Ракетные двигатели

Изготовлена и испытана аппаратура для измерения содержания К-фазы, разработано и отлажено программное обеспечение аппаратуры. Разработан перечень диагностических признаков аварийного состояния ЖРД.

Проведены тепловакуумные испытания модуля солнечной батареи (СБ) с линейными концентраторами в виде линз Френеля в вакуумной камере СТВИ. Модуль СБ изготовлен в ФТИ им. Иоффе и предназначен для преобразования солнечной лучистой энергии в электрическую энергию.

Для холодильника-излучателя ТЭМ на установке УПСА-100 выращены алмазные пленки толщиной 200 и 500 мкм; алмазная структура подтверждена на рентгеновском фотоэлектронном спектрометре. Определен коэффициент теплопроводности 1600 Вт/м*К.

Успешно завершен этап ресурсных испытаний блока коррекции (БК) на базе КМ-60 по подтверждению номинального суммарного импульса тяги 380 кНс, тяги 42 мН + 10% и среднего удельного импульса (минимальное значение – 1850 с). Испытания продолжаются с целью подтверждения полуторакратного запаса по суммарному импульсу тяги и достижения числа циклов 8250 включений. По состоянию на 22.12.2011 г. наработка составила 3080 часов, количество включений – 5094, удельный импульс тяги 1860 с. Испытания проводятся в круглосуточном режиме с 01 июля 2011 г.

Разработан и изготовлен опытный образец ионного двигателя ИД-300В мощностью 10 кВт с удельным импульсом тяги до 7000 с.

Разработаны новые технологии изготовления и применения сопел и сопловых насадков из неметаллических композиционных материалов (КМ). По результатам огневых испытаний опытных образцов сопел из КМ в составе модельных ЖРД и натурного камеры двигателя подтверждена работоспособность сопел при температурах до 1700-1800 К и разработан ряд новых технических решений по их применению.

Разработаны технологии изготовления шар-баллонов и баков высокого давления из КМ, с использованием которых изготовлен типоряд опытных образцов объемом 7, 30, 50 и 380 литров. Экспериментально подтверждены технические характеристики, в том числе возможность создания шар-баллонов, работающих при многоциклических нагрузках (5000 циклов) и рабочем давлении до 450 атм., и топливных баков для длительного хранения криогенных компонентов топлив при температурах до 70К и сверхкритических давлений до 200 атм.

Разработан детальный облик и определены технические характеристики ключевых составляющих транспортно-энергетического модуля с ядерным реактором – системы преобразования энергии, системы сброса тепла на основе капельного холодильника-излучателя, электроракетной двигательной установки.

Завершено проектирование, изготовление, монтаж и пусконаладочные испытания теплового имитатора ядерного реактора мощностью до 1 МВт и рабочей температурой до 1500 К.

Выполнена разработка конструкции литий-ионной аккумуляторной батареи ( ЛИАБ) емкостью 50А*ч, уд. энергией 120Вт-ч/кг, кол. циклов более 40000 (25% разряд), корпус – углепластик.

Проведены испытания разработанной в Центре Келдыша системы лазерного зажигания ЖРД.

Разработаны и внедрены эффективные мероприятия по устранению пролизов и прогаров камер сгорания двигателей 14Д23, РД0124А при работе с высокоэффективной смесительной головкой в течение гарантийного ресурса (три летных сверх КТИ).

Разработана общая концепция поэтапного развития алгоритмов, датчиков и аппаратуры автономных систем управления ЖРД и ЖРДУ, выполняющих функции диагностики и аварийной защиты.
Выполнено тестирование и отладка квази-стационарной математической модели кислородно-керосинового двигателя.
Разработана методика спектрометрической диагностики кислородно-керосиновых двигателей при огневых испытаниях.
Проведен анализ возможностей оптических методов диагностики применительно к электрореактивным двигателям.
Разработаны технические требования, принципиальная электрическая схема и выполнено макетирование отдельных узлов аппаратуры для спектрофотометрической диагностики ЭРД.

