дроссельной заслонки

В начале 2000-х НАСА заключило контракт с Pratt & Whitney Rocketdyne на разработку демонстратора Common Extensible Cryogenic Engine (CECE). CECE должен был создать двигатели RL10, способные к глубокому дросселированию. [14] В 2007 году его работоспособность (с некоторым «пыхтением») была продемонстрирована при передаточном числе дроссельной заслонки 11: 1. [15] В 2009 году НАСА сообщило об успешном снижении тяги со 104 процентов до восьми процентов, что является рекордом для двигателя такого типа. Пропускание топлива устранялось модификациями инжектора и системы подачи пороха, контролирующих давление, температуру и расход пороха. [16] В 2010 году диапазон регулирования был расширен до соотношения 17,6: 1, дросселирования с 104% до 5,9% мощности. [17]

Возможный преемник начала 2010-х [ править ]

В 2012 году НАСА объединилось с ВВС США (USAF) для изучения силовой установки верхней ступени нового поколения, официально закрепив совместные интересы агентств в новом двигателе верхней ступени, который заменит Aerojet Rocketdyne RL10.

«Нам известна прейскурантная цена на RL10. Если вы посмотрите на стоимость с течением времени, очень большая часть удельной стоимости EELV относится к силовым установкам, а RL10 - очень старый двигатель, и в нем много ремесло, связанное с его производством ... Вот что выяснит это исследование, стоит ли строить замену RL10? "

-  Дейл Томас, младший технический директор Центра космических полетов им. Маршалла [18]

На основе исследования НАСА надеялось найти менее дорогой двигатель класса RL10 для верхней ступени системы космического запуска (SLS). [18] [19]

USAF надеялись заменить двигатели Rocketdyne RL10, используемые на верхних ступенях Lockheed Martin Atlas V и Boeing Delta IV Evolved Expendable Launch Vehicles (EELV), которые являются основными методами вывода правительственных спутников США в космос. [18] Соответствующее исследование требований было проведено в то же время в рамках Программы доступных двигателей верхнего ступени (AUSEP). [19]

Улучшения [ править ]

RL10 эволюционировал с годами. RL10B-2, который использовался на DCSS, имел улучшенные характеристики, выдвижное сопло, электромеханический стабилизатор для уменьшения веса и повышения надежности, а также удельный импульс 464 секунды (4,55 км / с). [ необходима цитата ]

По состоянию на 2016 год Aerojet Rocketdyne работала над включением аддитивного производства в процесс строительства RL10. Компания провела полномасштабные огневые испытания двигателя с печатным главным инжектором в марте 2016 года [20] и двигателя с печатным узлом камеры тяги в апреле 2017 года [21].

Текущие приложения для RL10 [ править ]

  • Atlas V Centaur (ступень ракеты) : версия Centaur с одним двигателем (SEC) использует RL10C-1, [2], в то время как версия с двумя двигателями Centaur (DEC) сохраняет меньший RL10A-4-2. [22]
  • Дельта-криогенная вторая ступень : текущая DCSS имеет RL10C-2-1 с выдвижным соплом. [2] [23] [24]

Двигатели в разработке [ править ]

Три версии двигателя RL10C-X проходят процесс квалификации и будут включать основные компоненты двигателя с использованием 3D-печати, что, как ожидается, сократит время выполнения заказа и снизит стоимость. [2]

  • Разгонный блок SLS Exploration: в апреле 2016 года четыре двигателя RL10 были выбраны для работы на разгонном блоке Exploration (EUS) системы космического запуска Block 1B . [25] В октябре 2016 года НАСА объявило, что EUS будет использовать новую версию RL10C-3, [26] самый большой и мощный из двигателей RL10C-X. [2]
  • Верхняя ступень OmegA: в апреле 2018 года Northrop Grumman Innovation Systems объявила, что на верхней ступени OmegA будут использоваться два двигателя RL10C-5-1 . [27] Blue Origin «S BE-3U и Airbus Safran в Винчи также были рассмотрены до выбора двигателя Аэроджета Рокетдайна в. Разработка OmegA была остановлена ​​после того, как ей не удалось выиграть контракт на запуск космического корабля национальной безопасности. [28]
  • Разгонный блок Vulcan Centaur: 11 мая 2018 года United Launch Alliance (ULA) объявил, что двигатель верхней ступени RL10C-X был выбран для ракеты Vulcan Centaur следующего поколения ULA после конкурентного процесса закупок. [29] Centaur V будет использовать RL10C-1-1. [2]

Продвинутая криогенная развитая стадия [ править ]

