Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей, страница 16

Для этого достаточно сделать пусковые баллоны нужной вместимости ю|и нх дозаправку после запуска. 2. Разновидностью этой схемы запуска основного ЖГГ является схема, представленная на рнс. 4.2, б. Здесь вместо пусковых бюн1онов для компонентов установлены пусковые поршневые насосы — цилитщры с поршнями и соответствующей автоматикой.

При запуске давление газа воздействует на поршень и вытесняет пусковые расходы компонентов в ЖГГ. Поазе перехода ЖГГ на питание от основных трубопроводов автоматика обеспечивает заполнение цю~индров новой порцией компонентов. Таким образом, зта схема может обеспечить не только многократный запуск в полете, но и запуск в невесомости. По этой схеме многократно запускается в невесомости корректирующе-тормозная двигательная установка КТДУ-З5, разработанная в ОКБ А.М. Исаева н применяемая на космических кораблях "Союз" н орбитальной станции *'Салют". 69 Работа поршневого насоса должна быть исключительно надежной, так как в случае незапуска повторный запуск невозможен, так как пусковые компоненты полностью расходуются при первой попытке. 3.

Наиболее простая разновидность схемы включения основного ЖГГ в работу — подача пусковых расходов компонентов в основной ЖГГ от наземных систем. Этот способ раскрутки ТНА подходит ддя двигателей первой ступени РН, Например, такая схема запуска основного ЖГГ осуществлена на двигателях РН "Восток" (рис. 4.2, в) .

Рассмотренные схемы раскрутки ТНА применяются главным обра- Н б и г но нг рис. 4.2. Схемы раскрутки ТНА от основного ЖГГ, в которз.й поступают пусковые расходы компонентов: а — из пусковых бачков; б — из пусковых поршневых насосов; н — от наземной системы 70 зом в двигателях без дожигания генераторного газа, в которых расход генераторного газа достаточно мал.

В схемах двигателей с дожиганием, как известно, через ЖГГ и турбину ТНА проходит значительный расход— несколько больше расхода одного из компонентов. В этом случае приведенные выше схемы раскрутки ТНА потребуют также значительных пусковых расходов. Это приведет к большому росту массы и габаритных размеров пусковых устройств. Здесь лучше подходит следующая простая схема. 4.

Пусковые расходы в основной ЖГГ поступают по основным трубопроводам под действием гидростатического давления и давления наддува баков. Это распространенная схема так называемого самопуска нли '"самотека" пусковых расходов компонентов. Она наиболее пригодна лля двигателей с дожиганием генераториого газа. В этой схеме каких-либо специальных пусковых систем нет. В этом ее главное преимущество. После заливки полостей насосов жидкими компонентами открываются главные клапаны. Компоненты под действием гидростатического давления столба жидкости в поле земного или динамического ускорения и давления наддува в баках устремляются по трактам в ЖГГ и камеру.

Причем ввиду более короткого пути, и благодаря специальным конструктивным и схемным решениям (если это необходимо) первыми компоненты поступают в ЖГГ. После начала горении в ЖГГ геиераторный газ поступает на турбину и далее по газоводу в камеру. Так как в камере сгорания еще нет противодавления, поскольку горение в ней еще не установилось, то турбина ТНА довольно быстро раскручивается, плавно поднимая давление подачи компонентов до номинальных значензй. Ввиду простоты технического решения схема "само- пуска" получила большое распространение. Тем более, что эта схема обеспечивает также и многократный запуск в полете.

По такой схеме осуществляется запуск двигателей РД-253, ББМЕ и др. Раскрутка ТНА по этой схеме наиболее пригодна для двигателей с дожигаиием генераториого газа. Запуск двигателя без дожигания встречает определенные трудности. Это обьясняется тем, что турбина ТНА двигателя без дожигания работает на большом перепаде давления, но с малым расходом генераторного газа. Поэтому если никаких конструктивных мер не принимать, то при подаче компонентов топлива на режиме "самотека" в ЖГГ в начальный период в нем образуется очень мало генераторного газа и создается очень малое давление. Во многих случаях этого недостаточно: турбина либо очень медленно раскручивается, либо даже не страгивается с места. Однако преимущества раскрутки ТНА "самопуском" столь велики гтехническая простота, многоразовость пуска и плавность выхода на режим) „что возникает необходимость приспособить эту схему запуска и ЛЛя двигателя без дожигания.

