Диссертация (Влияние входных давлений компонентов топлива на точность управления и регулирования многорежимных маршевых кислородно-керосиновых ЖРД типа РД191), страница 3

От двигателей требуется все болееширокий диапазон изменения тяги, который существенно повышает егоэксплуатационные возможности, в том числе, по эффективности максимальнойвыработки заправляемой массы компонентов. Исследования показывают, чтоширокий диапазон регулирования тяги позволяет существенно (до 12%)увеличить полезную нагрузку РН [56].Создание в 80-х годах прошлого века мощных маршевых двигателей РД170и РД171 для РН «Энергия» и РН «Зенит» на компонентах жидкий кислородкеросин, с высоким уровнем энергетических характеристик (тяга в пустоте – 806,416Рисунок 1. Пневмогидравлическая схема двигателя РД107 [4]17тс; давление в камере сгорания – 250 кгс/см2) потребовало высокой точностинастройки и регулирования – погрешность обеспечения режимов по тяге исоотношению расходов компонентов не должна была превышать по ТЗ ±2-3%.Для обеспечения таких требований была разработана уникальная системарегулирования с внутридвигательными обратными связями, замкнутыми нарегулятор командных давлений (РКД), который по командам СУ РН илистендовой системы испытательного комплекса управлял режимом работыдвигателя по тяге и соотношению расходов компонентов.

Такая системапозволила обеспечить высокую точность управления и регулирования непревышающую ±2% по каналу тяги и ±3% по каналу соотношения расходовкомпонентов топлива [56].Двигатель РД170 (РД171) представляет собой кислородно-керосиновыйчетырехкамерный ЖРД. Выполнен по схеме (рисунок 2) с дожиганиемокислительногогенераторногогаза.Подачакомпонентоввкамерыобеспечивается ТНА с осевой турбиной, работающей на генераторном газе,вырабатываемом в двух газогенераторах, и шнекоцентробежными насосами,перед которыми на каждой магистрали подвода компонента установленыбустерные насосные агрегаты, предотвращающие появление кавитации.Длявоспламененияосновныхкомпонентовтопливавкамерахигазогенераторах используется пусковое горючее ПГ-2 (смесь триэтилбора 87% итриэтилалюминия 13%), размещенное в специальных пусковых ампулах.Основными системами двигателя являются: система питания окислителем;система питания горючим; система вакуумирования полости горючего двигателя;система запуска двигателя; пневмосистема; система приводов автоматики;система подогрева газа для бортового наддува бака окислителя; систематермостатирования; система телеметрических измерений; система управления ирегулирования тяги и соотношения расходов компонентов топлива.Система питания окислителем предназначена для подачи окислителя кагрегатам двигателя и включает: фильтр, предназначенный для фильтрацииокислителя, поступающего из бака на вход в двигатель; бустерный насосныйокислителя 1, 21 – привод дросселя окислителя 2, 22 – привод РКД 1, 23 – привод РКД 2, 24 – пневмоприводрасхода горючего, 18 – привод дросселя горючего, 19 – клапан горючего газогенератора, 20 – привод дросселяустройство, 13 – дроссель горючего, 14 – клапан камеры, 15 – регулятор расхода, 16 – РКД, 17 – привод регулятораокислителя, 8 – турбина, 9 – БНА Г, 10 – 1-я ступень насоса горючего, 11 – 2-я ступень насоса горючего, 12 – мерное1 – камера, 2 – газогенератор, 3 – БНА О, 4 – насос окислителя, 5 – теплообменник, 6 – дроссель окислителя, 7 – клапанРисунок 2.

Пневмогидравлическая схема двигателя РД170 (РД171) [56]1819агрегат окислителя (поз. 3), предназначенный для обеспечения бескавитационноготечения жидкости в насосе; шнекоцентробежный одноступенчатый насос (поз. 8),обеспечивающий подачу окислителя к двум газогенераторам, в тракт охлаждениястатора, выхлопного коллектора турбины, узлов качания и газоводов, а также вавтоматическоеокислителяразгрузочное(БНАО);устройстводросселибустерногоокислителянасосного(поз.6),агрегатаизменяющиегидросопротивление трактов от основного насоса окислителя до газогенераторов;клапаны (поз. 7), управляющие подачей окислителя к газогенераторам, при этом взакрытомположениимагистралейобеспечиваетсяокислителядвигателя, впредварительноепроцессекоторогозахолаживаниеобеспечиваетсяестественная циркуляция окислителя, которая предназначена для удаленияобразующегося вследствие испарения газа; тракт течения генераторного газа,включающего коллектор турбины и ее проточную часть; газоводы с узламикачания камер; газовые полости газогенераторов; трубопроводную арматуру.Система питания горючим предназначена для подачи керосина к агрегатамдвигателя и включает: фильтр, предназначенный для фильтрации керосина,поступающего из бака на вход в двигатель; бустерный насосный агрегат горючего(поз.

9), предназначенный для обеспечения безкавитационого течения жидкости внасосе; шнекоцентробежный двухступенчатый насос горючего (поз. 10 – перваяступень; поз. 11 – вторая ступень), обеспечивающий с выхода насоса горючегопервой ступени подачу керосина к четырем камерам (поз. 1), блоку гидропитанияприводов автоматики, гидротурбине бустерного насосного агрегата горючего(БНА Г (поз.

