Ракета Р-7
| Після Другої світової війни Радянський Союз і США надали розробці ракет новий пріоритет, починаючи з ретельного вивчення німецького V-2. Найвидатніші радянські експерти Сергій Корольов та Валентин Глушко були звільнені з-під арешту, щоб допомогти цим зусиллям. Незабаром Корольова було призначено керівником відділу балістичних ракет великої дальності урядового науково-дослідного бюро NII-88. Працюючи з німецькими інженерами, він почав з будівництва заводу з виробництва російських копій V-2. Завершений у 1948 році, це був R-1, і він виявився надійнішим та точнішим, ніж німецький оригінал.
Більшість німецьких інженерів були повернуті на батьківщину після проекту Р-1, і Корольов та Глушко почали проектувати вдосконалені ракети та двигуни. R-2 був завершений в 1949 році і мав вдвічі більший діапазон, ніж R-1. У 1950 році Корольов отримав власне експериментальне будівельне бюро ОКБ-1, де незабаром планується майбутня радянська космічна програма. Його ракета Р-5 була завершена в 1953 році і мала дальність польоту 1200 км, приблизно в чотири рази більше, ніж V-2, і втричі більша, ніж її сучасник Редстоун. Точність R-5 становила 2 км, удесятеро більше, ніж у V-2. Розробка двигунаДля R-2 і R-5 Глушко розробив більш потужні двигуни, засновані на цій парадигмі згрупованих камер згоряння. У 1947 році Корольов запропонував Р-3 з дальністю 3000 км, але виявилося неможливим розширити конструкцію двигуна В-2 до тяги 140 тонн.
У 1954 р. Розпочато роботу над міжконтинентальною ракетою Р-7. Щоб задовольнити вимоги до двигуна, Глушко відмовився від концепції дизайну V-2 і звернувся до ідей довоєнних радянських експериментів. У 1930-х - на початку 1940-х років було вирішено кілька основних проблем проектування двигуна. Однією з цих проблем є охолодження. Вперше запропоноване Ціолковським у 19 столітті, регенеративне охолодження використовує вхідне паливо, яке циркулює навколо двигуна, для його охолодження. Важливою віхою в цій технології був ORM-65 Глушка (65-й експериментальний двигун). Випробуваний у 1936 році, це був, мабуть, перший ракетний двигун, який міг працювати необмежено довго, не плавлячись. Ще однією проблемою, яку досліджував Глушко, було ефективне згоряння. Починаючи з 1931 року, він експериментував із закрученими форсунками, які розпорошували паливо та окислювач у конусоподібному шарі, який розпадався на крихітні крапельки. Він також побудував кільцеві змішувальні форсунки, які поєднували два пропеленти безпосередньо перед розпиленням їх у камеру. Також непогано розмістити багато невеликих паливних та окислювальних форсунок на пластині в дальньому кінці камери від випускного сопла. Це дає максимальний час перемішування та горіння перед виходом із камери згоряння у вихлопних газах. У середині 1930-х ORM-67 був типовим для двигунів, які просто розпорошували пропеленти в центр камери. Після арешту Глушка Леонід Душкін продовжував. У 1938 році його RDA-1-150 мав 4 паливні та 4 окислювальні завихрювальні форсунки, скупчені на задній стороні камери, а в 1941 році двигун DA-1-1100 мав 63 невеликих форсунки, встановлених на конічній пластині. Креативний дизайнер двигунів Олексій Ісаєв взяв на себе посаду Душкіна в 1941 році. Його РД-1 мав 95 обприскувачів, але він помітив, що його конічна інжекторна пластина спричиняє утворення гарячих каналів газу, які іноді горіли через бік камери згоряння. У 1944-1946 рр. Розробляв "модернізований" РД-1М з плоскою пластиною та шаховим розташуванням паливних та окислювальних форсунок.
Одним з найважливіших винаходів Ісаєва була високоефективна схема регенеративного охолодження, яка дозволяла б спалювати високоенергетичне паливо під високим тиском. Проблема полягає в тому, як побудувати стінку камери згоряння, яка досить важка, щоб утримувати зусилля, але досить тонка, щоб швидко охолоджуватися потоком палива. Прикладом його рішення був U-1250, випробуваний у квітні 1945 р. Внутрішня стінка являла собою тонкий мідний лист, а зовнішня стіна. Між ними знаходився гофрований сталевий лист, який підтримував внутрішню стінку і дозволяв текти охолоджувальному паливі повз неї. Шари з'єднували паянням срібним припоєм. У 1951 році Глушко звернувся до цієї конструкції для 7-тонного експериментального двигуна ED-140. Цей двигун зміг спалювати рідкий кисень і гас при тиску в камері 60 атмосфер. Для порівняння, двигун V-2 спалював розбавлений спирт при 15 атмосферах. Для запропонованого R-7 Глушко розширив цю конструкцію, щоб отримати 68 тонн тяги, використовуючи двигун RD-105. Проблеми з нестабільністю горіння, розроблені в 1952-1954 роках, змусили його відмовитись від ідеї єдиного гігантського двигуна.
У 1954 р. Розпочато роботу над більш консервативним дизайном: чотири менші камери згоряння мають спільну систему паливного насоса. Камери мали діаметр 43 см із звуженням сопел 16,85 см. Гарячі гази досягають критичної швидкості при звуженні, а потім відскакують до надзвукової швидкості в розширюваному відділі сопла. Вперше випробуваний в 1955 році, загальна тяга становила 93 тонни зі швидкістю вихлопу 3020 метрів/сек. Швидкість відпрацьованих газів є мірою ефективності ракетного двигуна (його також називають питомим імпульсом), і RD-107 був найефективнішим двигуном у світі на той час. З вагою лише на 25 відсотків більше, ніж двигун V-2, він розвинув утричі більше тяги. |
