Подразделение ГДЛ по разработке двигателей и ракет на жидком топливе

«Результаты поверочных расчетов повелительно
указывают на необходимость безотлагательно
приступить к опытным работам
по предложению В. П. Глушко».
1929 г. Н. И. ТИХОМИРОВ

15 мая 1929 г. в ГДЛ впервые в СССР были начаты экспериментальные исследования с целью разработки электрических ракетных двигателей (ЭРД) и жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Вместе со мной вдохновенно работали талантливые инженеры, техники и механики: А.Л.Малый, В.И.Серов, И.И.Кулагин, Е.Н.Кузьмин, Е.С.Петров, Н.Г.Чернышев, П.И.Минаев, Б.А.Куткин, В.П.Юков, В.А.Тимофеев, Н.М.Мухин, И.М.Панькин и др.

1В 1929 - 30 гг. теоретически и экспериментально была доказана в принципе работоспособность электрического ракетного двигателя, использующего в качестве рабочего тела твердые или жидкие проводники (непрерывно подаваемые металлические проволоки либо жидкие струи), взрываемые с заданной частотой электрическим током в камере с соплом. К форсунке и корпусу камеры, разделенным изолятором, подводились провода от электрической импульсной установки большой мощности, основными элементами которой являлись высоковольтный трансформатор, четыре выпрямителя и масляные конденсаторы емкостью 4 мкф, заряжаемые до 40 кв. Взрыванию подвергались нити из углерода, проволоки из алюминия, никеля, вольфрама, свинца и других металлов, а также жидкости: ртуть, электролиты. Изучались как одиночные электровзрывы жидких и твердых проводников, так и серии взрывов при непрерывной подаче рабочего тела. Вначале электровзрывы проводились в открытом пространстве, затем в камере с соплом. В 1932 - 33 гг. ЭРД испытывался на баллистическом маятнике.

1Это был первый электротермический ракетный двигатель. Своим рождением он на треть века опередил ход развития науки и техники. Впоследствии перед электроракетными двигателями различных типов открылась богатая перспектива дальнейшего развития. В настоящее время двигатели этого класса находят практическое применение в космических аппаратах для коррекции траектории полета. В ряде стран разрабатываются образцы ЭРД, предназначенные для применения в качестве основных двигателей для дальних межпланетных полетов.

1Практическое применение ЭРД в космонавтике возможно лишь после выхода летательного аппарата на космические орбиты. Причина в малой величине тяги, развиваемой этими двигателями. Поэтому одновременно с ЭРД нами разрабатывались ЖРД и им уделялось основное внимание.

1В 1930 г. в ГДЛ мною впервые были предложены и в дальнейшем исследованы в качестве окислителей для жидкостных ракетных двигателей азотная кислота, ее растворы с азотным тетроксидом, перекись водорода, хлорная кислота, тетранитрометан и их растворы друг в друге, а в качестве горючего — бериллий, трехкомпонентное топливо — бериллий с кислородом и водородом, диспергированные в жидком горючем бериллий, литий, бор и алюминий, пороха с диспергированным в них бериллием и др. В этом же году были разработаны и проверены в двигателях с шашечным бездымным порохом экспоненциальные профилированные сопла и термоизоляционные покрытия из двуокиси циркония, окиси магния и других составов для камер сгорания.

1В 1930 - 31 гг. в ГДЛ были разработаны и изготовлены первые в СССР жидкостные ракетные двигатели: ОРМ (опытный ракетный мотор), ОРМ-1 и ОРМ-2. В 1931 г. проведено 47 стендовых огневых испытаний жидкостных ракетных двигателей. ОРМ испытывался на жидком заранее смешанном унитарном топливе, состоящем из раствора углеводородов в азотном тетроксиде (46 пусков). Было показано, что двигатели этого класса склонны к взрыву, и сформулировано, какими путями можно решить проблему надежности работы двигателей этого класса. Выбор был сделан в пользу двухкомпонентных топлив.

1В этом же году мною впервые были предложены самовоспламеняющееся топливо и химическое зажигание, а также карданная подвеска двигателя с насосными агрегатами. В 1931 - 32 гг. были разработаны и испытаны экспериментальные поршневые топливные насосы, приводимые двигателем, питаемым газом, отбираемым из камеры сгорания ракетного двигателя. В 1932 г. были разработаны и испытаны конструкции экспериментальных двигателей (от ОРМ-4 до ОРМ-22 включительно) для изыскания типа зажигания, метода запуска и систем смешения при испытании на различных компонентах топлива. При 53 огневых стендовых испытаниях этих двигателей в качестве окислителей использовались жидкий кислород, азотный тетроксид, азотная кислота, растворы азотного тетроксида в азотной кислоте, а в качестве горючего — бензин, бензол, толуол, керосин. В 1933 г. были разработаны и испытаны на стенде двигатели (от ОРМ-23 до ОРМ-52 включительно) с пиротехническим и химическим зажиганием на азотнокислотно-керосиновом топливе. Опытные двигатели ОРМ-50 тягой 150 кг и ОРМ-52 тягой 300 кг прошли

1в этом же году официальные стендовые испытания. В то время это были самые мощные жидкостные ракетные двигатели. В 1933 г. была разработана конструкция турбонасосного агрегата с центробежными насосами для подачи жидких компонентов топлива в двигатель с тягой 300 кг.

