RD-107
 Động cơ RD-107 trưng bày tại Bảo tàng Không gian và Công nghệ Tên lửa tại Saint Petersburg. | |
| Quốc gia xuất xứ | Liên Xô Nga |
|---|---|
| Nhà thiết kế | OKB-456 |
| Nhà sản xuất | JSC Kuznetsov[1] |
| Ứng dụng | Booster/tầng đẩy đầu tiên |
| Liên quan | R-7 |
| Tiền nhiệm | RD-105 |
| Trạng thái | Đang sản xuất |
| Động cơ tên lửa nhiên liệu lỏng | |
| Chu trình | Chu trình tạo khí |
| Hiệu suất | |
| Lực đẩy (chân không) | 1,020 kN (229 lbf) |
| Lực đẩy (mực nước biển) | 839 kN (189.000 lbf) |
| Isp (vac.) | 320,2 s (3,140 km/s) |
| Isp (SL) | 263,3 s (2,582 km/s) |
| Kích thước | |
| Trọng lượng khô | 1.190 kg (2.620 lb) |
| Tham khảo | |
| Tài liệu tham khảo | [2][3][4][5][6] |
| Ghi chú | Số liệu hiệu suất từ RD-107A |
The RD-107 (tiếng Nga: Ракетный Двигатель-107, đã Latinh hoá: Raketnyy Dvigatel-107, n.đ. 'Động cơ Tên lửa 107') và “người anh em” của nó là RD-108, là loại động cơ tên lửa được dùng trên dòng tên lửa R-7. RD-107 được lắp trên từng tầng đẩy bên, còn RD-108 được lắp ở tầng lõi trung tâm. Mỗi động cơ có bốn buồng đốt chính (mỗi buồng có một vòi phụt) và thêm hai buồng định hướng.
Các động cơ này được phát triển từ giữa những năm 1950 để phóng R-7 Semyorka, tên lửa đạn đạo liên lục địa (ICBM) đầu tiên trên thế giới. Sau đó, R-7 được chuyển đổi thành tên lửa đẩy phóng vệ tinh/tàu vũ trụ, và các động cơ RD-107/108 cũng được cải tiến qua nhiều thế hệ. Phiên bản mới nhất là RD-107A và RD-108A, hiện vẫn được dùng cho tên lửa [[ưSoyuz-2] tính đến năm 2024[cập nhật].
Design
RD-107 được thiết kế dưới sự chỉ đạo của Valentin Glushko tại Phòng thiết kế thực nghiệm OKB-456 trong giai đoạn 1954–1957. Động cơ sử dụng ôxy lỏng (LOX) và kerosene làm nhiên liệu, hoạt động theo chu trình máy phát khí. Giống như các hậu duệ khác của công nghệ V-2, tua-bin được dẫn động bằng hơi nước sinh ra từ quá trình phân hủy xúc tác H2O2. Bộ tạo hơi sử dụng xúc tác rắn F-30-P-G, gồm các viên bi sắt oxide xốp kích thước khác nhau; một nửa số viên được phủ hỗn hợp potassium permanganate và sodium. Mỗi động cơ có bốn buồng đốt chính cố định. RD-107 có thêm hai buồng định hướng ó thể thay đổi hướng phụt trong một mặt phẳng để điều khiển tư thế tên lửa. RD-108 có bốn buồng định hướng giúp điều khiển đầy đủ theo các trục cho tầng lõi Blok-A. Cụm turbopump trục đơn gồm tua-bin dẫn động bằng hơi, một bơm chất oxy hóa, một bơm nhiên liệu và một máy sinh nitơ khí để điều áp các thùng chứa nhiên liệu và ôxy.[3]
Các động cơ RD-107 được dùng trên các booster bên của tên lửa Soyuz-2, còn một động cơ RD-108 duy nhất được dùng cho tầng lõi Blok-A (giai đoạn 1 trung tâm).
