Рецензия на статью А.Велюрова “Великий карбюратор”

            В статье А. Велюрова «Великий карбюратор» приведён детальный проверочный расчет регенеративного охлаждения КС двигателя F-1 в части возможности теплосъема охладителем (керосином) теплового потока от продуктов сгорания. Расчет основан на проверенных методиках, опубликованных, в частности, в учебниках по проектированию ЖРД В.Кудрявцева и М.Добровольского (профессора МВТУ). В качестве исходных данных для расчета использовались данные и параметры F-1, взятые из доступных американских источников. Расчет выполнен корректно и замечаний к нему нет.

            В результате расчета А.Велюровым сделан вывод о невозможности теплосъема теплового потока в 13 МВт/м^2 рубашкой охлаждения F-1 при заданных параметрах потока охладителя и геометрических характеристиках тракта охладителя (трубок, из которых выполнена камера сгорания (КС) и сопло). В частности, показано, что толщина стенки трубки 0,457 мм совершенно не позволяет передать данный тепловой поток охладителю.

            В то же время, если в формулы (расчет перед разделом "Американская ошибка") подставить толщину стенки 0,2 мм, то при тепловом потоке 13 МВт/м^2 и при заявленной температуре стенки 524 С, ее внутренняя температура получается порядка 400 С, а температура проточного керосина порядка 170 С, что, с определенной натяжкой, допустимо, но при такой толщине трубок, они не выдержат механических нагрузок (в частности, давления керосина) как показано в моей работе “Оценка характеристик F-1, основанная на анализе теплообмена и прочности трубчатой рубашки охлаждения”, опубликованной на сайте А.И.Попова http://manonmoon.ru

Надо дополнительно отметить, что данные по F-1, собранные А.Велюровым по крупицам из различных американских источников, крайне противоречивые и неполные (этому масса примеров) и, как показывает анализ доступных американских материалов, верить им нельзя. В частности, остается только предполагать, где же, на каком участке КС и сопла эта толщина стенки в 0,457 мм, и где этот диаметр в 25 мм и где эта температура стенки 524 С? Кроме того согласно американским источникам диаметр трубок у F-1 меняется (tapering), а вот как и где, в доступных источниках  не описано. Для Н-1 известно, что трубки меняют форму с круглой на эллиптическую, в то время, как для F-1 такая информация отсутствует.

            Есть много вопросов к заявленному для F-1 материалу трубок рубашки охлаждения – никелевому сплаву Inconel X750. В частности, в материалах, посвященных Н-1, промелькнула очень интересная фраза о том, что первоначально в Н-1 хотели поставить трубки из никелевого сплава, но сера, содержавшаяся в керосине, соединялась с никелем с образованием хрупкого сернистого никеля (никелевая руда халькопирит) и трубки лопались. Тогда, из чего же были сделаны трубки у F-1, ведь керосин тот же, а Inconel Х750 – никелевый сплав?  Кроме того, этот Inconel X750 больше никем и никогда не использаовался в качестве материала огневой стенки ракетных двигателей.

            Огромное количество вопросов есть к форсуночной головке F-1. Там, в частности, отсутствует столкновение струй горючего и окислителя (струи горючего из смежных форсунок сталкиваются между собой, и то же для струй окислителя) и дальше струи летят параллельно, смешиваясь только за счет боковых составляющих струи. И это при большой разности скоростей компонентов, что должно вызывать неполноту сгорания и вылет в сверхзвуковую часть сопла несгоревших компонентов (например, время нахождения кислорода в КС для осевой составляющей струи составляет порядка 0,027 сек). Можно также видеть, что конструкция головки F-1 принципиально отличается от конструкции Н-1, где организовано столкновение струй компонентов. Конструкция форсуночной головки F-1 противоречит всем принципам смешения компонентов, описанным в советских и в американских учебниках. Выходит, что эта форсуночная головка принципиально не могла обеспечить нормальное смешение компонентов и такой двигатель эффективно работать не мог. Внимательный анализ фотографий F-1 после испытаний полностью подтверждает это мнение. Есть обоснованное предположение, что истинный F-1 имел иную конструкцию.

Насчет «копченого факела». В американском фильме про «Лунную аферу» https://www.youtube.com/watch?v=yo5w0pm24ic
https://www.youtube.com/watch?v=MalYSn_qIU4  (рекомендую посмотреть), авторы предположили, что часть керосина (эти 30%) просто сбрасывались в сопловой насадок «для красоты», создавая длинный факел пламени, что совпадает с мнением А. Велюрова. В американских же источниках «копченый факел» объясняется вдувом газогенераторного газа для охлаждения насадка. В любом случае вдув (или впрыск) компонента в закритическую часть вызывает пояление скачка уплотнения, вызывающее возникновение боковых сил и сужение сверхзвуковго потока. Кроме того, горение в сверхзвуковом потоке недопустимо, так как оно вызывает торможение потока. Доверчивые японцы пытались применить «американское охлаждение газогнераторным газом» в конструкции своего двигателя. В результате появилась значительная боковая сила, сопло прогорело и двигатель взорвался. Больше они этого не делали.

            В заключение могу повторить, что расчет выполнен грамотно. Он основан на проверенных методиках и  замечаний к нему нет, кроме небольших дополнений к тексту, часть которых приведена в данной записке.

Г.Г.Ивченков, январь 2014 г.

Биографическая справка об авторе

Геннадий Ивченков окончил факультет «Энергомашиностроение» МВТУ им. Н.Э.Баумана в 1974-м году по специальности "Двигатели летательных аппаратов" (кафедра Э1 - Ракетные двигатели) (3-я специализация – РДТТ (твердотопливные двигатели), 1-я специализация – ЖРД (жидкостные ракетные двигатели)). После окончания учебы поступил в аспирантуру и работал на кафедре “Двигатели летательных аппаратов” МВТУ, область научных интересов - исследование теплообмена в соплах ракетных двигателей. В 1980-м году защитил диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, тема диссертации - исследование процессов горения в скоростном потоке газов. Работал младшим научным сотрудником в НИИГрафит (исследование абляции углерод-углеродных материалов), затем старшим научным сотрудником в отделе НИИРП (по тематике ПРО), затем в КБЭМ – по темам, связанным с разработкой HF химических лазеров на базе фтор-водородных ракетных двигателей. Тогда же получил второе высшее образование на инженерном факультете МИРЭА по специальности “оптические системы”. Преподавательская работа – доцент в химкинском филиале МАИ. С 1994 работал в Канаде в области разработки оптико-волоконных приборов. Имеет 7 патентов США (оптико-волоконные датчики и переключатели).