1Двигатели ЭРД и серии ОРМ изготавливались в механических мастерских ГДЛ на Научно-испытательном артиллерийском полигоне, в мастерских Артиллерийского училища, Главного Адмиралтейства и др., наконец, в механических мастерских ГДЛ в Петропавловской крепости. Испытания ЭРД проводились ГДЛ в Электрофизическом институте (с 1929 г.), затем в Петропавловской крепости (с 1933 г.); испытания ракетных двигателей на шашечном бездымном порохе для отработки оптимальных профиля и степени расширения сопла, керамической теплоизоляции камер, системы подачи жидкого топлива газами, отбираемыми из камеры сгорания, и других элементов конструкции ЖРД проводились на стенде ГДЛ на Научно-испытательном артиллерийском полигоне (в 1930 г.); огневые испытания ЖРД серии ОРМ происходили на стендах ГДЛ на Научно-испытательном артиллерийском полигоне (с 1931 г.), затем в Петропавловской крепости (до конца 1933 г.).

1Летом 1932 г. и в январе 1933 г. в ГДЛ приезжали из Москвы руководители ГИРД, организованной осенью 1931 г. Летом 1932 г. решением Президиума Центрального совета Осоавиахима для ведения разработок ракет МосГИРД было предоставлено помещение в подвале дома № 19 по Садово-Спасской улице и два станка. В числе приезжавших были начальник ГИРД С.П.Королев, Ф.А.Цандер, М.К.Тихонравов, Ю.А.Победоносцев и др. Им демонстрировали работу жидкостного ракетного двигателя на стенде. Так состоялась первая встреча сотрудников ГДЛ и ГИРД, положившая начало дальнейшей совместной работе. Треть века на всех разработанных С.П.Королевым крылатых ракетах, самолетных ракетных установках, внутриконтинентальных дальнего действия и межконтинентальных ракетах, мощных метеорологических и геофизических, а также на всех космических ракетах были установлены двигатели, созданные школой двигателестроителей, выросшей на базе ленинградской Газодинамической лаборатории.

1Проф. В.П.Ветчинкин из Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ) побывал в ГДЛ в декабре 1932 г., присутствовал при испытании жидкостного ракетного двигателя ОРМ-9 на стенде и составил отзыв: «В ГДЛ была проделана главная часть работы для осуществления ракеты - реактивный мотор на жидком топливе... С этой стороны достижения ГДЛ (главным образом инженера В.П.Глушко) следует признать блестящими».

1В начале 1933 г. начальник вооружений Красной Армии М.Н.Тухачевский, которому была подчинена Газодинамическая лаборатория, присутствовал при стендовом испытании жидкостного ракетного двигателя и высоко оценил достижения ГДЛ. Еще в 1932 г. в письме начальнику Военно-технической академии РККА он сообщал: «Ленинградская Газодинамическая лаборатория Техштаба, работающая над вопросами реактивного двигателя и его применения в различных областях военной техники, достигла в настоящее время существенных и ценных результатов. Эти результаты имеются в области научно-исследовательской и теоретической работы ГДЛ, и в деле проведения практических испытаний и опытов с различного рода реактивными снарядами и приборами, и в деле подбора ценных кадров работников реактивистов.

1Особо важные перспективы связываются с опытами ГДЛ над жидкостным реактивным мотором, который в последнее время удалось сконструировать в лаборатории. Применение этого мотора в артиллерии и химии открывает неограниченные возможности стрельбы снарядами любых мощностей и на любые расстояния. Использование реактивного мотора в авиации приведет в конечном итоге к разрешению задачи полетов в стратосфере с огромными скоростями».

1Первый в СССР экспериментальный жидкостный ракетный двигатель ОРМ-1 был спроектирован в 1930 г. и построен в 1930 - 31 гг. Он предназначался для кратковременной работы на жидком топливе: азотном тетроксиде с толуолом или жидком кислороде с бензином. При работе на жидком кислороде и бензине двигатель развивал тягу до 20 кг.