Một cải tiến quan trọng của loại động cơ này là khả năng điều chỉnh tỷ lệ pha trộn nhiên liệu – chất oxy hóa. Do sai số chế tạo tự nhiên giữa các động cơ, nếu không có hệ thống điều khiển lượng tiêu thụ, mỗi booster có thể dùng hết LOX và dầu hỏa ở các tốc độ khác nhau. Điều đó có thể dẫn tới việc còn thừa hàng chục tấn chất đẩy trong một số booster ở cuối pha đốt, gây ứng suất rất lớn lên cấu trúc và làm mất cân bằng khối lượng, khiến việc điều khiển hướng bay khó khăn. Hệ thống điều khiển tỷ lệ pha trộn được phát triển để đảm bảo bốn booster R-7 tiêu thụ khối lượng chất đẩy đồng thời và đồng đều.[3][7]
Sản xuất
Các động cơ RD-107 và RD-108 được chế tạo tại nhà máy JSC Kuznetsov plant in Samara, Nga dưới sự giám sát của chi nhánh Privolzhskiy của NPO Energomash, (còn gọi là chi nhánh Volga).[1][3][5] Chi nhánh Privolzhskiy được thành lập năm 1958 như một nhánh của OKB-456, chuyên trách sản xuất RD-107 và RD-108. Chi nhánh này do Y. D. Solovjev lãnh đạo đến năm 1960, sau đó là R. I. Zelenev (đến 1975), tiếp theo là A. F. Udalov (đến 1978), và hiện do A. A. Ganin phụ trách.[8]
Các phiên bản
Các phiên bản của RD-107
Các sửa đổi đối với thiết kế RD-107 đã dẫn tới việc sản xuất một số phiên bản động cơ khác nhau:
- RD-107 (mã định danh GRAU: 8D74): Phiên bản gốc.[4] Được dùng trên các biến thể ICBM của R-7, cũng như các tển lửa đẩy Sputnik, Luna, và Vostok.[3]
- RD-107K (mã định danh GRAU: 8D74K): Phiên bản cải tiến của RD-107. Được sử dụng trên các tên lửa Molniya, Vostok-2, Vostok-2M, và Voskhod.[3]
- RD-107MM (mã định danh GRAU: 8D728 or 8D74M): Lực đẩy tăng thêm khoảng 5% so với RD-107K.[4] Được dùng trên Molniya-M và Soyuz và trở thành chuẩn dùng chung cho mọi tên lửa họ R-7 từ năm 1966.[3]
- RD-117 (mã định danh GRAU: 11D511): Có các cải tiến về kết cấu.[4] Được dùng trên các tên lửa Soyuz-U và Soyuz-U2.[3]
- RD-107А (mã định danh GRAU: 14D22): Phiên bản cải tiến của RD-117 với thiết kế kim phun mới. 260 kim phun ly tâm hai thành phần được thay bằng hơn một nghìn kim phun một thành phần, cho phép “phun tơi” nhiên liệu và chất oxy hoá tốt hơn, đốt cháy triệt để hơn, giảm dao động tần số cao trong buồng đốt và tăng xung riêng thêm khoảng 5 giây (≈ 0,049 km/s), tức khoảng 5%.[9] Được sử dụng trên các tên lửa Soyuz-FG, Soyuz-ST-A và Soyuz-ST-B.[3]
- RD-107А (mã định danh GRAU: 14D22KhZ): Phiên bản RD-107A dùng mồi cháy hoá học. Được dùng trên các tên lửa Soyuz-2,1a và Soyuz-2,1b.[3][5][10]
| Động cơ | RD-107 | RD-107K | RD-107MM | RD-117 | RD-107A | RD-107A |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Mã định danh GRAU | 8D74 | 8D74K | 8D728 / 8D74M | 11D511 | 14D22 | 14D22KhZ |
| Phát triển | 1954–1959 | Không biết | 1965–1976 | 1969–1975 | 1993–2001 | 2001–2004 |
| Chu trình động cơ | Động cơ tên lửa dùng nhiên liệu lỏng, đốt RG-1/oxy lỏng (LOX) theo chu trình máy phát khí, trong đó tua-bin được dẫn động bằng hơi nước sinh ra từ quá trình phân hủy xúc tác H2O2 | |||||
| Vòi phun | Bốn buồng đốt chính và hai buồng đốt định hướng để kiểm soát độ cao | |||||
| Áp suất buồng đốt | 5,88 MPa (853 psi) | 5,88 MPa (853 psi) | 5,85 MPa (848 psi) | 5,32 MPa (772 psi) | 6 MPa (870 psi) | |
