Работы по
модернизации НК-33

Мы уже не раз подробно рассказывали о планах* применения уникальных двигателей НК-33/43 на отечественных и зарубежных ракетах. Предлагаем вниманию читателей сокращенный вариант статьи генерального конструктора ОАО СНТК им. Н.Д.Кузнецова д.т.н. Е.А.Гриценко, генерального директора ОАО «Моторостроитель» д.т.н. И.Л.Шитарева и главного конструктора ОАО СНТК им. Н.Д.Кузнецова, почетного доктора СГАУ В.С.Анисимова о работах, проводимых самарскими предприятиями по повышению энергетических и эксплуатационных характеристик этих двигателей.

Двигатели НК-31, НК-33, НК-39 и НК-43 были разработаны в рамках лунной программы Н1-Л3 и до 1974 г. серийно выпускались Куйбышевским моторостроительным заводом им. Фрунзе (ныне самарское ОАО «Моторостроитель») с участием ОАО «Металлист-Самара» и др.

   В связи с востребованностью этих ЖРД для установки на ряд российских и зарубежных РН, ОАО «Моторостроитель» выработало технико-экономическое предложение восстановить ранее действовавшее производство по серийному выпуску указанных двигателей. Благодаря высокой технологичности и низкой, по сравнению с другими существующими ЖРД, стоимости, серийный выпуск НК-31/43 позволит обеспечить потребности рынка, а также дальнейшее улучшение энергетических характеристик двигателей.
   В настоящее время двигатели НК-33 востребованы для разрабатываемых РН «Аврора»/«Онега», а НК-43 – для авиационно-ракетного комплекса «Воздушный старт». Заложенные в конструкцию этих ЖРД авиационно-ракетные принципы, умеренная внутренняя напряженность и уникальная статистическая база проведенных огневых испытаний могут служить основой для повышения эффективности использования двигателей в качестве маршевых ДУ указанных носителей.
   В рамках программы модернизации с использованием технически апробированных решений намечено:
   • форсировать НК-33 по тяге до 185 тс;
   • обеспечить качание двигателей для управления вектором тяги;
   • улучшить высотные характеристики НК-33 путем использования выдвижного насадка сопла.
   Отличительной особенностью программы является возможность проведения модернизации на существующем заделе хранящихся двигателей без их разборки и вмешательства в отработанный рабочий процесс.
   С целью сокращения сроков и средств представляется целесообразным выполнить модернизацию в два этапа:
   • на первом – поставляются двигатели, форсированные по тяге и оснащенные узлом качания;
   • на втором – НК-33 дополнительно оснащается выдвижным насадком сопла (после завершения отработки).
   Форсированный прототип НК-33 был разработан с таким расчетом, чтобы получить тягу 175 тс на номинальном режиме, 185 тс – на максимальном и возможность выхода на режим 195 тс при проверках работоспособности ЖРД.
   Чтобы обеспечить работоспособность двигателя на форсированных режимах относительно исходного изделия 11Д51, были внедрены мероприятия по необходимому увеличению прочности, жесткости, герметичности деталей, узлов и разъемных соединений; по улучшению охлаждения горячих элементов конструкции; по увеличению устойчивости рабочих процессов и работоспособности роторных деталей, подшипников, уплотнений ТНА и других элементов конструкции.

   В процессе отработки форсированного варианта широко использовалась технология повторных переборок. Двигатели повторных сборок проходили испытания на тех же режимах и с той же продолжительностью, что и вновь изготовленные.    Длительность испытания каждого составляла порядка 200 сек и определялась емкостью стендовых баков. Для проверки работоспособности широко использовались типовые программы испытаний, включающие длительную работу на номинальном и форсированных режимах.
   В общей сложности по программе отработки форсированного НК-33 проведено более 40 длительных испытаний с суммарной наработкой около 8000 сек.
   Статистика ресурсных испытаний по указанным типовым программам вновь изготовленных и отремонтированных ЖРД с указанием максимальных значений тяги и продолжительности работы приведена в таблице.

   Благодаря полной преемственности с конструкцией форсированного прототипа, на этапе завершающих работ НК-33 успешно выдержал специальные перегрузочные испытания на режимах тяги 175 тс. Отсутствие дефектов на деталях разобранных двигателей и результаты многократных прожигов НК-33, собранных повторно после перегрузочных испытаний, подтвердили, что модернизация проведена без снижения наследственных запасов форсированного прототипа. Успешные демонстрационные испытания в 1995–1998 гг. с длительной работой на режиме 175 тс показали, что НК-33 хранящегося задела имеют достаточные запасы работоспособности. 
   Двигатель имеет узел качания, гибкие топливные трубопроводы и элементы донной защиты. Крепление ЖРД к опорному конусу осуществляется с помощью двух рулевых машин и узла качания, устанавливаемого сверху камеры на конусе вместо жесткой рамы. Узел качания представляет собой сферический шарнир и заимствуется с серийного двигателя 11Д122*.

   Конструкция подвески позволяет осуществлять ее сборку и разборку на собранном двигателе, без демонтажа основных узлов: камеры, узла подачи.
   В существующем варианте маршевого двигателя центрального блока РН «Аврора», работающего с земли и до высоты более 40 км, используется НК-33 (или НК-33-1) с давлением на срезе сопла, оптимизированным для полета в качестве первой ступени носителя. Применение «высотного» сопла с большей, чем в НК-33 степенью расширения приведет не только к увеличению габаритных размеров двигателя на старте, но и к значительным потерям тяги и удельного импульса на высотах до 10 км. Поэтому одним из путей повышения энергетических характеристик РН «Аврора» при указанных ограничениях является использование раздвижного (двухпозиционного) сопла. 
   Так, на двигателе НК-33-1 предлагается увеличить геометрическую степень расширения сопла с Fа = 27.6 до Fа = 79.5 с помощью выдвижного соплового насадка. В этом случае на участке полета РН до 10 км будет работать «земное» сопло, а с высоты примерно Н = 10 км – «земное» сопло с выдвижным сопловым насадком, обеспечивающим вышеуказанное расширение. При этом удельный импульс тяги ЖРД с выдвижным сопловым насадком в пустоте возрастает на ~14 кгс/кг, а тяга соответственно на ~8 тс.

 источник: http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/content/numbers/240/25.shtml