1Внутренние поверхности стальной камеры сгорания и сопла ОРМ-1 плакированы красной медью. Медные поверхности шести струйных форсунок имели гальваническую позолоту для обеспечения коррозионной стойкости в компонентах топлива. На входе в форсунки окислителя и горючего установлены пружинные обратные клапаны с фильтрами. Камера сгорания снабжена набором сопел диаметром отверстия — 10, 15, 20 мм. Охлаждение двигателя водой, заливаемой в рубашку, — статическое. Зажигание производилось с помощью смоченной горючим ваты, поджигаемой бикфордовым шнуром. Подача компонентов топлива из баков в двигатель осуществлялась сжатым азотом. Двигатель испытывался соплом вверх. ОРМ-1 состоит из 93 деталей.

1Одновременно с изготовлением ОРМ-1 был спроектирован, изготовлен ив 1931 г. первым испытан более простой по конструкции двигатель ОРМ, работавший на унитарном жидком топливе — растворах толуола, бензина в азотном тетроксиде. Двигатель был снабжен сменными соплами, крещерным прибором для измерения максимального давления, предохранительным клапаном, электропирозажигательным устройством и др. Использовался для изучения условий безопасной работы с жидким монотопливом и развивал тягу до 6 кг.

1Двигатели ОРМ-4, ОРМ-5, ОРМ-8, ОРМ-9, ОРМ-11 и ОРМ-12 разработаны и прошли несколько десятков огневых испытаний в 1932 г. с целью изыскания методов зажигания, запуска и смешения компонентов для различных топлив. В качестве окислителей использовались жидкий воздух, жидкий кислород, азотная кислота, азотный тетроксид и растворы азотного тетроксида в азотной кислоте; в качестве горючего — бензин, смесь 50% бензина с 50% бензола, толуол. Давление в камере сгорания доводилось до 50 атм, время испытания — до 1 мин. Зажигания — электросвечами и пиротехническое (шашки, нитратнометаллические для высококипящих окислителей и тротилпироксилиновые для криогенных). Внутренний диаметр стальных цилиндрических камер сгорания ОРМ-4 - 8 равен 40 мм. Стальная камера сгорания ОРМ-9 с внутренним диаметром и высотой 90 мм покрыта изнутри керамической теплоизоляцией толщиной 10 мм (двуокись циркония или окись магния с растворимым стеклом), сопло плакировано красной медью толщиной 8 мм; диаметр отверстия сопла — 15 мм. Камера сгорания ОРМ-11 (внутренние диаметр — 80 мм, длина — 90 мм) и сопло (диаметр отверстия — 15 мм) плакированы красной медью. Камера сгорания и сопло ОРМ-12 того же размера, что у ОРМ-9, плакированы красной медью. В этих двигателях использовались щелевые, струйные и центробежные форсунки, раздельные и унитарные.

1Двигатель ОРМ-50 тягой 150 кг на азотнокислотно-керосиновом топливе с химическим зажиганием предназначался для ракеты 05 конструкции ГИРД. Сдаточные стендовые испытания он прошел в 1933 г. Допускал многократные испытания. Стальная цилиндрическая камера сгорания с внутренним диаметром 120 мм охлаждалась внутренней завесой топлива, имела регенеративно охлаждаемые кислотой крышку и коническое сопло со спиральным оребрением; диаметр критического сечения сопла — 23 мм. Камера снабжена четырьмя центробежными форсунками с обратными клапанами.

1Двигатель ОРМ-52 тягой 300 кг на азотнокислотно-керосиновом топливе с химическим зажиганием предназначался для ракет, морских торпед и, как вспомогательный, для самолета. В 1933 г. прошел официальные сдаточные стендовые испытания. Удельный импульс ОРМ-52 — 210 сек., давление в камере сгорания — 25 ата. Стальная цилиндрическая камера сгорания (внутренний диаметр — 120 мм) со сферической головкой имела внутреннее охлаждение, а крышка камеры и сопло со спиральным оребрением — регенеративное кислотой. Сопло коническое (20°), диаметр критического сечения — 32 мм. Центробежных форсунок с обратными клапанами — шесть.

1К концу 1933 г. в ГДЛ были преодолены основные трудности, связанные с обеспечением надежной работы жидкостных ракетных двигателей. Разработанные химическое и пиротехническое зажигание, центробежные форсунки, оребренное сопло, динамически охлаждаемое компонентом топлива, внутреннее охлаждение стенок камеры сгорания, подобранные конструкционные материалы позволили достигнуть многократной работы двигателей при давлении в камере 20 — 25 ата и удельном импульсе 200 — 210 сек. на долгохранимом и эксплуатационно более удобном азотнокислотно-керосиновом топливе. 

Далее...