9)), а также для обеспечения промывки тракта пусковых ампул камерпосле их срабатывания, а с выхода из насоса горючего второй ступени подачугорючего в газогенераторы (поз. 2); мерное устройство (поз. 12); дроссельгорючего(поз.13),предназначенныйдляизменениягидравлическогосопротивления тракта горючего двигателя для регулирования в заданныхпределах соотношения расходов компонентов топлива; магистрали подводагорючего к камерам и газогенераторам двигателя с клапанами; регулятор расходагорючего (поз. 15), предназначенный для регулирования режима работы20двигателя путём изменения расхода горючего в тракте питания горючимгазогенераторов на запуске, основном режиме и при останове, а также дляподдержаниятребуемогозначениявеличинырасходагорючегонаустановившемся режиме работы двигателя; РКД (поз. 16), предназначенный дляформирования и выдачи командных давлений на сравнивающие устройстваприводов регулятора и дросселя в процессе работы двигателя.Системарегулирующимиприводоворганамиавтоматикидвигателя:предназначенадросселямидляокислителя,управлениядросселемгорючего, регулятором расхода горючего, идущего в газогенератор, РКД ивключает в себя: блок гидравлического питания, предназначенный для питаниясистемы приводов автоматики рабочей жидкостью (маслом или керосином);электрогидравлические цифровые приводы для управления регулирующимиорганами двигателей; магистрали для обеспечения подвода рабочей жидкости отблока гидравлического питания к приводам регулирующих органов и отдвигателя к блоку гидравлического питания; вспомогательный агрегат питания,являющийся источником гидравлического питания приводов регулирующихорганов.Система управления и регулирования двигателем обеспечивает:− запуск двигателя;− выход на основной режим работы;− работу двигателя на режиме при изменяющихся внешних условиях;− управление и регулирование двигателем по командам СУ;− останов двигателя;Отличительной особенностью системы регулирования двигателей РД170(РД171) являлось наличие внутридвигательных гидромеханических обратныхсвязей по давлению перед смесительной головкой одной из 4-х камер(характеризует уровень тяги двигателя) и по перепаду давления на мерномустройстве в магистрали горючего (поз.

12)(характеризует расход горючегочерез камеры двигателя).Основными агрегатами системы регулирования являлись:21− регулятор расхода горючего на магистрали питания газогенератора соследящим приводом (поз. 15 и 17);− дроссель горючего на магистрали питания камеры со следящим приводом(поз. 13 и 18);− регулятор командных давлений с двумя цифровыми приводами (поз. 16, 22и 23);− два дросселя окислителя с цифровыми приводами (поз. 6, 20 и 21);− пневмопривод регулятора горючего (поз. 24);− трубопроводы отбора управляющих давлений от регулятора командныхдавлений в сравнивающие устройства следящих приводов;− трубопроводы отбора давлений обратных связей от смесительной головкикамеры и мерного устройства в сравнивающие устройства следящихприводов.К сравнивающим устройствам следящих приводов подводится с однойстороны давление от РКД: к приводу регулятора расхода горючего − давление,которое должно быть перед смесительной головкой камеры, к приводу дросселягорючего − давление, которое должно быть в узком сечении мерного устройства(труба Вентури) (поз.

12). С другой стороны, к сравнивающим устройствамподводится фактическое давление соответственно перед смесительной головкойкамеры и в узком сечении мерного устройства. При наличии сигналарассогласования между задаваемым и фактическим значением давлений,например, в сравнивающем устройстве привода регулятора расхода горючего,данный привод изменяет положение исполнительного органа регулятора расходагорючего, в результате чего фактическое значение приближается к заданному.Запуск двигателя РД170 (РД171) до режима предварительной ступениосуществляется перекладкой пневмопривода регулятора горючего (поз. 24) отначального положения (соответствует начальной настройке регулятора) доконечного положения (соответствует настройке регулятора на предварительнуюступень), при этом:22− дроссели окислителя находятся в положении начального открытия;− следящие приводы находятся в исходном положении;− приводы РКД находятся в положениях соответствующих номинальнымзначениям тяги и соотношения расходов компонентов топлива главнойступени.Перевод двигателя с режима предварительной ступени на главную ступеньосуществляется:− перекладкой следящих приводов регулятора и дросселя в сторону ихоткрытия, подачей в требуемой последовательности команд на встроенные вследящие приводы управляющие электрогидроклапаны;− одновременной перекладкой цифровых приводов дросселей окислителя всторону полного их открытия.При этом приводы регулятора командных давлений продолжают находитьсяв положениях, соответствующих номинальным значениям тяги и соотношениярасходов компонентов топлива, обратные связи от сравнивающих устройствследящих приводов отключены.После выхода на режим главной ступени в фиксированные моментывремени, заданные пусковой циклограммой, включаются обратные связи подавлению в камере сгорания и соотношению расходов компонентов топлива, приэтомследящиеприводызанимаютположение,задаваемоерегуляторомкомандных давлений.В дальнейшем управление режимами работы двигателя осуществляетсяподачей команд от системы управления РН на цифровые приводы регуляторакомандных давлений.