Ракетные двигатели на твердом топливе (РДТТ) используют заранее смешанные компоненты топлива в твердом состоянии. За счет этого РДТТ долговечнее, надежнее и имеют более простую конструкцию по сравнению с жидкостными двигателями. Ракетные двигатели на твердом топливе широко используются в космических запусках (вспомогательные ракеты), военной технике (баллистические ракеты), а также в научных исследованиях (изучение атмосферы) и моделировании ракет.
Среди разнообразных методов диагностики РДТТ и внутрикамерных физических процессов перспективными являются бесконтактные, использующие рентгеновское, томографическое и акустическое оборудование и технологии. Они остаются практически единственным методом, позволяющим исследовать внутрикамерные процессы в условиях высоких температур и скоростей движения топлива в замкнутом пространстве двигателя, хотя и требуют использования сложного оборудования.
«Мы разработали методику диагностики внутрикамерных процессов в модельном ракетном двигателе на твердом топливе с использованием компактного переносного рентгенографического оборудования. Наш подход позволяет в режиме реального времени заглянуть в работающий РДТТ и определить ключевые характеристики его работы: скорость горения твердого топлива, особенности реагирования компонентов и состояние внутренней поверхности двигателя». – Профессор кафедры электронных приборов и устройств (ЭПУ) СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Артем Юрьевич Грязнов
В основе предложенной методики для изучения процессов внутри РДТТ – малогабаритный рентгенографический комплекс с источником рентгеновского излучения производства ЗАО «ЭЛТЕХ-Мед» (малое предприятие Технопарка СПбГЭТУ «ЛЭТИ»). Данная система характеризуется крайне малым (менее 50 мкм) размером фокусного пятна – области на аноде рентгеновской трубки, из которой исходит излучение. Благодаря этому параметру комплекс позволяет получать более четкие и детализированные изображения, так как уменьшает размытие и улучшает разрешающую способность системы.
Поскольку топливо в ракетном двигателе на твердом топливе сгорает с высокой скоростью, для фиксации изображений исследователи использовали динамический рентгеновский детектор, который считывал до 30 кадров в секунду. Подход был успешно отработан на специально изготовленном макете РДТТ.
«Предложенный метод может использоваться для диагностики различных РДТТ, что является критически важным при разработке, эксплуатации и обслуживании ракетных систем. Так, рентгеновская диагностика позволяет выявлять различные неисправности до старта, выявлять поломки и износ, а также контролировать качество двигателей еще на этапе производства». – Профессор кафедры ЭПУ СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Артем Юрьевич Грязнов
Результаты исследований опубликованы в научном журнале «Физика горения и взрыва». Проект поддержан грантом Минобрнауки России в рамках госзадания.