Проведение научных исследований молодыми учеными. Повышение энергетической эффективности разгонных блоков космических аппаратов для вывода полезной нагрузки на высокие орбиты (включая геостанционные).

Проведен анализ современного состояния проблемы создания разгонных блоков (РБ), тенденции и перспективы. Обоснована актуальность работы, ее практическая значимость для гражданского и военного ракетостроения. Проведен анализ состояния проблем моделирования рабочих процессов в двигательных установках (ДУ) РБ. Разработана физическая модель рабочих процессов в ЖРД РБ, сформулированы допущения и выведены уравнения математической модели рабочих процессов в ЖРД РБ.

1. Цель работы: Получение новых научных результатов, связанных с повышением энергетической эффективности двигательных установок разгонных блоков (ДУ РБ).
2. Результаты работы: физико-математическая модель рабочих процессов в ДУ РБ, влияющих на их энергетическую эффективность; результаты анализа влияния различных факторов на энергетическую эффективность ДУ РБ, таких как вид топлива, конструктивные параметры, уровень тяги, тепловое состояние; предложения по повышению энергетической эффективности ДУ современных и перспективных РБ.
3. Краткое описание работ:
Разработаны численные алгоритмы решения уравнений физико-математических моделей рабочих процессов в ДУ РБ. В основе методов решения уравнений лежат конечно-разностные численные схемы и схемы расщепления. Исследованы сходимость и устойчивость предложенных схем в широком диапазоне параметров.
Проведена проверка адекватности разработанных моделей с привлечением большого объема численных и экспериментальных результатов. В результате показана приемлемая адекватность полученных моделей для поставленных задач.
Исследовано влияние на энергетическую эффективность ДУ РБ различных факторов. Показано влияние на удельный импульс тяги ДУ РБ вида топлива, в том числе исследованы перспективные топлива с экологически чистыми компонентами, такими как жидкий кислород, жидкий водород, метан. Проведен анализ влияния на удельный импульс тяги конструктивных факторов, таких как геометрическая степень расширения сопла, схема смесеобразования, схема охлаждения. Получены результаты по повышению удельного импульса тяги с учетом теплового состояния элементов конструкции ДУ РБ.
Разработаны предложения по повышению удельного импульса тяги ДУ РБ. В частности возможно получить прирост удельного импульса тяги до 5-8% при переходе на более энергетически топлива, использовании более эффективной схемы смесеобразования и переходе на новые конструктивные материалы и схемы охлаждения.
4. Возможные направления реализации полученных результатов:
- исследование новых конструктивных решений при проектировании и производстве ДУ РБ, позволяющих увеличить удельных импульс тяги до 5-8%;
- исследование новых видов топлив (в том числе экологически чистых) в ДУ РБ;
- повышение эффективности учебного процесса специальностей, связанных с изучением рабочих процессов в высокотемпературном рабочем теле.