Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г., страница 8

лепна. Изменения коэффициента К„, (напрнмер, в диапазоне 1,44 ... 1,85 для топлива Хт04 + ММГ) могут привести лишь к небольшому изменению удельного импульса. Для ДУ с большой массой компонентов топлива в баках (несколько сотен кинограмм) оптимальной является схема с дополнительной подачей газа в баки и обшей системой вытеснения для обоих баков. Схемы ДУ с дополнительной подачей газа в процессе монотонного падения давления в баках приведены на рнс. 2.1, б и в.

Указанная подача обеспечивается прн достижении в одном из баков заданного минимального значения давления путем соединения газовой полости баков с баллоном, соцержашнм газ высокого давления. Дополнительная подача газа 32 позволяет обеспечить более полную заправку баков компонентами топлива, причем достигается меньший диапазон изменения давления на входе в двигатель, что приводит к соответствующему улучшению характеристик двигателя. Для дополнительной подачи газа в баки срабатывают нормально закрытые пироклапаны 7 н такие же клапаны 11 (см. рис.

2.1, б), предотвращающие соприкосновение паров окислителя и горючего до указанной дополнительной подачи. После завершения указанного процесса подается командв на срабатывание нормально открытых пироклапанов 9, при этом герметизируется газовая область каждого бака и предотвращаются проникновение паров компонентов топлива в гелиевый баллон и их конденсация в нем. Кроме того, при этом дополнительно предотвращается соприкосновение паров окислителя и горючего. Указанные особенности особенно важны, если предусматривается многоразовое использование.

В схеме, приведенной на рис. 2.1, в, исключается надобность в обратных клапанах. рис. 2.1. Схемы Ду с падением давления газа в баках: а — с монотонным пидна нем давления газа в баках; б — с дополнительной обшей подачей газа в баки в и ес о о роц се м н тонного падения его давления; е — с дополнительной автономной подачей газа в ба 1 — зап аво баки в процессе монотонного падения его давления; забо нос ст — заправочно-дренажный газовый клапан; 2 — топливный бак; 3— — ы ак; — капнллярнор устройство; 4 — заправочно-сливной топливный клапан; 5 — топливный фильтр; 6 — баллон с газом высокого давления; 7, 11 — нор ально клапаны; 8 — а — ормально закрытые пиро— расходная шайба; 9 — нормально открытый пнроклапан; 1Π— обратный клапан; 12 — с оенн й п — дв ы уско-отсечной клапан; 13 — счетверенный пускоотсечной клапан камеры; 14 — камера; Ок — окислнтел; Г— ь; — горючее 33 2 — 1758 Дпя диапазона падения давления газа в баке 2,4 ...

1,0 МПа обеспечивается значение Ку, равное 80 %. Увеличение диапазона падения давления или введение двухразовой дополнительной подача газа (последнее, естественно, соответственно усложняет схему Ду) позволяет дополнительно увеличить заполнение баков компонентами топлива. Хотя выше рассмотрены схемы двухкомпонентных ДУ, следует отметить, что впервые подача топлива с монотонным падением давления газа в баки была отработана и широко применена в однокомпонентных Ду. В последнее время такие схемы находят все большее применение для двухкомпонентных ДУ. Схемы однокомпонентных ДУ с монотонным падением давления газа в баках рассмотрены ниже применительно к обьеднненным ДУ.

В Ду с регулируемым давлением в баках (рис. 2.2) обеспечивается значение Ку, равное 90 ... 95 те, и регулирование давления основано на нзвесппях параметрах камеры. Кроме того, при постоянном режиме работы улучшается сгорание топлива и достигается стабильность рабочих харак- рис. 1.1. Слемм ЙУ с регулнронаняем давлении в баках: е — с общим; 6 — с автономным; 1 — нормально закрытый пироклапан; 2 — редуктор давлении газа; 3 — счетверенный обратный клапан; 4 — дренакно-предохранитель.

ный клапан; 5 — нормально открытый пироклапан; Не — гелий 34 теристнк. Заданный режим работы ЖРД при такой схеме обеспечивается настройкой редукторов давления. Однако последние относятся к числу сложных агрегатов автоматики. Указанные ДУ характеризуются повышенной сложностью и стоимостью; из-за наличия относительно большого давления в газовых башюнах возрастает вероятность утечек. В схеме, приведенной на рис. 2.2, а, используются счетверенные обратные клапаны для герметизации полости баков при неработающей ДУ и нормально открытые пнроклапаны для герметизации полости баков в конце работы ДУ (например, многоразового ИСЗ). Две ветви последовательно дублированных редукторов давления обеспечивают повышенную надежность ЛУ, а отсечные клапаны, расположенные выше редукторов давления, используются для предотвращения воздействия газа высокого давления, есин в этом возникает необходимость.

Дренажно-предохранительный клапан 4 предохраняет баки от воздействия чрезмерно большого давления газа в случае выхода из строя редуктора давления. Схема с общим регулированием давления в баках обеспечивает точное поддержание соотношения компонентов топлива, но не исключает возможности соприкосновения паров компонентов топлива. Поэтому ее применяют в ЛУ с относительно небольшим числом циклов работы, в частности в ЛУ орбитального маневрирования МТКК "Спейс шаттл". Схема ЛУ с автономным регулированием давления в баках имеет то же значение Кь, что и ДУ с общим регулированием, но линии вытесняющего газа для каждого бака в обеих схемах автономные.

