Space Exploration Technologies

О ЖРД F-1

ХРД Р-1: 1 - карданный подвес; 2 - коллектор подвода окислителя к камере; 3 - главный клапан окислителя; 4 - главный клапан горючего; 5 - трубопровод окислителя высокого давления 6 - трубопровод горючего высокого давления; 7 - газогенератор; 8 - трубчатая часть камеры; 9 - съемная часть сопла; 10 - сборный коллектор отработанного газа турбины; 11- теплообменник; 12 - турбина; 13 - насос горючего; 14 - насос окислителя

Этот двигатель конструкции фирмы Рокетдайн представлен на рисунке. Он работает на кислородно-керосиновом топливе и развивает тягу от 690 (при старте ракеты) до 790 т (перед отделением ракетной ступени).F-1 является однокамерным ЖРД с насосной подачей топлива. Газ для привода турбонасосного агрегата вырабатывается в газогенераторе за счет сжигания основного топлива ЖРД (т. е. топлива, на котором работает камера), но с большим избытком горючего. Через газогенератор расходуется около 3% от общего расхода топлива через ЖРД. В газогенераторе образуется газ с температурой около 800°С, который после привода турбины сбрасывается в сопловую часть камеры. Система газогенерации описанного типа широко применяется в современных ЖРД (отработанный газ турбины чаще сбрасывается в выхлопной патрубок).

Трубчатая камера ЖРД:
1- патрубок подвода окислителя; 2 - коллектор подвода горючего; 3 - смесительная головка; 4 - карданный подвес; 5 - зажигательное устройство; 6 - патрубок подвода горючего; 7 - трубчатый корпус камеры

По давлению в камере, которое составляет 70 атм,FР-1 превосходит все другие зарубежные ЖРД. В ЖРД F-1 применяется так называемая трубчатая камера, корпус которой образован профилированными трубками, соединенными между собой при помощи пайки (трубки образуют тракт регенеративного охлаждения камеры). Смесительная головка камеры - съемная, с отверстиями, выполняющими роль форсунок распыла окислителя и горючего. Трубчатые камеры характерны для зарубежных ЖРД. Одна из них представлена на рисунке слева.

Включение ЖРД F-1 производится на "самотеке" топлива: при открытии пусковых клапанов окислитель и горючее поступают в камеру и газогенератор под давлением наддува баков при неработающих насосах; при воспламенении топлива в газогенераторе образующийся газ раскручивает турбонасосный агрегат. Такая схема запуска, не требующая вспомогательных устройств для раскрутки турбонасосного агрегата, была впервые реализована в ЖРД советской космической ракеты "Протон".

Зажигание топлива в камере при запуске ЖРД F-1 производится при помощи пускового горючего (смесь триэтилалюминия с триэтилбораном), размещенного в специальной гильзе и воспламеняющегося при контакте с окислителем. Такой способ зажигания, получивший название химического, широко применяется в современных космических ЖРД (пусковое горючее может размещаться непосредственно в трубопроводах ЖРД).

Агрегаты, управляющие работой F-1, срабатывают от электрических команд и давления горючего, отбираемого из магистралей высокого давления, что исключает потребность во вспомогательных системах сжатого газа.

На ракете "Сатурн-5" установлено 5 двигателей F-1: центральный - неподвижно, а периферийные - в карданных подвесах, которые обеспечивают поворот ЖРД в любой плоскости, параллельной его оси, с целью управления направлением полета и положением ракеты. Для .наглядного представления о масштабе ЖРД Р-1 приведем некоторые его параметры. Масса двигателя составляет 8400 кг, высота - 5,6 м; диаметр камеры в выходном сечении равен 3,6 м. В 1 с двигатель потребляет около 2,5 т топлива, которое подается при помощи турбона-сосного агрегата мощностью в 55 000 л. с.