Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 3
Текст из файла (страница 3)
В некоторых случаях одна и та же двигательная установка выполняет функции и перигейной, и апогейной ДУ. Основной двигатель взлетной ступени спускаемого аппарата и посадочного блока, осуществивших мягкую посадку на Луну и планеты Солнечной системы, называют взлетным. Жидкое Твердое Газообразное Геяеобразное Псеаложнлкое 12 Рулевые (или управляющие) двигатели, или двигатели реактивной системы управления (РСУ), представляют собой вспомогательные двигатели, создающие управляющий момент для управления угловым положением ЛА. Надобность в указанных двигателях для ступеней баллистических ракет (ВР) и РН отсутствует, если в ступени применены два и более двигателей с карданным подвесом. При наличии в ступени одного двигателя с карданным подвесом необходимы лишь двигатели для управления по крену. Например, третья ступень РН "Сатурн-5" имела вспомогательную ДУ из шести ЖРДМТ для управления ло крену, а также для управления ступенью лри пассивном полете по программе "Аполлон".
При шарнирной подвеске четырех основных двигателей ступени также отсутствует надобность в двигателях РСУ. При шарнирной установке четырех рулевых двигателей (такая система применена на второй ступени РН "Восток" и "Союз" ) обеспечивается управление ракеты по тангажу, курсу и крену. Если основной двигатель илн основные двигатели установлены неподвижно, то необходимы двигатели РСУ для управления по всем трем осям. Длн поворота относительно заданной осн ориентации обычно используют два рулевых двигателя (в некоторых случаях две камеры или два сопла), создающих пару снл (управляющий момент) относительно этой оси. Различают два режима работы двигателей РСУ; режим ориентации и режим стабю~иэации.
Реэшм ориентации имеет место при неработающих основных двигателях, при этом отсутствует влияние на движение центра масс, т.е. управление угловым положением КА при ориентации является самоцелью. Двигатели РСУ при ориентации создают моменты, используемые для разворота ИСЗ, КА или КК относительно той или иной оси при их ориентации перед включением тормозного двигателя, ориентации антенны КА на Землю или панелей солнечных батарей на Солнце, ориентации КК на звезды при астрономических исследованиях и т д. Управление угловым положением на режиме сгабилизалии вызвано тем, что тяга основного двигателя никогда не может быть направлена абсолютно точно через центр масс РН или КА, который к тому же смещается по мере расходования компонентов топлива из баков. Поэтому всегда имеется заранее неизвестный возмущающий момент, стремящийся отклонить РН ияи КА от заданного направления.
Для компенсации действия указанного момента при работе основного двнгате>и, а также случайных атмосферных возмущений при подъеме РН необходимо управление ее угловым положением в режиме стабилизации. Цель стабю~изации — не просто влиять на движение центра масс, а обеспечивать нужную траекторию указанного движения. Управление угловым положением при стабилизации является лишь средством для получения нужной траектории движения центра масс.
Часто двигателями РСУ являются ЖРД малой тяги многократного включения, работающими на самовоспламеняющемся топливе. Некоторые ИСЗ и КА имеют одноосную стабилизацию, для чего в их составе имеются по меньшей мере два двигатели малой тяги, создающие крутящий момент. Для трехосной стабилизации ИСЗ, КА и КК (по тангажу, курсу и крену) нужно иметь по меньшей мере шесть РД малой тяги (лля обеспечения дублирования не менее двенадцати двигателей) .
Двигатели коррекции обеспечивают коррекцию траектории ИСЗ, КА и КК, т.е. некоторое изменение направления и скорости их движения. Кор. рекцию осуществляют на основании результатов траекторных измерений. При дальних полетах коррекцию траектории КА и КК обычно проводят 2 ... 3 раза и более. Часто основной двигатель может выполнять одновременно роль двигателя коррекции. Для некоторых связных ИСЗ оказывается необходимой коррекция орбиты для синхронизации обращения спутника с суточным вращением Земли и поддержания неизменного расположения трассы ИСЗ относительно наземных пунктов связи. Коррекция периода орбиты необходима также при выводе стационарного ИСЗ.
Двигатели компенсируют действие возмущений на ИСЗ, вызванных солнечным ветром, влиянием гравитационных полей Луны и Солнца, а также неравномерностью гравитационного поля Земли; эти возмущения 13 приводят к изменениям наклона плоскости орбиты, долготы, высоты ИСЗ над уровнем моря и углового поворота ИСЗ относительно его цен- тра масс, Тормозные двигатели предназначены для торможения ЛА или его частей.
Основная составляющая тяги тормозного двигателя направле- на против вектора скорости ЛА. Тормозные двигатели обеспечивают отде- ление отработавших ступеней РН, отделение ИСЗ, КА или КК от РН, тормо- жение при подлете к Луне или планете для выхода на орбиту их спут- ника, торможение при сходе ИСЗ, искусственньпс спутников планет (Лу- ны) при сходе с орбиты или посадочных блоков КК при посадке, мяг- кую посадку указанных ЛА на Луну или планеты, не имеющие достаточ- но плотной атмосферы. Последние двигатели называют также посадоч- ными, Тормозной двигатель может быль одновременно и двигателем кор- рекции, ДУ орбипзльного маневрирования предназначены для перемещения ИСЗ или КА на орбите, но могут в некоторых случаях выполнять роль основных н тормозных Ду.
