Экологические результаты запуска ракет с жидкостными и твердотопливными ракетными двигателями

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2014. Технические науки

роено ответвление для гашения удара первой порции струи заливаемого металла. Такое устройство ЛПС предотвратило возникновение таких дефектов, как недолив лопаток, межлопаточные прорывы керамической формы, усадочные рыхлоты, трещины, надрывы, газовые раковины и др.

Качество поверхности металлических деталей, включая и отливки, отвечает за целый ряд рабочих характеристик механизмов, в состав которых они входят. Что касается литых дисков, то качество, чистота их поверхности определяет массовую производительность ТНА. При этом качество поверхности дисков зависит от состава модельной массы, применяющейся для изготовления выплавляемых моделей - прототипов будущей отливки. В настоящей работе с применением метода математического планирования эксперимента [10], при реализации которого в качестве параметра оптимизации были приняты прочностные показатели, проведено исследование по разработке нового состава модельной массы. Это связано с тем, что содержащийся в ее стандартном составе стеарин (стеарин + парафин в соотношении 50/50), взаимодействует со связующим (гидролизованный раствор этилсиликата), образуя на поверхности модели неровности, шероховатости и другие дефекты, которые передаются поверхностям отливок. Кроме того, стандартный состав обладает низкой теплопроводностью, что приводит к деформации моделей при нарушении температурного режима их хранения, и, как следствие, к нарушению геометрии отливок. Разработанная модельная масса (60 % парафина, 17 % буроугольного воска и 23 % пчелиного воска) характеризуется повышенными свойствами, которые обеспечивает получение отливок с чистотой поверхности требуемого качества.

Разработанные мероприятия обеспечили 100-процентную годность отливок по рентгеновскому контролю, и уменьшили в 2,5-3 раза отсев на других контрольных операциях при одновременном уменьшении расхода дорогостоящего сплава до 3-х кг на одну отливку. При этом была использована технология электрошлакового переплава отделенной от отливок диска ЛПС, что позволило получать металл повышенного качества, предоставляя возможность его использования взамен первичной шихты, что также дает экономический эффект.

Библиографические ссылки

1. Добровольский М. В. Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования : учебник для вузов. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005. 488 с.

2. Турбонасосные агрегаты ЖРД конструкции НПО Энергомаш / В. К. Иванов, А. М. Кашкаров, Е. Н. Ромасенко и др. // Конверсия в машиностроении. 2006. № 1. С. 15-21.

3. Попов В. Г., Ярославцев Н. Л. Жидкостные ракетные двигатели. М. : Изд-во МАТИ - КТУ им. К. Э. Циолковского. 2001. 171 с.

4. Seong Min Jeon et al. Rotordynamic analysis of a high thrust liquid rocket engine fuel turbopump // Aerospace Science and Technology. 2013. Vol. 26, Iss. 1. P. 169-175.

5. Прочность и ресурс ЖРД / Н. А. Махутов, В. С. Рачук, М. М. Гаденин и др. М. : Наука, 2011. 525 с.

6. Оборин Л. А. Научно-технологические основы производства литых деталей по выплавляемым моделям для силовых установок летательных аппаратов ; СибГАУ. Красноярск, 2013. 238 с.

7. Крушенко Г. Г., Решетникова С. Н. Применение жаропрочных сплавов для получения литых деталей двигателей летательных аппаратов // Проблемы разработки, изготовления и эксплуатации ракетно-космической и авиационной техники : материалы VI Всерос. науч.-техн. конф. Омск : Изд-во ОмГТУ, 2011. С. 119-121.

8. Масленков С. Б., Масленкова Е. А. Стали и сплавы для высоких температур. М. : Металлургия, 1991. 832 с.

9. Haase T., Termath W., Martsch M. How to Save Expert Knowledge for the Organization: Methods for Collecting and Documenting Expert Knowledge Using Virtual Reality based Learning Environments // Procedia Computer Science. 2013. Vol. 25. P. 236-246.

10. Gunasegaram D. R., Farnsworth D. J., Nguyen T. T. Identification of critical factors affecting shrinkage porosity in permanent mold casting using numerical simulations based on design of experiments // Journal of Materials Processing Technology. 2009. Vol. 209. Iss. 3. P. 1209-1219.

© Буртыль И. В., 2014

УДК 621.45

А. Ю. Васянина, Д. С. Швецова, А. А. Тонких, Т. Н. Антоновский Научные руководители - М. В. Чижевская, В. П. Назаров Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЗАПУСКА РАКЕТ С ЖИДКОСТНЫМИ И ТВЕРДОТОПЛИВНЫМИ РАКЕТНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

Рассмотрены экологические результаты и анализ последствий запусков ракет с жидкостными и твердо топливными ракетными двигателями.

При зарождении основ теоретической космонавтики экологические аспекты играли важную роль. Тесное взаимодействие биосферы Земли с космиче-

ской средой дает основание утверждать, что происходящие во Вселенной процессы оказывают воздействие на нашу планету.

Секция ««ДВИГАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯЛА И КА»

Нельзя не признать, что сегодня имеет место отрицательное воздействие ракетно-космической техники (РКТ) на окружающую среду (разрушение озонового слоя, засорение атмосферы окислами металлов, углерода, азота, а ближнего космоса - частями отработанных космических аппаратов).

