До начала огневых испытаний двигателя были разработаны математические модели и проведены расчетные исследования всех основных процессов запуска - заполнения магистралей, теплообмена при захолаживании, влияния продувок, воспламенения компонентов и выхода на режим малой тяги.
Эти исследования позволили сформулировать основные положения по обеспечению запуска:
- организация предпускового захолаживания только трактов агрегатов подачи двигателя до пуско-отсечных клапанов;
- проведение предварительной раскрутки гелием бустера горючего для дозахолаживания и увеличении давления горючего перед форсунками запальников, генератора и камеры с целью стабилизации их работы;
- введение режима малой тяги, позволяющего обеспечить плавность запуска, избежать резкого термического и механического нагружений конструкции, обеспечить эффективную продувку запальников, провести при необходимости выключение двигателя системой аварийной защиты с наименее напряженного режима.
При отработке запуска двигателя были выявлены и устранены следующие дефекты:
- "жесткое" воспламенение компонентов в газогенераторе, возникающее при опережении поступления горючего более чем на 0,2-0,3 с и приводящее к отрыву донышек форсунок генератора. Дефект устранен выбором практически одновременного поступления компонентов в газогенератор;
- повышение температуры в газогенераторе выше 1250 ╟С при опережении поступления окислителя более чем на 0,2 с или задержке закрытия клапана циркуляции горючего;
- замедленный, в течение примерно 2-3 с, выход двигателя на режим малой тяги, что могло привести к значительному влиянию условий запуска на характер запуска. Интенсивность и стабильность запуска обеспечены повышением настройки режима малой тяги с 15-20 % от номинала до приблизительно 30 %;
- заклинивание ротора бустера горючего при преждевременном включении интенсивной раскрутки из-за разогрева и приварки пяты автомата осевой разгрузки;
- незакрытие клапана окислителя генератора на останове. С учетом возможности полного разрушения двигателя при таком дефекте был введен контроль срабатывания клапанов системой, дублирующей пироклапан.
Отработанная циклограмма запуска двигателя РД-0120 не имеет аналогов и поэтому представляет научно-технический и практический интерес. Основные особенности ее следующие.
Перед запуском двигателя включается профилактическая продувка полости окислителя генератора и камеры, охлаждающего тракта камеры, разделительной полости турбонасосного агрегата. Производится "вялая" раскрутка ротора бустерного насоса горючего на минимально необходимое время - чрезмерное увеличение этого времени приводит к излишним достартовым выбросам водорода. За несколько секунд до запуска подается напряжение на агрегат зажигания.
Затем подается горючее на охлаждение подшипника турбины и включается интенсивная продувка линии окислителя запальных устройств. Непосредственно перед запуском запальных устройств производится интенсивная раскрутка ротора бустерного насоса горючего для набора давления водорода на входе в запальники. Время выключения интенсивной продувки запальников выбрано таким образом, чтобы к моменту подачи окислителя в магистрали отсутствовало противодавление. Включается интенсивная продувка магистралей генератора и камеры. Затем подаются окислитель и горючее в генератор и окислитель в камеру. Горючее в камеру в связи с необходимостью заполнения охлаждающего тракта камеры подается несколько раньше.
Одновременно с открытием клапана горючего газогенератора закрывается клапан циркуляции горючего.
После выхода двигателя на режим малой тяги прекращается подача окислителя в запальные устройства и включается интенсивная продувка.
Для исключения образования взрывоопасной смеси газов во внутренних полостях двигателя после его выключения расчетно-экспериментальным путем были отработаны оптимальные по длительности, расходу, месту подвода рабочего тела режимы продувки двигателя гелием и азотом. Эти продувки включаются непосредственно при выключении двигателя и продолжаются в течение всего времени удаления компонентов топлива, предотвращая накопление возможных утечек во внутренних полостях, флегматизируя и удаляя их в атмосферу.