Для этого путем конструктивных мероприятий необходимо решить цве задачи: а) организовать специальную пусковую линию подачи компонентов 71 в ЖГТ, по которой при малом давлении подачи поступал бы больший их расход; б) установить специальные "дозвуковые" пусковые сопла на турбине, которые бы более эффективно работали в пусковой период. Естественно, схема пуска несколько усложняется, вводятся дополнительные конструктивные элементы, а также клапаны и их автоматика.

Зато принцип самопуска ТНА и всего двигателя оказьшается вполне пригодным и для двигателя без дожигания. Например, американский двигатель Р-1 (без дожигания) запускается по этой схеме. Раскрутка турбины ТНА от сшртерного газогенератора — это распространенная схема пуска одноразовых двигателей без дожигания генераторного газа. Здесь турбина ТНА оборудована специальным — стартерным ТГГ, как показано на рис. 4.3. По соответствующей команде твердое топливо в ТГГ воспламеняется, и его продукты сгорания обычно устремляются через свой сопловой аппарат иа турбину и быстро ее раскручивают. Давление компонентов за насосами повышается, и по достижении определенного значения включа- Рис. 4.3. Схема раскрутки ТНА от 7НА стартериого ТГГ УГГГ Рис. 4.4. Схема раскрутки ТНА специальной стартериой турбиной— стартериым турбоблоком ТГГ Г Рк 72 ются клапаны подачи основных компонентов в ЖГГ.

Причем, если компоненты несамовоспламеняюшиеся, то предварительно должно включаться зажигание в ЖГГ Стартовый ТГГ обычно работает в течение 1,2...1,5 с. Этого времени вполне достаточно, чтобы раскрутить турбину и включить в работу основной ЖГГ, на коюром завершается выход двигателя на режим. Эта схема раскрутки вполне надежная, и поэтому она довольно распространена, особенно для запуска двигателя со сравнительно небольшой тягой (Р ( 100...150 кН). Причем, если на турбине установить несколько стартерных ТГГ, например 2...4, то можно осу1цествить соответственно 2...4-кратный запуск в полете. Раскрутка стартерным ТГГ турбины ТНА цвигателя с дожигаиием по приведенной схеме практически не применяется.

Это объясняется тем, что турбина ТНА двигателя с дожиганием, как уже сказано, дозвуковая с парциальностью, равной единице, Она работает на малом относительном перепаде давлений, но с болыпим расходом рабочего тела. Для раскрутки такой турбины стартерным ТГГ необходимо конструктивно "встроить" специальный сопловой аппарат с высоким перепадом давлений. Однако зто не очень легко сделать на практике. Кроме того, пороховые продукты сгорания, проходя после турбины по газоводу и далее через форсунки смесительной головки, могут их повредить, например засорить. Наконец, пороховые газы ТГГ имеют коэффициент избытка окислителя а < 1, и при поступлении основного окислительного генераторного газа произойдет их догорание с соответствующим, хотя и кратковременным, повышением температуры. Поэтому такой способ раскрутки турбины двигателя с дожиганием не применяется, Это проще осуществить с помощью специальной стартовой турбины.

Раскрутка ТНА от специальной стартовой турбины. В этой схеме на оси ТНА конструктивно установлен специальный стартовый блок — турбина с ТГГ, Ось стартовой турбины соединяется с осью ТНА через муфту сцепления (рис. 4,4) . Работа схемы состоит в следующем. После включения ТГГ раскручивается стартовая турбина, которая через муфту сцепления раскручивает ТНА. По достижении определенной частоты вращения и включении основного ЖГГ в работу муфта сцепления автоматически отключает стартовую турбину. Эта схема раскрутки ТНА двигателя с дожиганием достаточно надежна и обеспечивает быстрый (1,5...2,0 с) запуск двигателя. Если стартерный блок оборудовать несколькими ТГГ, то можно обеспечить и многократный зы~уск в полете.

Для устройства многоразового запуска со многими пусками удобно вместо ТГГ применить стартерный ЖГГ, питаемый пусковыми компонентами из специальных баллонов или поршневых насосов, по схеме многоразового запуска двигателя без дожигания (см. рис. 4.2 и 4.3) . Раскрутка турбины ТНА сжатым газом — это наиболее простая и надежная схема запуска. От бортовой сети или наземнного оборудования сжа- 73 тый газ поступает в газовод основного ЖГГ и, пройдя через сопловой аппарат турбины, ее раскручивает. Основной недостаток этой схемы — большой расход газа (в 2...3 раза больший, чем расход генераторного газа).