Обратные клапаны и нормально открытые пироклапаны в этой схеме отсутствуют, соприкосновение паров окислителя и горючего исключается, но для обеспечения той же степени надежности требуется большее число редукторов давления. Такая схема более пригодна для ДУ с частым включением, ее применяют, в частности, в ДУ РСУ МТКК "Спейс шаттл". Наличие постоянного давления в баках в рассмотренных выше двух схемах позволяет точно рассчитать толщину их стенок и выбрать их оптимальное значение с цепью максимального снижения массы баков.

Если давление в баках перед запуском ЛА довести до верхнего предела редуктора давления, то некоторое время (до начала работы редуктора давления) ДУ может работать при уменьшающемся давлении в баках; такой ражим работы использовался в ЛУ орбитального маневрирования и ЛУ РСУ МТКК "Спейс шаттл". Для обеспечения требуемых расходов компонентов топлива на топливных магистралях устанавливают расходные шайбы или кавитирующие трубки Вентури. для ДУ с одноразовой дополнительной подачей газа в топливные баки могут возникать наибольшие отклонения коэффициента от заданного значения. Применение кавитирующих трубок Вентури позволяет уменьшить разброс значений Кю.

Объединенные ДУ. Зти ДУ имеют схемы, аналогичные рассмотренным выше, но они включают двигатели ияи блоки двигателей разной тяги, работающие в различное время. 35 л лааг Рис. 2.3. Схема ДУ НСЗ Нтдл 1 — упругая диафрагма; 2 — разъемное соединение трубопроводов; 3 — блок вспомогательных камер тягой по 0,89 Н; 4 — блок основных камер тягой по 1 22,3 Н; р — датчик давления эеех Рнс.

2.4. Схема объединенной ДУ Ъгарк-Н": 1 — основной двигатель тягой 445 Н; 2 — вспомогательный двигатель; 3 — электро- обогреватель блока фильтров и отсечных клапанов; 4 — электрообогреватель магистрали; 5 — капилярно-заборное устройство; 6 — электрообогреватель топливного бака; 7 — топливный коллектор; Т вЂ” датчик температуры; р — датчик давления Примером объединенной одиокомпоиеитиой ДУ с монотонным падением давления в баке яш1яется ДУ ИСЗ П)Е, работающая иа гидразиие (рис. 2.3).

Гелий отделяется от гидразииа упругой диафрагмой 1. Давление гелия сиихсается в процессе работы ДУ в диапазоне 2,07 ... 0,69 МПа. В ходе полета каждый блок вспомогательных камер и кажщю 1ьч основных камер можно заменить, используя разъемные соединения 2.

Основные камеры Б и Г являются дублирующими. В случае отказа основных камер их могут дублировать вспомогательные камеры. ДУ "Марк-П", разрабатываемая Центром космических полетов им. Годдарда (США) для многоцелевого блочного многоразового ИСЗ (рис. 2.4), является примером многоразовой высоконадежной стандартной одиокомпоиеитиой ДУ с монотонным падением давления азота в баках в диапазоне 2,41 ... 0,482 МПа (т.е.

давление азота уменьшается в пять раз). ДУ состоит из четырех блоков, в каждом нз которых имеется одни основной (корректирующий) ЖРД тягой 445 Н и три вспомогательных ЖРД (ЖРД ориентации) тягой по 22,3 И. Для выравнивания давления в баках при заправке азотом газовые полости баков соединяются через коллектор, а при эксплуатации иа орбите оии изолированы друг от друга. В этой ДУ использован ряд конструктивных и схемных решений с целью обеспечения максимальной надежности. Заправочно-дренажный азотный клапан имеет устройство с тройным резервированием уплотнения. 36 ду исз ЖРД манев- аногеаныа Все топливные баки снабжены капнллярным заборным устройством, обеспечивающим запуск ДУ в невесомости.

Топливные магистрали каждой пары баков (т.е. баков всего четыре) с установленными на них фильтрами и пуско отсечными клапанами дубпированы. В каждой паре баки соединены друг с другом, причем они имеют общие датчики н заправочносливной клапан. Топливные магистрали всех баков имеют общий коллектор 7, в котором предусмотрены клапаны продувки и датчик давления. В клапанах намечено использовать не одно, а два седла. На входе в каждую камеру последовательно установлено по два пускоютсечных клапана. Блоки камер могут вклюаться попарно (расположенные по диагонали) или все вместе. ДУ имеет также развитую телеметрическую систему (с датчиками давления н температуры), с помощью которой обеспечивается контроль и управление функционированием отдельных злементов. На рис.

2.5 показана схема обьединенной двухкомпонентной ДУ с общим регулированием давления в баках. Рассмотренные выше схемы ДУ хорошо отработаны, обладают высокой надежностью и широко применяются в современных ИСЗ, КА и КК. Некоторым их общим недостатком является относительно высокое давление вытесняющего газа; особенно зто относится к ду, имеющей в своем составе баллоны с газом высокого давления. Газовые баллоны должны обладать очень высокой герметичностью (особенно, если учесть, что гелий обладает высокой проницаемостью через малейшие неплотностн в стенках баллона), причем она должна обеспечиваться в целом ряде ИСЗ и КА в течение многих лет эксплуатации или полета в условиях кос- 37 мического пространства. Наличие относительно больших баллонов со сжатым газом низкой плотности (особенно с гелием) в некоторой степе- ни ухудшает компоновку и увеличивает сухую массу ЛУ.