| Lực đẩy tại mực nước biển | 813,98 kN (182.990 lbf) | 818,88 kN (184.090 lbf) | 755,14 kN (169.760 lbf) | 778,68 kN (175.050 lbf) | 839,48 kN (188.720 lbf) | |
| Lực đẩy trong chân không | 1.000,31 kN (224.880 lbf) | 995,41 kN (223.780 lbf) | 921,86 kN (207.240 lbf) | Không biết | 1.019,93 kN (229.290 lbf) | |
| Xung lực riêng tại mực nước biển | 256 s (2,51 km/s) | 256,2 s (2,512 km/s) | 257 s (2,52 km/s) | 253 s (2,48 km/s) | 263,3 s (2,582 km/s) | |
| Xung lực riêng trong chân không | 313 s (3,07 km/s) | 313,3 s (3,072 km/s) | 314 s (3,08 km/s) | 316 s (3,10 km/s) | 320,2 s (3,140 km/s) | |
| Chiều cao | 2.865 mm (112,8 in) | 2.578 mm (101,5 in) | ||||
| Đường kính | 1.850 mm (73 in) | |||||
| Mục đích sử dụng | R-7 Sputnik Vostok Voskhod | Molniya | Molniya-M Soyuz | Soyuz-U Soyuz-U2 | Soyuz-FG Soyuz‑ST‑A Soyuz‑ST‑B | Soyuz‑2,1a Soyuz‑2,1b |
| Trạng thái | Nghỉ hưu | Nghỉ hưu | Nghỉ hưu | Nghỉ hưu | Nghỉ hưu | Đang sản xuất |
| Đánh lửa | Hỏa thuật | Hypergolic | ||||
| References | [3][4] | |||||
Các phiên bản của RD-108
Những sửa đổi đối với thiết kế RD-108 đã tạo ra nhiều phiên bản khác nhau của động cơ:
- RD-108 (mã định danh GRAU: 8D75): Phiên bản gốc.[4] Dùng trên các tên lửa R-7, Sputnik, Vostok và Voskhod.[3]
- RD-108K (mã định danh GRAU: 8D75K): Phiên bản cải tiến của RD-108. Dùng trên tên lửa Molniya.[3]
- RD-108MM (mã định danh GRAU: 8D727 hay 8D75M): Lực đẩy tăng thêm khoảng 5% so với RD-108K.[4] Dùng trên các tên lửa Molniya-M và Soyuz.[3]
- RD-118 (mã định danh GRAU: 11D512): Phiên bản cải tiến với thay đổi về kết cấu.[4] Dùng trên tên lửa Soyuz-U.[3]
- RD-118PF (mã định danh GRAU: 11D512PF): Biến thể của RD-118 được tối ưu để sử dụng nhiên liệu Syntin thay vì RG-1. Động cơ dùng các kim phun được chọn lọc để giảm thiểu hiện tượng mất ổn định mà không cần thay đổi phương pháp chế tạo, nhưng điều này đòi hỏi phải sản xuất một số lượng lớn động cơ để chọn được các kim phun đáp ứng được yêu cầu rất khắt khe.Dùng trên Soyuz-U2.[3][11]
- RD-108A (mã định danh GRAU: 14D21): Phiên bản cải tiến của RD-118 với thiết kế kim phun mới. Thay thế 260 kim phun ly tâm hai thành phần bằng hơn một nghìn kim phun một thành phần, giúp tạo sương nhiên liệu–chất oxi hóa mịn hơn, cháy triệt để hơn, giảm dao động tần số cao trong buồng đốt và tăng xung riêng khoảng 5 giây (0,049 km/s), tức khoảng 5%.ref name="Zak 2019" /> Dùng trên các tên lửa Soyuz-FG, Soyuz-ST-A và Soyuz-ST-B.[3]
- RD-108A (mã định danh GRAU: 14D21KhZ): Phiên bản RD-108A dùng mồi cháy hoá học. Được dùng trên các tên lửa Soyuz-2,1a và Soyuz-2,1b.[3][5][10]
| Động cơ | RD-108 | RD-108K | RD-108MM | RD-118 | RD-118PF | RD-108A | RD-108A |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Mã định danh GRAU | 8D75 | 8D75K | 8D727 / 8D75M | 11D512 | 11D512PF[11] | 14D21 | 14D21KhZ |
| Phát triển | 1954–1959 | Không biết | 1965–1976 | 1969–1975 | 1979–1981 | 1993–2001 | 2001–2004 |
| Chu trình động cơ | Động cơ tên lửa nhiên liệu lỏng, đốt RG-1/LOX theo chu trình máy phát khí , trong đó tuabin được dẫn động bằng hơi nước tạo ra do phân hủy xúc tác H2O2 | ||||||
| Nhiên liệu | RG-1/LOX | Syntin/LOX[11] | RG-1/LOX | ||||
