Трушляков В.И. и др. Монография, страница 10

имеют высокую точность, позволяют намного снизить гарантийные запасы н тем самым существенно повысить энергетику ракет с ЖРД. Наиболее сложными и ответственными моментами при построении аппаратуры СОБ является создание высокоточных дискретных уровнемеров, способных 46 работать в бортовых системах с КРТ с агрессивными или криогенными свойствами, а также обеспечение высокой надежности СОБ, т.к.

ее отказ в предельных случаях может привести к аварийной ситуации. Использование СОБ позволяет снизить гарантийные остатки КРТ к моменту выключения ЖРД до 0,3 % от начальных рабочих запасов КРТ. Зта точность обусловлена точностью измерений уровней КРТ в баках, инерционностью исполнительных органов. В общем случае СОБ уменьшает только ту часп гарантийных запасов (она достигает до 80 % от общих), которая обусловлена разбросом секундных расходов КРТ.

Такие составляющие гарантийных запасов как возможный разброс удельного импульса ЖРД, весовые разбросы, температурные, конструкционные (свыше десятка составляющих) рассматриваемой СОБ не компенси- руются. Обеспечение опережающей выработки наиболее токсичного компонента топлива в ЖРД на компонентах топлива АК27-И и НДМГ, в отличие от ЖРД иа кислороде и керосине, может быть достигнуто выключением по фактическому окончанию КРТ. В частности, ДУ первой ступени РН «Космос» может выключаться по следующей схеме: при уменьшении компонента до некоторой величины происходит уменьшение давления на входе в насос (за счет уменьшения давления наддува в баке и высоты столба компонента), в результате чего лакает давление в камере сгорания с 75 до 30 атм. При давлении 30 атм.

происходит перекрытие подачи КРТ в газогенератор и основные магистрали, ведущие в двигатель 19,14). Традиционное выключение ЖРД осуществляется по команде из СУ при наборе заданного значения функционала, в том числе и для РН типа «Союз», «Протон», «Космос». При зтом остаются значительные количества КРТ, в том числе гарантийные, остатки недозабора, заливка двигателя. Известны способы выключения ЖРД, основанные на регулировании секундных расходов и формировании команды, соответствующей (по прогнозу) окончанию КРТ. Однако если в первом случае выключение ЖРД по набору заданного значения функционала приводит к остаткам токсичных КРТ в баках и загрязнению районов падения ОЧ, то во втором случае увеличивается площадь отчуждения районов, что также неприемлемо и, кроме того, остаются невыработанные запасы КРТ, но в меньших количествах (примерно 0,3 % от начальной рабочей заправки КРТ). Одним из способов регулирования расходов КРТ, обеспечивающим номинальное соотношение секундных расходов КРТ, является опереяающая выработка наиболее токсичного КРТ, а именно НДМГ.

47 Схема действия предлагаемого способа заключается в том, что определение излишков наиболее токсичного КРТ производят после прохождения РН плотных слоев атмосферы и прогнозируют их в момент выключения ЖРД; регулируя соотношение расходов КРТ, доводят до минимума прогнозируемые излишки наиболее токсичного КРТ, изменяют секундный расход КРТ к номинальным значениям, а выключение ЖРД осуществляют по падению давления наиболее токсичного КРТ. Для повышения точности измерения уровней КРТ, а также для накопления излишков НДМГ, определение их производят после прохождения плотных слоев атмосферы на участке разворота РН с постоянной угловой скоростью.

Это обусловлено тем, что при движении в плотных слоях атмосферы возможны порывы ветра, в результате чего происходит раскачка зеркала свободных поверхностей КРТ. Эта раскачка вызвана отклонением управляющих органов при парировании ветровых возмущений. Например, для РН "Космос" ветровые порывы до 100-й секунды полета (Н = 50 км) приводят к отклонению управляющих органов до !2 — 18' (максимальное отклонение 24') с большим градиентом нарастания отклонения. Это ухудшает точность измерения датчиков уровней КРТ, т.к. амплитуда колебаний зеркал свободных поверхностей КРТ может достигать 5-10'. Наличие разрывов в упювой скорости программного разворота приводит так- же к ступенчатому отклонению рулевых органов и соответственно раскачке зеркал свободных поверхностей КРТ.

