ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СОВРЕМЕННЫХ ЛИТИЕВЫХ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ НА МАССОВУЮ ОТДАЧУ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ МАЛОГО КЛАССА С ЭЛЕКТРОНАСОСНОЙ ПОДАЧЕЙ
Ключевые слова:
жидкостный ракетный двигатель малого класса, электронасосная подача компонентов топлива, литиевые аккумуляторные системы, аккумуляторный пакет, удельная энергия, удельная мощность, массовая отдача, тепловые ограниченияАннотация
В статье исследовано влияние характеристик современных литиевых накопителей энергии на массовую отдачу жидкостных ракетных двигателей малого класса с электронасосной подачей компонентов топлива. Актуальность работы определяется высокой долей массы аккумуляторной подсистемы в составе двигательной установки. Указанный фактор напрямую влияет на общую массовую эффективность и границы рационального применения электрического цикла. Цель исследования состоит в выявлении закономерностей влияния удельной энергии, удельной мощности, глубины разряда и конструкционной надбавки аккумуляторного пакета на системные массовые показатели двигателя. Исследование выполнено расчетно-аналитическим методом с применением параметрического моделирования в диапазоне тяги 0,5–5 кН при времени работы 30–300 с.
Анализ проведен на уровне аккумуляторного пакета с учетом силовой электроники, корпуса и эксплуатационных ограничений. Рассмотрены литий-железо-фосфатные, литий-полимерные, никель-марганец-кобальтовые, никель-кобальт-алюминиевые и твердотельные накопители. Определены расчетная масса аккумуляторного пакета, критическое время перехода между режимами ограничения по мощности и по энергии, а также нормированный показатель батарейной массы. Установлено, что масса аккумуляторного пакета в исследованном диапазоне режимов зависит не только от удельной энергии, но и от удельной мощности и конструкционной надбавки. Показано, что в большинстве режимов малого класса преобладает ограничение по мощности. Минимальные значения нормированной батарейной массы получены у никель-марганец-кобальтовых и никель-кобальт-алюминиевых накопителей. Полученные результаты могут быть использованы при предварительном проектировании электронасосных жидкостных ракетных двигателей малого класса и выборе рациональной архитектуры энергетической подсистемы.
Библиографические ссылки
Kwak, H.-D., Kwon, S., & Choi, C.-H. (2018). Performance assessment of electrically driven pump-fed LOX/kerosene cycle rocket engine: Comparison with gas generator cycle. Aerospace Science and Technology, 77, 67–82. https://doi.org/10.1016/j.ast.2018.02.033
Lee, J., Roh, T.-S., Huh, H., & Lee, H. J. (2020). Performance Analysis and Mass Estimation of a Small-Sized Liquid Rocket Engine with Electric-Pump Cycle. International Journal of Aeronautical and Space Sciences, 22(1), 94–107. https://doi.org/10.1007/s42405-020-00325-z
Bai, X., Xu, M., Li, Q., & Yu, L. (2022). Trajectory-battery integrated design and its application to orbital maneuvers with electric pump-fed engines. Advances in Space Research, 70(3), 825–841. https://doi.org/10.1016/j.asr.2022.05.014
Pathak, A. D., Saha, S., Bharti, V. K., Gaikwad, M. M., & Sharma, C. S. (2023). A review on battery technology for space application. Journal of Energy Storage, 61, 106792. https://doi.org/10.1016/j.est.2023.106792
Hwang, F. S., Confrey, T., Reidy, C., Picovici, D., Callaghan, D., Culliton, D., & Nolan, C. (2024). Review of battery thermal management systems in electric vehicles. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 192, 114171. https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.114171
Du, H., Zhang, X., & Yu, H. (2025). Design of high-energy-density lithium batteries: Liquid to all solid state. eTransportation, 23, 100382. https://doi.org/10.1016/j.etran.2024.100382
Xu, C., Peng, B., Yang, W., Tian, J., & Zhou, H. (2025). High energy density lithium battery systems: from key cathode materials to pouch cell design. Chemical Society Reviews, 54(21), 10245–10303. https://doi.org/10.1039/d5cs00641d
Li, T., He, H., Yu, N., Sun, X., & Cai, G. (2025). A dynamic simulation approach to optimize thrust regulation in electric pump-fed rocket engines. Scientific Reports, 15(1). https://doi.org/10.1038/s41598-025-18499-5
Zhu, H., Wang, J., Zhang, Y., Li, X., Wang, J., Tian, H., & Cai, G. (2025). Scheme design and assessment of hybrid pump feed system with energy management for throttleable liquid rocket engine. Acta Astronautica, 226, 112–124. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2024.10.013
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2026 Кенжебек Мырзабеков, Куаныш Алипбаев , Акылбек Бапышев , Жандос Қожабек , Алина Фазылова
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