Диагностика ЖРД по спектру излучения факела Бесконтактный метод диагностики ЖРД основан на измерении спектра излучения факела двигателя, выделении в спектре линий химических элементов, уносимых с элементов конструкции двигателя или присутствующих в качестве загрязнений в топливе, внутридвигательных полостях и стендовых системах, и оценки степени уноса и загрязнения. Метод позволяет работать в реальном масштабе времени и может быть эффективно использован не только в системах диагностики, но и в системах аварийной защиты для предотвращения возгорания ЖРД или развития интенсивных эрозионных процессов.

Разработка насадка радиационного охлаждения из углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ) для двигателя разгонного блока "ДМ-SL".

ЖРД средств выведения
В Центре Келдыша впервые была обоснована и экспериментально продемонстрирована высокая эффективность ЖРД, работающего по схеме с дожиганием генераторного газа. В дальнейшем в отрасли для маршевых и разгонных ступеней ракет были разработаны двигатели такой схемы с высокими параметрами, не имеющие аналогов в мировой практике (двигатели ракет "Протон", "Зенит", "Энергия" и др.).

Камера сгорания для маршевых ЖРД
В камере используется форсуночная головка, обеспечивающая расширение области устойчивости КС к высокочастотным колебаниям.

РДТТ тягой 8 кН для разгонного блока космического аппарата.

Сопла для перспективных ракетных двигателей Модельные сопла, исследованные на высокоточном сопловом дифференциальном стенде (СДС)

Гибридный ракетный двигатель
В Центре Келдыша ведутся работы по гибридным ракетным двигателям (ГРД), обладающим практически всеми достоинствами современных ЖРД и РДТТ. Они работают на твердом горючем и жидком или газообразном окислителе. По своим удельным энергомассовым характеристикам ГРД занимают промежуточное положение между ЖРД на криогенных топливах и РДТТ.

Электрические ракетные двигатели.
В Центре Келдыша активно ведутся работы по тематике "Электрические ракетные двигатели(ЭРД)". Основное внимание уделяется разработке ксеноновых холловских и ионных двигателей.
Созданы двигатели различного типоразмера с мощностью от 50 Вт до 6 кВт. Уровень отработки созданных двигателей - от лабораторных моделей до летных. Производственная и испытательная база Центра Келдыша позволяет осуществить весь цикл серийного изготовления летных образцов двигателей.

Электроимпульсные технологии.Космическое и наземное применение.

Электроимпульсные технологии.Космическое и наземное применение.
Электроимпульсные (ЭИ) технологии основаны на использовании комплекса физических факторов, сопровождающих процесс быстрого преобразования электрической энергии в другие виды энергии путем импульсного электрического разряда (электровзрыва) в газообразных (в т.ч. в разреженных), жидких и конденсированных средах: ударной волны (УВ), светового излучения, диссоциации и ионизации вещества, электромагнитного поля и др. Реализация ЭИ технологии осуществляется по схеме: аккумуляция электрической энергии (например, в емкостном накопителе) - коммутация источника электроэнергии и нагрузки (инициирование ЭВ) - сброс электроэнергии в нагрузку. В ряде приложений ЭИ технология позволяет по сравнению с другими технологиями достичь качественно новых результатов. В Центре Келдыша работы по внедрению ЭИ технологий проводятся по четырем направлениям:
- Электроракетные ДУ на основе импульсных плазменных двигателей (ИПД) на твердом рабочем теле;
- Электроимпульсная технология обеззараживания природной и сточных вод;
- Обработка и упрочнение материалов и нанесение покрытий;
- Моделирование импульсных механических и электрофизических нагрузок на пакеты материалов, образцы топлив и элементы конструкций РКТ при малых длительностях воздействия;
- ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНАЯ ОБРАБОТКА НЕФТЕПРОДУКТОВ.
Разработки защищены патентами РФ № 2058940от 27.04.96г. (золотая медаль на международной выставке "Эврика-97")
и № 2144003 от 10.01.2000г. (серебряная медаль на международной выставке "Женева-2000").

Космическая деятельность

Двухфазные системы терморегулирования перспективных космических аппаратов.
Тепловые трубыдля систем терморегулирования космических аппаратов.