В этой связи, определение излишков наиболее токсичного КРТ и увеличение его секундного расхода предлагается проводить после выхода РН нз плотных слоев атмосферы, что соответствует второй половине АУТ. Одним из направлений уменьшения остатков КРТ на АУТ является максимальная выработка топлива. При подходе зеркала свободной поверхности КРТ к заборному устройству при наличии его колебаний, возможно преждевременное оголение заборного устройства.

Например, на первой ступени РН "Космос" имеется два выхода в насос горючего, разнесенные между собой на расстояние 900 мм от продольной оси. При отклонении зеркала свободной поверхности на 1-2' от горизонтального положения, что соответствует очень малым амплитудам колебаний, происходит оголение одного из заборных устройств, в результате чего один из двух блоков двигателя (всего четыре камеры ЖРД, по две в каждом блоке) отключается на — 0,6 с раньше другого. Неодновременность выключения камер ЖРД приводит к тому, что возникает их разнотяговость, н, как следствие этого, появляются большие моменты, прикладываемые к РН.

Обеспечение тре- 48 буемой точности стабилизации в этой ступени практически невозможно. Ситуация усложняется тем, что в данный момент времени происходит разделение ступеней. Таким образом, для избежания преждевременного оголения заборного устройства при наличии повышенных колебаний зеркала свободной поверхности необходимо подготовить РН к моменту выроботки наиболее токсичного КРТ.

Эта подготовка заключается в том, что при переходе на дожигающую траекторию (где окончание топлива может произойти в любой момент времени) или перед выключением ЖРД исключаются скачки в программе тангажа в течение интервала времени не менее Т. За время Т амплитуды колебаний, полученные за счет последне- го ступенчатого программного изменения программы тангажа, уменьшаются до минимальных значений, и зеркало свободной поверхности займет свое невозму- щенное положение. В связи с развитием вычислительной техники появилась возможность разработки сравнительно дешевой СУ, включающей в свой состав измерительные датчики (например, акселерометры нли интегрирующие гироскопы, для которых не нужно гнростабилизированной платформы, которая является наиболее дорогостоящим прибором), БЦВМ, обладающей значительно более низкими характеристиками по быстродействию, емкости, надежности по сравнению с БЦВМ в СУ для выведения РН.

Данный метод снижения остатков КРТ предполагает наличие специального дожнгающего ЖРД. В частном случае, например, для РН «Космос», можно использовать рулевые двигатели первой ступени после их доработки. СУ должна обеспечить управление движением по траектории движения, чтобы при выключении ЖРД в любой момент времени точка падения ОЧ1 не изме- нялась. После окончания одного из КРТ вскрывают магистрали ДУ н продувают их оставшимися газами наддува. В дальнейшем (при спуске в атмосфере) для уменьшения аэродинамических нагрузок на корпус ОЧ! его разворачивают в плоскости полета до момента достижения минимальной величины суммарной перегрузки, действующей на ОЧ1. В штатном варианте для РН «Циклон» приняты постоянные по весу дозы заправки при всех условиях эксплуатации РН независимо от веса выводимого КА, наклонения его орбиты, времени года пуска и т.д. Прн этом энергетические возможности РН полностью не используются.

На всех ступенях РН остаются рабо- 49 чие запасы топлива, в том числе на 1 ступени от 1000 до 2000 кг в зависимости от массы выводимого КА (табл. 2.8) и времени года пуска РН, т.е. используемой сезонной программы. Кроме того, остаются (частнчно или полностью) конструктивные остатки и гарантийные запасы (табл. 2.8). С целью максимального уменьшения остатков топлива на борту отделяющейся части 1 ступени предложена и реализована индивнцуальная заправка 1 ступени, характеризующаяся уменьшением штатных доз заправки (недозаправки) на величины, обусловленные массой КА и типом применяемой сезонной программы управления. При этом дозы заправки П и 111 ступеней остаются штатными (постоянными по массе) при всех условиях эксплуатации.