В 2009 году была предложена усовершенствованная версия RL10 для питания усовершенствованной криогенной усовершенствованной ступени (ACES), долговременного расширения с низким уровнем кипения существующей технологии ULA Centaur и Delta Cryogenic Second Stage (DCSS) для ракеты-носителя Vulcan. . [30] Долгосрочная технология ACES предназначена для поддержки геостационарных , окололунных и межпланетных миссий. Другое возможное применение - в качестве космических складов топлива на НОО или на L 2.их можно было бы использовать в качестве промежуточных станций для других ракет для остановки и дозаправки на пути к космическим или межпланетным миссиям. Также была предложена очистка от космического мусора . [31]

Таблица версий [ править ]

Частичные спецификации [ править ]

Информация и обзор RL10A
Двигатель RL10 проходит испытания в НАСА

Все версии [ править ]

  • Подрядчик: Pratt & Whitney
  • Топливо: жидкий кислород, жидкий водород.
  • Дизайн: цикл экспандера

RL10A [ править ]

  • Тяга (высота): 15 000 фунтов силы (66,7 кН) [32] 
  • Удельный импульс : 433 секунды (4,25 км / с)
  • Вес двигателя, сухой : 298 фунтов (135 кг)
  • Высота: 68  дюймов (1,73  м)
  • Диаметр: 39  дюймов (0,99  м)
  • Степень расширения сопла: 40 к 1
  • Расход топлива: 35 фунтов / с (16 кг / с)
  • Применение на автомобиле: Saturn I , S-IV 2 - я ступень, 6 двигателей
  • Применение на автомобиле: разгонный блок Centaur , 2 двигателя

RL10B-2 [ править ]

Вторая ступень ракеты Delta IV Medium с двигателем РЛ10Б-2
  • Тяга (высота): 24 750 фунтов силы (110,1 кН) [48]
  • Конструкция: Цикл экспандера [49]
  • Удельный импульс : 465,5 секунды (4,565 км / с) [48]
  • Вес двигателя, сухой: 664 фунта (301,2 кг) [48]
  • Высота: 163,5 дюйма  (4,14  м) [48]
  • Диаметр: 84,5 дюйма  (2,21  м) [48]
  • Коэффициент расширения: 280 к 1
  • Соотношение в смеси: 5,88 к 1 массовому соотношению кислород: водород [48]
  • Топливо: жидкий кислород , жидкий водород [48]
  • Расход топлива: топливо, 7,72 фунт / с (3,5 кг / с); Окислитель 45,42 фунта / с (20,6 кг / с) [48]
  • Применение на автомобиле: Delta III , Delta IV вторая ступень (1 двигатель)

Двигатели на дисплее [ править ]

  • RL10A-1 выставлен в Музее авиации Новой Англии , Виндзор Локс, Коннектикут [50]
  • RL10 выставлен в Музее науки и промышленности , Чикаго , Иллинойс [51]
  • RL10 выставлен в Космическом и ракетном центре США , Хантсвилл, Алабама [51]
  • RL10 выставлен в Южном университете , Батон-Руж, Луизиана [52]
  • Два двигателя RL10 выставлены на Космической аллее славы США , Титусвилл, Флорида [53]
  • RL10 демонстрируется на факультете аэрокосмической техники в Дэвис-холле Обернского университета . [ необходима цитата ]
  • RL10A-4 выставлен в Музее науки в Лондоне, Великобритания.
  • RL10 выставлен в Музее жизни и науки в Дареме, Северная Каролина.
  • RL10 выставлен в Музее авиации и космонавтики Сан-Диего в Сан-Диего , Калифорния.

См. Также [ править ]

  • Движение космического корабля
  • RL60
  • РД-0146
  • Двигатель с форсунками из алюминиевого сплава XCOR / ULA , разработка в 2011 г.

