Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей, страница 8

Э1 ЖГГ обеспечивают многочисленные циклы работы ДУ с вьпеснительной подачей, но они заметно усложняют ДУ: на каждом баке должен быль установлен отдельный ЖГГ (восстановительный — на баке горючего и окислительный — на баке окислителя); должны быть дополнительные (правда, относительно небольшие) топливные бачки и дополнительная система вытеснения компонентов топлива из этих бачков в ЖГГ баков. Поэтому хотя применение газа повышенной температуры и обеспечивает определенные преимушества (чем вьппе температура газа, тем меньше его расход для создания заданного давления газа в топливном баке), вытеснительная схема с использованием ЖГГ применяется редко.

Поэтому основное внимание ниже уделено ДУ с вытеснением заранее запасенным газом высокою давления. Применительно к двухкомпонентным ДУ с вытеснительной подачей можно выделить их следующие основные схемы: а) с монотонным падением давления газа в баках; б) с дополнительной общей подачей газа в баки в процессе монотон. ного падения давления в них; в) с дополнительной автономной подачей газа в баки в процессе падения давления в каждом из них; г) с общим регулированием давления газа в баках; д) с автономным регулированием давления газа в баках. Автономные ДУ, Наиболее простой является схема ДУ с монотонным падением давления рб в процессе работы двигателя (рис.

2.1, а). Заправка компонентов топлива в баки более полная при низких давлениях, но при этом становятся существенными изменение коэффициента Кьч и ухуд. шение характеристик двигателя. Поэтому предпочтителен диапазон давлений газа в баке 2,4 ... 1,0 МПа. В таких ДУ можно обеспечить начальный коэффициент объемного заполнения баков компонентами топлива Ку примерно 55 % (т.е. 45 % начального объема занимает газ). При указанном выше диапазоне снижения давления рб удельный импульс уменьшается примерно на 30 и 100 м/с для двигателей тягой 445 и 22,5 Н соответственно. Преимуществами таких ДУ являются простота, минимальная масса сухой ДУ, отсутствие баллонов высокого давления и редукторов давления. Изменения коэффициента К,„(например, в диапазоне 1,44 ...

1,85 для топлива Хз04 + ММГ) могут привести лишь к небольшому изменению удельного импульса. Для ДУ с большой массой компонентов топлива в баках (несколько сотен килограмм) оптимальной является схема с дополнительной подачей газа в баки н общей системой вытеснения для обоих баков. Схемы ДУ с дополнительной подачей газа в процессе монотонного падения Лдвззения в баках приведены на рис. 2.1, б и в. Указанная подача обеспечивается прн достижении в одном из баков заданного минимального значения давления путем соединения газовой полости баков с бал-, лоном, содержащим 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 и такие же клапаны 11 (см.

рис. 2.1, б), предотвращающие соприкосновение паров окислителя и горючего до указанной дополнительной подачи. После завершения указанного процесса подается команда 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 схе. ме, приведенной на рис.

2.1, в, исключается надобность в обратных клапанах. Ау 7У !8 Рвс 2 1 Схемы ЛУ с падением даплеппя газа в баках а — а монотонным и п чай адеп ем давления газа в баках: б — сдапалнптепьпай об ча газа в баки и процессе ыапатацпаг па а щей папаней зптапампай подачей газа в баки в и а падения ага давления; а — с с дапалпитепь- 1 зкп в процессе монотонного падения ага апп — запрапачпа-дрецзжпый газовый кпапзп; 2 — топлива д панца; клапаны. 8 — распадная шайба 9 — па мзпьна а — нормально аткрьпый ппракпзпап; 1Π— обрат- — сдвоенный пуска-отсечной клапан; 13 — а сачцай клапан каме ы; 14— — ачатвараппый пуска.ау- ры; — камара; Ок — акпапптапь; à — горючее 2 — 1758 33 Для диапазона падения давления газа в баке 2,4 ... 1,0 МПа обеспечивается значение Ку, равное 80 %.

Увеличение диапазона падения давления или введение двухразовой дополнительной подачи газа (последнее, естественно, соответственно усложняет схему ДУ) позволяет дополнительно увеличить заполнение баков компонентами топлива. Хотя вышв рассмотрены схемы двухкомпоиентных ДУ, следует отметить, что впервые подача п>плива с монотонным падением давленмя таза в баки была отработана и широко применена в однокомпонеитмъ>х ДУ.

В последнее время такие схемы находят все большее применение для двухкомпоиеитных ДУ. Схемы однокомпонентных ДУ с монотонным падением давленмя газа в баках рассмотрены ниже применительно к объединенным ДУ. В ДУ с регулируемым давлением в баках (рис. 2.2) обесценивается значение Ку, равное 90 ... 95 те, и регулирование давления основано на известных параметрах камеры.

Кроме того, при постоянном режиме работы улучшается сгорание топлива и достигается стабильность рабочих харак- рнс. 2.2 Схемы Ду с регулированием Лавлеяия в баках: с — с общим; б — с автоноыныы; ! — нормально закрытый пироклапан; 2 — релгкто Р давления газа; 3 — счетверенный обратный клапан; 4 — пренежно-прелояранительный клапан; 5 — нормально открытый лироклапан; Не — гелий 34 теристик.

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 маличия относительно большого давления в газовых ба>шонах возрастает вероятность утечек. В схеме, приведенной на рис. 2.2, а, используютсн счетверенные обратные клапаны для герметизации полости баков при неработающей ДУ и нормально открытые пироклапаны для герметизации полости баков в конце р>боты ДУ (например, многоразового ИСЗ).

Две ветви последовательно дублированных редукторов давления обеспечивают повышенную надежность ДУ, а отсечные клапаны, расположемные вьпце редукторов давления, используются для предотвращении воздействия газа высокого давлемня, если 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 поддерж>ние соотношения компонентов топлива, но не исключает возможности соприкосновения паров компонентов топлива.

Поэтому ее применяют в ДУ с относительно небольшим числом циклов работы, в частности в ДУ орбитального маневрирования МТКК "Спейс шаттл'*. Схема ДУ с автономным регулированием давления в баках имеет то же значение Ку, что и ДУ с общим регулированием, но линии вьпесняющего газа для каждого бака в обеих схемах автономные. Обратные клапаны и нормально открытые пироклапаны в этой схеме отсутствуют, соприкосновение паров окислителя н горючего исключается, но дмя обеспечения той же степени надежности требуется большее число редукторов давления. Такая схема более пригодна для ДУ с частым включе. нисм, ее примемяют, 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 змачение с целью максимального снижемия массы баков, Еа>и давление в баках перед запуском ЛА довести до верхнего предела редуктора давления, то некоторое время (до начала работы редуктора давления) ДУ может работать при уменыпающемся давлении в баках; такой ражим работы использовался в ДУ орбитального маневрирования и ДУ РСУ МТКК '*Спейс шаттл", Для обеспечения требуемых расходов компоментов 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 Кщ от задамного значения. Применение кавитируюшцх трубок Вентури позволяет уменьшить разброс значений Кщ. Объединенные ДУ, Эти ДУ имеют схемы, амалогичные рассмотренным выше, но ойи включают двигатели или блоки двигателей разной тяги, работающие в резни н е время 35 ДУ Исз лмий ЖРД манев- апогейный ЫЦЙфЖ Рис. 2.3. Схема ДУ НСЗ 10бвп 1 — упругая диафрагма; 2 — разъемное соединение трубопроводов; 3 — блок вспомогательных камер тяпай по 0,89 Н; 4 — блок основных камер тягой по 22,3 Н; р — датчик давления Рис.