Криотеплообменник.

Реализована комплексная противоточная пластинчато-ребристая схема. Массовый расход теплоносителя 0,11 кг/с температура в горячем тракте 329 К, в холодном 77 К. Тепловая эффективность 0,98. Габариты 240х1150х900. Теплообменник прошел технологические и проектные испытания.

Литий-ионная аккумуляторная батарея.

В состав батареи входит семь аккумуляторов емкостью 50 А·ч, устройство выравнивания степени заряженности и система термостабилизации. Проведены тепловые и электрические испытания.

Многофункциональный двигатель для СЭДУ.

Двигатель успешно прошел огневые испытания на чистом водороде и на комбинации кислород-водород. Температура в тракте теплового аккумулятора 1500 К.

Система лазерного зажигания.

Основные преимущества разработанной системы: многоразовость (150 включений с различной скважностью), многообъектовость (одновременное зажигание более 20 двигателей), минимальная масса на старте, возможность зажигания любого топлива ЖРД на старте и в космосе. Система прошла экспериментальную проверку.

Солнечный тепловой ракетный двигатель (СТРД)
Разрабатываемый СТРД является маршевым двигателем в составе солнечной энергодвигательной установки (СЭДУ). Двигатель работает на горячем водороде и по схеме с дожиганием горячего водорода с кислородом. Защищен рядом патентов РФ. Отмечен серебряной медалью на 7-й Международной выставке-конгрессе "Высокие технологии. Инновации и инвестиции", проходившей 4-7 июня 2002г в Санкт-Петербурге.

Солнечные динамические энергоустановки
Ведутся опытно-конструкторские работы по созданию солнечной энергомеханической установки на выходную электрическую мощность 10 кВт с использованием газотурбинного цикла преобразования (цикл Брайтона).

Передача энергии в космосе и из космоса на Землю
Логика развития цивилизации показывает, что уже в XXI веке человечество будет вынуждено получать значительное количест-во энергии вне Земли для энергоснабжения космических объектов и передачи энергии на Землю.Хотя это задача относительно отдаленного будущего, Центр Келдыша уже сегодня занят этой проблемой, рассматривая как концепцию и структуру системы энергоснабжения, так и возможности ее технической реализации.

Обеспечение космической деятельности
Создание крупных орбитальных группировок и, прежде всего, пилотируемых орбитальных станций делает весьма актуальной проблему обеспечения пожаробезопасности в космосе. В Центре Келдыша широко развернуты работы по исследованию горения конструкционных материалов в условиях микрогравитации. Исследования проводятся как в наземных условиях, так и в натурных условиях орбитальной станции "Мир".

Развернутые в настоящее время в Центре Келдыша, РКК "Энергия" и НПО "Энергомаш" работы направлены на создание разгонных блоков на основе солнечной энергодвигательной установки (СЭДУ). Входящий в состав СЭДУ маршевый тепловой ракетный двигатель дает значительно более высокую экономичность по расходу топлива в сравнении с традиционными ЖРД и РДТТ, а в сравнении с электроракетными двигателями сокращает в 5...10 раз продолжительность доставки КА на геостационарную орбиту.

Создание капельного холодильника-излучателя позволяет существенно улучшить массогабаритные характеристики энергетических установок космических аппаратов и их надежность, и, соответственно, ресурс и безопасность.
Разработана конструктивная схема замкнутого контура капельного холодильника - излучателя, обеспечивающего запуск, останов, повторные запуски, оптимальные энергетические характеристики процесса. Разработаны конструкции двух типов заборников капель и на основании анализа результатов эксперимента на ОС "Мир" модернизирована конструкция генератора капель.