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Уэйд, Марк (17 ноября 2011 г.). «РЛ-10Б-2» . Энциклопедия Astronautica . Архивировано из оригинала на 4 февраля 2012 года . Проверено 27 февраля 2012 года .
  2. ^ a b c d e f g h i "Силовая установка Aerojet Rocketdyne RL10" (PDF) . Aerojet Rocketdyne . Март 2019.
  3. ^ "RL-10C" . www.astronautix.com . Проверено 6 апреля 2020 года .
  4. ^ "RL-10A-1" . www.astronautix.com . Проверено 6 апреля 2020 года .
  5. ^ Уэйд, Марк. "Энциклопедия астронавтики - страница проекта Lunex" . Энциклопедия Astronautica . Архивировано из оригинального 31 августа 2006 года.
  6. ^ Коннорс, стр 319
  7. ^ "Кентавр" . Космические страницы Гюнтера.
  8. ^ Саттон, Джордж (2005). История жидкостных ракетных двигателей . Американский институт аэронавтики и астронавтики. ISBN 1-56347-649-5.
  9. ^ "Известный ракетный двигатель празднует 40 лет полета" . Пратт и Уитни. 24 ноября 2003 года Архивировано из оригинального 14 июня 2011 года.
  10. ^ "Атлас Кентавр 2" . Национальный центр данных по космической науке . НАСА.
  11. ^ Уэйд, Марк. «DCX» . Энциклопедия Astronautica . Архивировано из оригинального 28 декабря 2012 года . Проверено 4 января 2013 года .
  12. ^ "Отчет о расследовании Delta 269 (Delta III)" (PDF) . Боинг . 16 августа 2000 г. MDC 99H0047A. Архивировано из оригинального (PDF) 16 июня 2001 года.
  13. ^ "Ракета-носитель Юпитер - Сводки технических характеристик" . Архивировано из оригинала 8 июня 2009 года . Проверено 18 июля 2009 года .
  14. ^ "Common Extensible Cryogenic Engine (CECE)" . United Technologies Corporation. Архивировано из оригинала на 4 марта 2012 года.
  15. ^ "Дросселирование обратно на Луну" . НАСА. 16 июля, 2007. Архивировано из оригинального 2 -го апреля 2010 года.
  16. ^ "НАСА испытывает технологию двигателя для посадки астронавтов на Луну" . НАСА. 14 января 2009 г.
  17. Джулиано, Виктор (25 июля 2010 г.). "CECE: Расширение диапазона технологии глубокого дросселирования в ракетных двигателях на жидком кислороде / жидком водороде для исследовательских миссий НАСА" (PDF) . Сервер технических отчетов НАСА .
  18. ^ a b c Розберг, Зак (12 апреля 2012 г.). «НАСА и ВВС США изучают совместный ракетный двигатель» . Flight Global . Проверено 1 июня 2012 года .
  19. ^ a b Ньютон, Кимберли (12 апреля 2012 г.). «НАСА сотрудничает с ВВС США для изучения общих проблем ракетных двигателей» . НАСА.
  20. ^ «Aerojet Rocketdyne успешно тестирует сложный инжектор с трехмерной печатью в самом надежном в мире ракетном двигателе верхней ступени» (пресс-релиз). Aerojet Rocketdyne. 7 марта 2016 . Проверено 20 апреля 2017 года .
  21. ^ «Аэроджет Рокетдайн Достигает 3-D печать Milestone с успешным тестированием Full-Scale RL10 Copper тяговой камеры в сборе» (пресс - релизе). Aerojet Rocketdyne. 3 апреля 2017 . Проверено 11 апреля 2017 года .
  22. ^ a b Уэйд, Марк (17 ноября 2011 г.). «РЛ-10А-1» . Энциклопедия Astronautica . Архивировано из оригинального 15 ноября 2011 года . Проверено 27 февраля 2012 года .
  23. ^ "Ракета-носитель ULA Vulcan (как было объявлено / построено) - Тема 3 для общего обсуждения" . forum.nasaspaceflight.com . Проверено 6 июня 2020 года .
  24. ^ "Таблица данных Delta IV" . www.spacelaunchreport.com . Проверено 6 июня 2020 года .
  25. Рианна Бергин, Крис (7 апреля 2016 г.). «MSFC предлагает Aerojet Rocketdyne поставлять двигатели EUS» . NASASpaceFlight.com . Проверено 8 апреля 2016 года .
  26. ^ "Проверенные двигатели большой, мощный удар в космосе для ракеты SLS НАСА" . НАСА. 21 октября 2016 . Проверено 22 ноября 2017 года .
  27. ^ "RL-10 выбран для ракеты OmegA" . Aerojet Rocketdyne. 16 апреля 2018 . Проверено 14 мая 2018 года .
  28. ^ a b "Northrop Grumman прекращает ракетную программу OmegA" . SpaceNews . 9 сентября 2020 . Проверено 23 ноября 2020 года .
  29. ^ "United Launch Alliance выбирает двигатель RL10 Aerojet Rocketdyne" . ULA. 11 мая 2018 . Проверено 13 мая 2018 года .
  30. ^ Куттер, Бернард Ф .; Зеглер, Франк; Барр, Джон; Навальный, Тим; Питчфорд, Брайан (2009). «Надежное исследование Луны с использованием эффективного лунного посадочного модуля, полученного на основе существующих верхних ступеней» (PDF) . AIAA .
