Инженеры нашли у двигателей «Ангары» потенциально опасные вибрации

Низкочастотные колебания тяги двигателей РД-191, которые возникают при сниженной тяге, могут привести к аварии ракеты-носителя «Ангара», выяснили инженеры из НПО «Энергомаш». Для подавления колебаний уже разработаны средства, однако они дают эффект не на всех двигателях.

Ракета-носитель «Ангара» — перспективный российский тяжелый носитель, который в перспективе должен заменить ракету «Протон». Конструкция «Ангары-А5» похожа на конструкцию «Союзов» пакетным расположением первой и второй ступени. Первая ступень («боковушки») и вторая («центральный блок») при старте запускаются одновременно, и двигатель РД-191 центрального блока должен в течение длительного времени работать на сниженной тяге — до 30 процентов от номинальной.

«В процессе создания двигателя РД-191 обнаружилась проблема в обеспечении устойчивой работы на режимах глубокого дросселирования по тяге (ниже 38 процентов от номинального значения), что негативно сказывалось на надежности и ресурсе работы двигателя. Данная проблема проявляется в возникновении низкочастотных колебаний тяги двигателя (порядка 4 герц) при переходе на режим 38 процентов от номинального значения тяги и ниже», — пишут инженеры «Энергомаша» в тезисах доклада, представленных на Королевских чтениях по космонавтике.

В документе отмечается, что низкочастотные колебаний приводят к вибрации элементов конструкции двигателя, что может привести к возникновению резонанса и разрушению ракеты. Вибрации снижают ресурсы трубопроводов, что может привести к их поломке и, как следствие, непредсказуемой работе двигателя.

Низкочастотные и высокочастотные колебания были главной «детской болезнью» жидкостных ракетных двигателей, первыми с ним столкнулись еще конструкторы ракет «Фау-2». С ним боролись разными способами — путем модификации камер сгорания, путем добавления в конструкцию разного рода демпфирующих приспособлений, меняя длину и диаметр труб.

Разработчики РД-191 нашли способ справиться с низкочастотными колебаниями: они добавили в трубопровод окислителя на участке между насосом окислителя и газогенератором доработанный трехпозиционный клапан. При работе двигателя на сниженной тяге этот клапан начинает работать в прикрытом состоянии, обеспечивая дополнительное гидросопротивление. В процессе испытаний выяснилось, что это добавление позволяет существенно уменьшить амплитуду колебаний тяги, и двигатель уже соответствовал требованиям разработчиков «Ангары».

Однако проблема не была решена до конца. «На отдельных экземплярах двигателя отмечается проявление НЧ-колебаний при работе на низких режимах, из чего можно сделать вывод, что эффект от использования трехпозиционного клапана может быть разным на различных экземплярах двигателя. Для дальнейшего совершенствования ракетных двигателей РД-191 важно более подробно изучить явление НЧ-колебаний», — заключают авторы доклада.

Обновлено: после выхода новости пресс-служба НПО «Энергомаш» выпустила сообщение, в котором подтверждена информация о низкочастотных колебаниях тяги. В нем говорится, что эта проблема была решена, но никак не прокомментированы данные, что новый клапан устраняет колебания не на всех двигателях.

В 2016 году стало известно о намерении «Роскосмоса» отказаться от строительства другой ракеты семейства «Ангара», сверхтяжелой «Ангара-А5В» с водородной ступенью. Вместо этого госкорпорация решила заказать разработку нового сверхтяжелого носителя с жидкостными ракетными двигателями РД-171. По словам генерального директора корпорации «Энергия» Владимира Солнцева, новая ракета станет основным носителем в российской лунной программе. Испытания ракеты предварительно запланированы на 2028 год.

Сергей Кузнецов