| Vòi phun | Bốn buồng đốt chính và bốn buồng đốt vernier dùng cho điều khiển tư thế | ||||||
| Áp suất buồng đốt | 5,10 MPa (740 psi) | 5,10 MPa (740 psi) | 5,32 MPa (772 psi) | 5,85 MPa (848 psi) | 5,39 MPa (782 psi) | 5,44 MPa (789 psi) | |
| Lực đẩy ở mực nước biển | 745,33 kN (167.560 lbf) | 745,33 kN (167.560 lbf) | 676,68 kN (152.120 lbf) | 818,88 kN (184.090 lbf) | Không biết | 792,41 kN (178.140 lbf) | |
| Lực đẩy trong chân không | 941,47 kN (211.650 lbf) | 941,47 kN (211.650 lbf) | 833,60 kN (187.400 lbf) | 1.000,31 kN (224.880 lbf) | Không biết | 921,86 kN (207.240 lbf) | |
| Xung riêng ở mực nước biển | 248 s (2,43 km/s) | 248,2 s (2,434 km/s) | 253 s (2,48 km/s) | 257 s (2,52 km/s) | 263,5 s (2,584 km/s) | 257,7 s (2,527 km/s) | |
| Xung riêng trong chân không | 315 s (3,09 km/s) | 314,2 s (3,081 km/s) | 316 s (3,10 km/s) | 314 s (3,08 km/s) | Không biết | 320,6 s (3,144 km/s) | |
| Chiều cao | 2.865 mm (112,8 in) | ||||||
| Đường kính | 1.950 mm (77 in) | ||||||
| Mục đích | R-7 Sputnik Vostok Voskhod | Molniya | Molniya-M Soyuz | Soyuz-U | Soyuz-U2 | Soyuz-FG Soyuz‑ST‑A Soyuz‑ST‑B | Soyuz‑2,1a Soyuz‑2,1b |
| Trạng thái | Nghỉ hưu | Nghỉ hưu | Nghỉ hưu | Nghỉ hưu | Nghỉ hưu | Nghỉ hưu | In production |
| Đánh lửa | Hỏa thuật | Hypergolic | |||||
| Tham khảo | [3][4] | ||||||
Việc phát triển các động cơ 14D21 và 14D22 bắt đầu từ năm 1986, với bản thiết kế sơ bộ được hoàn thành vào năm 1993. Các động cơ này tích hợp thiết kế đầu kim phun mới nhằm tăng xung riêng. Chuyến phóng tàu chở hàng Progress đầu tiên bằng tên lửa đẩy được trang bị các động cơ này diễn ra vào tháng 5 năm 2001. Chuyến phóng chở người đầu tiên sử dụng các động cơ này diễn ra vào tháng 10 năm 2002.[5]
Tham khảo
- 1 2 "RD-107, RD-108". JSC Kuznetsov. Bản gốc lưu trữ ngày 21 tháng 7 năm 2015.
- ↑ "RD-107-8D74". Encyclopedia Astronautica. Bản gốc lưu trữ ngày 21 tháng 3 năm 2002. Truy cập ngày 14 tháng 7 năm 2015.
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 "ЖРД РД-107 и РД-108 и их модификации" [RD-107 and RD-108 and their modifications] (bằng tiếng Nga). Truy cập ngày 19 tháng 2 năm 2024.
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 "NPO Energomash list of engines". NPO Energomash. Bản gốc lưu trữ ngày 7 tháng 11 năm 2014.
- 1 2 3 4 5 "RD-107/108". NPO Energomash. Bản gốc lưu trữ ngày 2 tháng 4 năm 2015.
- ↑ John R. London III (tháng 10 năm 1994). LEO on the Cheap (PDF). Air University Press. tr. 68–69. ISBN 0-89499-134-5. Bản gốc (PDF) lưu trữ ngày 14 tháng 5 năm 2008.
- ↑ Chertok, Boris (tháng 6 năm 2006). "Chapter 16 — The Seven Problems of the R-7 Missile". Rockets and People Vol. 2 — Creating a Rocket Industry (PDF). Quyển 2 (NASA SP-2006-4110). NASA. tr. 292. Truy cập ngày 15 tháng 7 năm 2015.
- ↑ "History". NPO Energomash. Bản gốc lưu trữ ngày 18 tháng 11 năm 2014.
- ↑ Zak, Anatoly; Chabot, Alain (ngày 25 tháng 9 năm 2019). "Soyuz-FG". RussianSpaceWeb.com. Truy cập ngày 12 tháng 11 năm 2024.
- 1 2 Zak, Anatoly. "Soyuz-2 launch vehicle (14A14)". RussianSpaceWeb.
- 1 2 3 Pillet, Nicolas. "Le lanceur Soyouz-U2 (11A511U-2)" [The Soyuz-U2 Launcher (11A511U-2)] (bằng tiếng Pháp). Kosmonavtika.com. Truy cập ngày 14 tháng 7 năm 2015.
Liên kết ngoài