  31. ^ Zegler, Франк; Бернард Куттер (2 сентября 2010 г.). «Переход к архитектуре космического транспорта на базе депо» (PDF) . Конференция и выставка AIAA SPACE 2010 . AIAA. Архивировано из оригинального (PDF) 20 октября 2011 года . Проверено 25 января 2011 года . Разработка концепции дизайна ACES ведется в ULA уже много лет. Он использует конструктивные особенности верхних ступеней как Centaur, так и Delta Cryogenic Second Stage (DCSS) и намеревается дополнить и, возможно, заменить эти ступени в будущем. ...
  32. ^ a b Бильштейн, Роджер Э. (1996). «Нетрадиционная криогеника: РЛ-10 и Ж-2». Этапы к Сатурну; Технологическая история ракет-носителей "Аполлон / Сатурн" . Вашингтон, округ Колумбия: Управление истории НАСА . Проверено 2 декабря 2011 года .
  33. ^ "Атлас Кентавр" . Космическая страница Гюнтера . Проверено 29 февраля 2012 года .
  34. Уэйд, Марк (17 ноября 2011 г.). «РЛ-10А-3» . Энциклопедия Astronautica . Архивировано из оригинала на 6 декабря 2011 года . Проверено 27 февраля 2012 года .
  35. Уэйд, Марк (17 ноября 2011 г.). «РЛ-10А-4» . Энциклопедия Astronautica . Архивировано из оригинального 15 ноября 2011 года . Проверено 27 февраля 2012 года .
  36. Уэйд, Марк (17 ноября 2011 г.). «РЛ-10А-5» . Энциклопедия Astronautica . Архивировано из оригинального 15 ноября 2011 года . Проверено 27 февраля 2012 года .
  37. ^ «Руководство пользователя служб запуска Delta IV, июнь 2013 г.» (PDF) . Запуск ULA . Проверено 15 марта 2018 года .
  38. Уэйд, Марк (17 ноября 2011 г.). «РЛ-10А-4-1» . Энциклопедия Astronautica . Архивировано из оригинала на 17 ноября 2011 года . Проверено 27 февраля 2012 года .
  39. Уэйд, Марк (17 ноября 2011 г.). «РЛ-10А-4-2» . Энциклопедия Astronautica . Архивировано из оригинала на 30 января 2012 года . Проверено 27 февраля 2012 года .
  40. ^ a b "Двигатель RL10" . Aerojet Rocketdyne.
  41. Уэйд, Марк (17 ноября 2011 г.). «РЛ-10Б-Х» . Энциклопедия Astronautica . Архивировано из оригинального 15 ноября 2011 года . Проверено 27 февраля 2012 года .
  42. ^ "Расширяемый криогенный двигатель Commons" . Пратт и Уитни Рокетдайн. Архивировано из оригинала на 4 марта 2012 года . Проверено 28 февраля 2012 года .
  43. ^ "Общий расширяемый криогенный двигатель - Aerojet Rocketdyne" . www.rocket.com . Проверено 8 апреля 2018 года .
  44. ^ "Криогенная двигательная установка" (PDF) . НАСА . Проверено 11 октября 2014 года .
  45. ^ "Атлас-V с Кентавром на базе RL10C" . forum.nasaspaceflight.com . Проверено 8 апреля 2018 года .
  46. ^ "Эволюция криогенного ракетного двигателя Pratt & Whitney RL-10" . Архивировано из оригинала 3 марта 2016 года . Проверено 20 февраля, 2016 .
  47. ^ "Двигатель RL10 | Aerojet Rocketdyne" . www.rocket.com . Проверено 19 июня 2020 года .
  48. ^ a b c d e f g h "RL10B-2" (PDF) . Пратт и Уитни Рокетдайн . 2009. Архивировано из оригинального (PDF) 26 марта 2012 года . Проверено 29 января 2012 года .
  49. ^ Саттон, AM; Пири, SD; Миник, AB (январь 1998 г.). «Демонстрация двигателя с расширительным циклом 50K» . Материалы конференции AIP . 420 : 1062–1065. DOI : 10.1063 / 1.54719 .
  50. ^ "Ракетный двигатель Pratt & Whitney RL10A-1" . Музей авиации Новой Англии . Проверено 26 апреля 2014 года .
  51. ^ а б «Фотографии ракетных двигателей» . Исторический космический корабль . Проверено 26 апреля 2014 года .
  52. ^ Колагуори, Нэнси; Киддер, Брайан (3 ноября 2006 г.). «Пратт и Уитни Рокетдайн пожертвовал модель легендарного ракетного двигателя Rl10 Южному университету» (пресс-релиз). Пратт и Уитни Рокетдайн. PR Newswire . Проверено 26 апреля 2014 года .
  53. ^ "Американский космический музей и Космическая аллея славы" . www.facebook.com . Проверено 8 апреля 2018 года .

Библиография [ править ]

  • Коннорс, Джек (2010). Двигатели Pratt & Whitney: техническая история . Отдыхай. Вирджиния: Американский институт аэронавтики и астронавтики . ISBN 978-1-60086-711-8.

Внешние ссылки [ править ]

  • RL10B-2 в Astronautix
  • Статья "Spaceflight Now"
  • Статья "Spaceflight Now"