Increasing the specific impulse of liquid oxygen + kerosene rocket engines by introducing hydrogen into the combustion chamber

Abstract

Проведенные в МГТУ им. Н.Э. Баумана исследования направлены на выявление возможности увеличения удельного импульса жидкостных ракетных двигателей, использующих топливо кислород + керосин. Рассмотрены теоретические исследования по увеличению удельного импульса двигателей первой ступени методом добавления водорода в топливо и непосредственно в камеру сгорания. Проведен термодинамический анализ, согласно которому установлена зависимость увеличения удельного импульса от массы добавленного водорода. Следовательно, появляется возможность использования одного и того же двигателя для первой и второй ступеней ракеты-носителя, что значительно упрощает и удешевляет применение всей ракетной системы.Ключевые слова: топливо, водород, кислород, керосин, удельный импульс, ракетный двигатель, пневмогидравлическая схема Введение. Предназначенные для исследования космоса современные ракеты-носители представляют собой системы, собранные из отдельных блоков (ступеней) по схеме «тандем» или «пакет», с жидкостными ракетными двигателями (ЖРД), работающими на химическом топливе [1-3]. Таковы, например, созданные в СССР ракеты Р-7 и УР-500. В настоящее время используются их модификации «Союз-2» и «Протон».Перечислим требования, предъявляемые к ЖРД: 1) высокий удельный импульс на Земле -I З и в пустоте -I уд.п; 2) высокая плотность используемых компонентов, которая обусловливает объем топливного бака, а значит, размеры и массу ракетыносителя;3) обеспечение экологической безопасности для окружающей среды при старте с поверхности Земли, когда продукты сгорания, выходящие из сопла ЖРД, попадают в атмосферу.Наиболее используемыми видами топлива в настоящее время являются кислород + керосин и кислород + водород (табл. 1). Удельный импульс ЖРД, работающих на топливе кислород + водород, примерно на 30 % выше, чем на топливе кислород + керосин. Вслед-