[Производство, испытания и эксплуатация ракетно-космической техники имеет свои специфические факторы негативного влияния на окружающую среду. Ниже приведены наиболее весомые факторы негативного влияния эксплуатации ракетно-космической техники (РКТ):

- Загрязнение атмосферного воздуха и поверхностных водоемов в процессе изготовления элементов ракетно-космической техники и продуктами выбросов ракетных двигателей;

- Риск возникновения аварийных ситуаций во время изготовления и хранения ракетного топлива (возможны проливы токсичных компонентов ракетного топлива (КРТ), испарение токсичных компонентов ракетного топлива, горение компонентов ракетного топлива, взрыв компонентов ракетного топлива);

- Риск возникновения аварийных ситуаций во время наземных испытаний ракетных двигателей;

- Локальное загрязнение атмосферы во время запуска ракет-носителей;

- Негативное влияние на состояние озонового слоя Земли;

- Отчуждение территорий и загрязнение плодородного слоя почвы в зоне падения частей ракет;

- Отделение фрагмента конструкции, либо отделяющейся части ракет-носителей или космического аппарата (КА) «космический мусор».

В данной работе проанализированы факторы ослабления или усиливания воздействий ракетно-космической техники (РКТ) на окружающую природную среду [1].

При изучении и анализе выявили, что эксплуатация ракетно-космической техники оказывает значительное антропогенное влияние на атмосферу, особенно в районах космодромов во время запуска больших ракет и в начале полета больших ракет носителей, имеющих на борту сотни тонн топлива, которые сопровождаются взрывами, пожарами и мощными токсичными выбросами.

Известно, что по относительной силе воздействия на верхнюю атмосферу запуск космической ракеты подобен взрыву атомной бомбы в приземной атмосфере.

Выбросы топлив сгорания и токсичных элементов могут вызывать выпадение кислотных дождей, повышение содержания в воздухе взвешенных веществ, изменение погодных условий на прилежащих территориях.

Основными вредными факторами, влияющими на состояние окружающей среды при пусках ракет-носителей, являются большие выбросы продуктов сгорания при старте в приземном слое атмосферы (тропосферы). К нежелательным локальным последствиям в районе старта ракет-носителей могут также привести выбросы хлористого водорода и окислов алюминия, содержащиеся в продуктах сгорания некоторых носителей, в частности к таковым относится ракета-носитель «Шаттл».

Проведен анализ по данным выбросов продуктов сгорания в атмосферу при запуске ракет. Мы выясни-

ли, что в отличие от зарубежных ракет-носителей, базирующихся в основном на РДТТ, российские ракеты, использующие ЖРД не выделяют N2, HCl, AI2O3. Проведя анализ жидких и твердых ракетных топлив, мы выявили следующие особенности.

В результате работы ракетных двигателей образуются практически все те вещества, которые обусловливают гибель озона в естественных условиях. Однако наиболее важными из них являются окись азота и хлор с его соединениями (в РДТТ).

Основную массу продуктов сгорания РДТТ составляют соляная (хлористоводородная) кислота и окись алюминия. Соляная кислота, поступая в почву, повышает ее кислотность, что вызывает ряд изменений, как химически свойств самих почв, так и состояния растительности. Кроме того, есть сведения о неполном сгорании перхлората аммония - вещества второго класса опасности.

При падениях частей ракетной техники происходит механическое загрязнение твердыми фрагментами, что приводит к перенасыщению почвы соединениями алюминия, наличие которых в почве, даже в незначительном количестве, резко снижает урожайность сельскохозяйственных культур. Например, падение первых ступеней ракет «Зенит» и «Энергия» сопровождается засорением фрагментами. Суммарная площадь районов падения, составляет 1 428 800 га [2].

Лучшим топливом, с экологической точки зрения, является соединение водорода в качестве горючего и кислорода в качестве окислителя, так как эти вещества не токсичны и в процессе горения не дают никаких вредных продуктов сгорания.

В заключение можно сделать вывод о том, что твердые ракетные топлива более опасны для окружающей среды, чем жидкие [3].

В целом, объекты современной перспективной ракетно-космической техники являются потенциально опасными для экологии. Они негативно влияют на околоземное космическое пространство при эксплуатации, ликвидации и утилизации. Таким образом, необходимо искать новые пути создания более безопасных компонентов топлива, не жертвуя при этом энергетическими характеристиками, что важно с конструкторской точки зрения, и опираясь на существующие проблемы окружающей среды. Также, учитывая ряды особенностей различных видов топлива, следует развиваться в направлении наиболее благоприятного для экологии - соединения водорода и кислорода.

Библиографические ссылки

1. Федоров Л. А., Кричевский С. В. Химическая безопасность и социально-экологические последствия технической деятельности. М., 2005. 167 с.

2. Дорофеев А. А. Основы теории тепловых ракетных двигателей (Общая теория ракетных двигателей). МГТУ им. Н. Э. Баумана. М., 1999.

3. Ушаков В. Г., Шпигун О. Н., Старыгин О. И.. Особенности химических превращений НДМГ и его поведение в объектах окружающей среды // Ползу-новский вестник. 2004. № 4.

© Васянина А. Ю., Швецова Д. С., Тонких А. А., Антоновский Т. Н., 2014