Гиперзвуковая ударная труба (ГУТ)

Разгонные блоки на высокоэффективном топливе

Авиационно-космическая система АКС-55 на базе самолета-носителя М-55 для вывода малогабаритных космических аппаратов на околоземные орбиты ИСЗ

Водородная энергетика

Разработана технология получения синтезгаза из метана и воды для последующего получения водорода (или метанола). Синтезгаз вырабатывается в трехкомпонентном генераторе, при разработке которого использован опыт создания агрегатов жидкостных ракетных двигателей. Массовая доля водорода, получаемого из смеси газов, составляет 0,07-0,075, что соответствует эффективности установки по выходу водорода 70-75%. Из вырабатываемого генератором синтезгаза в малогабаритной установке получен метанол высокой концентрации с удельной производительностью, соответствующей удельной производительности крупнотоннажных производств.
Разработанная схема и методика работы установки позволяет проводить автоматическую циклическую работу, что является отличительной особенностью процесса получения метанола из синтезгаза. Разработанные и экспериментально подтвержденные основы технологии и создания малогабаритных установок для получения водорода и метанола позволяют рассматривать вопрос о разработке проекта промышленных установок, привязанных к конкретным промышленным зонам (или объектам), с выработкой энергоносителей (водорода, метанола) с параллельным решением экологических вопросов, а именно утилизации факельных газов.

В рамках комплексной программы работ, выполняемых под эгидой Национальной инвестиционной компании "Новые энергетические проекты" в ФГУП "Центр Келдыша" разработана резервная энергетическая установка с электрической мощностью 1 кВт на основе батареи твёрдополимерных водородно - воздушных топливных элементов, предназначенная для обеспечения потребителей в случае возникновения аврийных ситуаций с основным источником электроснабжения.
Батарея входит в состав электрохимического генератора, структура которого обеспечивает подачу в топливные элементы водорода и атмосферного воздуха с требуемыми параметрами( температура, давление, влажность), термостабилизацию, автоматическое поддержание оптимального режима работы. Запас водорода, содержащегося в композитных баллонах высокого давления, достаточен для выработки электроэнергии и тепла в течении 12 часов. Вырабатываемый батареей постоянный ток преобразуется на выходе из ЭХГ в переменный 220В , 50 Гц. Предусмотрена возможность использования выделяемого батареей тепла для обогрева помещения.
Применение энергоустановок с водородно-воздушными топливными элементами на протонпроводящих мембранах в массовом масштабе помимо децентрализации энергоснабжения позволит решить две важные и очень актуальные в ближайшей перспективе проблемы:
- Обеспечить независимость производства электроэнергии от наличия углеводородного топлива;
- Существенно улучшить экологическую обстановку, особенно в местах с высокой плотностью энергопотребления.
По этим причинам во многих странах мира, в том числе и в России, ведётся активная работа по исследованию и созданию водородно - воздушных топливных элементов с твёрдополимерным электролитом в виде протонопроводящих мембран .

Генераторы плазмы, Ускорители частиц, лазеры

Комплекс ускорителей частиц включает в себя генераторы: электронов (мощность пучка 35...1000 кВт, энергия 30...300 кэВ); отрицательных ионов (сила тока до 1 мА, энергия пучка 1...20 кэВ) и нейтральных частиц.

Электродуговые плазмотроны

Электродуговые плазмотроны На протяжении более сорока лет в Центре Келдыша проводятся работы по созданию и исследованию электродуговых плазмотронов, За это время изготовлены и введены в эксплуатацию плазмотроны различной мощности, работающие на переменном трехфазном токе. На этих плазмотронах проводятся газодинамические и теплофизические исследования, а также исследования эрозионных свойств новых перспективных материалов. Центр Келдыша предлагает на рынок товаров современные плазмотроны и технологии, основанные на их использовании.

Бортовой Фурье-спектрометр

Этот прибор при приемлемых пространственных характеристиках имеет спектральный диапазон 2...16 мкм, спектральное разрешение 0,1 см ^-1.