ДУ стыковки или сближающе-корректирующие Ду используются для стыковки двух КА на орбите, Наибольшее влияние на конструкцию и характеристики ДУ оказыва- ет вид подачи компонентов топлива в ЖРД. Различают ДУ с вытеснитель- ной и насосной подачей. В составе ЖРД с насосной подачей имеются насосы и агрегат для их привода; им чаще всего является газовая турбина. Ее обьединяют вместе с одним или двумя насосами в так называемый гурболасосный агрегат (ТНА). Для привода турбины в составе ЖРД с ТНА'необходимо иметь газогенератор. В зависимости от того, выбрасывается ли отработанный газ из турбины в окружающую среду или вводится в основную камеру и дожигается в ней, различают двигатели без дожигания и двигатели с дожиганием.
Выгеснигельной подачей называют подачу компонентов топлива в камеру путем нх вьпеснения из топливных баков. В составе ЖРД с вьпеснительной подачей нег агрегатов подачи; они входят в состав ДУ. Для вьпеснения компонентов топлива в газовые объемы баков подается газ, заранее запасенный под высоким давлением в специальном баллоне либо вырабатываемый в жидкостном (ЖГГ) или твердотопливном (ТГГ) газогенераторе. ДУ с ЖРД различают также по следующим признакам, в основном одинаково пригодным для обоих видов подачи.
1, По числу используемых компонентов топлива различают одно-. двух- и трехкомпонеитные ДУ. В однокомлонелгных Ду, в которых наиболее часто используют вы- теснительную подачу, система подачи относительно простая — имеются бак и магистраль только одного компонента и требуется обеспечить по- дачу в двигатель лишь одного компонента. В качестве однокомпонент- ного топлива на начальном этапе разработки вспомогательных одноком- !4 пояентных ДУ для ИСЗ, КА и КК использовалась высококонцентрированная (80 ... 95 %) перекись водорода НзОт.
В настоящее время такие вспомогательные ДУ применяют лишь в системах ориентации ступеней некоторых японских РН. В других вспомогательных однокомпонентных Ду перекись водорода вытеснена гидразином, при этом обеспечено увеличение удельного импульса примерно на 30 %.
Кроме того, гидразнн обладает длительной стабильностью при хранении; он более стабилен, чем перекись водорода, которая при контакте со многими конструкционнымн материалами и при наличии загрязнений легко разлагается. Широкому прнменению гидразина в ЖРДМТ в значительной стещни способствовало создание высоконадежных катализаторов с большим ресурсом, в нстности катализатора "Шелл- 405". Однако применение гидразина в ДУ сопряжено с определенными трудностями в связи с его токсичностью, высокой стоимостью, загрязнениемм окружающей среды при его производстве, а также в связи со склонностью гидразина к детонации (напрнмер, при аднабатном сжатии паров в магистрали ДУ на переходных режимах ее работы) . ИСЗ и КА, выводимые на орбиту в грузовом отсеке МТКК, считаются опасным грузом, если их ДУ заправлена гидразином.
Однокомпонелтные ДУ отли нются высокой надежностью. Например, коррекция стационарной орбиты ИСЗ связи АТЗ-1 обеспечивалась с помощью ДУ, в состав которой входнлн ЖРДМТ, работавшие на перекиси водорода в течение очень длительною срока (более 19 лет), и эксплуатация спутника была прекращена лишь после его израсходования в баке Ду. Наиболее широко применяют двухкомлонеяглые ДУ, обладающие более высокими энергетическими характеристиками по сравнению с однокомпонентными ДУ. Но двухкомпонентные ДУ сложнее по конструк. ции, чем однокомпонентные.
Из-эа наличия баков окислителя и горючего, более сложной системы трубопроводов и необходимости обеспечения требуемого соотношения компонентов топлива (коэффициента К,„). В ДУ ИСЗ, КК и КА часто применяют не один, а несколько баков окислителя и горючего, что дополнительно усложняет систему трубопроводов двухкомпонентной ДУ. Трехкомлолелглые ДУ относятся к числу перспективных.
2. По числу используемых топянв все ДУ, применяемые в настоящее время, являются одногоиаивными, т.е. их двигатели все время работают на одном и том же топливе. Однако уже предложены схемы Ду, в которых двигатели на на вльном этапе полета работают на одном топливе (напРимеР, (От) ж + кеРосин), а на завершающем этапе — на дРУ- том топливе (например> (Ог) ж + (Нг) ж) .
Такие ДУ называют двухтолливлыми Для них рассматривают применение только насосной подачи. 3. По особенностям шпользувмых ЖРТ н их компонентов их подразделяют: по относительному значению давления насьпценного пара или критической температуре; 15 по различному взаимодействию при контакте их компонентов; по уровню энергетических характеристик ЖРТ; по токсичности н коррозионной активности компонентов. По относительному значению давления насыщенного пара или кри- тической температуре различают высококипяшие, низкокипящие и 1срио- генные компоненты ЖРТ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