Технологии очистки и переработки

Технологии очистки природной и сточных вод и получения питьевой воды Разработаны, выпускаются и продолжают усовершенствоваться выпарные рекомпрессионные установки производительностью от 0,5 до 100 м³ в сутки. Высоко-эффективное использование вторичного тепла позволило существенно сократить расход энергии (в 7...10 раз по сравнению с прямым выпариванием). Установки могут быть использованы для очистки гальванических стоков, получения дистиллированной и питьевой воды. См. также Очистка дымовых газов тепловых электростанций от вредных примесей

Микрофильтрационная установка типа УМФ, созданная сотрудниками ФГУП "Центр Келдыша" обладает следующими конкурентными преимуществами:
- обеспечивает глубокую очистку природных и сточных вод от взвешенных частиц;
- обеспечивает снижение содержания масел и нефтепродуктов в сточных водах;
- использует трековые мембраны, которые получают путем химического травления полимерных пленок, предварительно обработанных пучками высокоэнергетических тяжелых ионов;
- увеличен ресурс мембран за счет использования специальных гидродинамических устройств, препятствующих образованию осадков на поверхности мембран.
Степень очистки в установках данного типа сотавляет по взвененным веществам 99.9%, по нефтепродуктам - 99.5%, по бактериям - 99.3%.
Установки данного типа применяются в настоящее время в г. Орле (Россия), г. Астане (Казахстан) и на опреснительном заводе в г. Актау (Казахстан).

Установка для лазерной очистки водной поверхности от нефтяных загрязнений Установка предназначена для лазерного сжигания тонкой нефтяной пленки на водной поверхности

Технологии переработки отходов Плазмохимическая технология уничтожения экологически опасных, в том числе токсичных, отходов заключается в их термическом разложении на простые безвредные вещества в высокотемпературной струе плазмотрона.

Фильтровальная техника Фильтровальные элементы и фильтры многоразового использования различной геометрической формы создаются на основе многослойных тканых и нетканых металлических материалов и могут иметь практически неограниченные габариты.

Виброгасители

Виброгасители из металлорезины для эффективного снижения уровня вибраций

Высокоэффективные пластинчатые теплообменники.

Центром Келдыша выполнен комплекс теоретических и экспериментальных работ, в результате которых определены критерии оптимизации формы теплообменных поверхностей и области режимов течения теплоносителей, позволяющие обеспечить высокую теплогидравлическую эффективность теплообменных устройств, разработана конструкция и проработана технология изготовления компактных пластинчатых теплообменников трех типов.

Озононеразрушающий хладагент С1

Азеотропный, озононеразрушающий хладагент С1 с невысоким потенциалом глобального потепления (GWP < 100) - энергетически эффективный заменитель хладонов R12, R134а, R600а для бытовой и торговой холодильной техники и автокондиционеров.

Технологии нанесения покрытий и упрочнения материалов

Плазменно-кластерная технология нанесения покрытий обеспечивает высокую адгезию материала покрытия при отсутствии наплавления напыляемого материала на стенках анода и катода. Технология может быть использована для создания износо- и коррозионно-стойких, токопроводящих, электроизоляционных изделий, восстановления покрытий, а также для декоративных, и других целей.

Общее описание (перечень и назначение) программно- методических разработок для проектирования РДТТ.

Модульный принцип построения математических моделей процессов в РДТТ и соответствующих программых реализаций позволяют заинтересованному пользователю применить разработку в ракетных двигателях любого назначения или для решения задач во многих иных областях техники.

Термическое оборудование опытно-промышленной линии производства углеродных волокон.

Завершена разработка термического оборудования линии для непрерывного производства из полиакрилонитрильного волокна углеродных высокопрочных жгутов прочностью 3600-5000 МПа при модуле упругости 210-230 ГПа и высокомодульных углеродных жгутов с модулем 300-500 ГПа при прочности 2000-3000 МПа и с линейной плотностью от 33 до 54000 текс, которые необходимы для создания современных неметаллических композиционных материалов (углепластиков, углерод-углеродных, углерод-керамических материалов).
Разработаны предложения по проведению наладки при настройке параметров печи окисления и системы циркуляции.Предложены методики настройки расходов ГВС и воздуха по секциям печи окисления,наладки расходомерных участков.
Определены необходимые средства для проведения наладки печи окисления и системы циркуляции.
Создана установка для отработки калориферов, моделирующая условия их работы в печи окисления. Проведены испытания разработанных калориферов на 18 кВт и 28,8 кВт. Получены их газодинамические и тепловые характеристики. Подтверждена их эффективность и работоспособность.