Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Высококипящим компонентом ЖРТ называют компонент ракет- ного топлива, имеющий при максимальной температуре в ущювиях эк- сплуатации или хранения давление насыщенного пара ниже допустимого уровня по условиям прочности топливных баков. Высококипяшие компоненты топлива могут длительное время хра. ннться в земных условиях (температура кипения значительно выше нор- мальной температуры); к таким компонентам относятся,в частности, керосин (ВР-1) и эталон (этиловый спирт), Высококипящие компоненты топлива можно хранить в конденсиро- ванном состоянии в герметичных стационарных емкостях и топливных баках без охлаждения компонентов, при этом практически нет потерь на испарение, Ниэкокипящим компонентом ЖРТ называют компонент жидсо- го ракетного топлива, имеющий при максимальной температуре в усло- виях эксплуатации или хранения давление насьпценного пара выше до- пустимого уровня по условиям прочности топливных баков.
Низкокипящие компоненты топлива способны длительное время храниться в космических условиях (температура их кипения лишь нем- ного ниже нормальной температуры); к таким компонентам топлива относят, в частности, горючие пропан СзНа н аммиак ХНэ, а также такой окислитель, как азотный тетраксид ХзО,, Низкокипящий компонент топлива нельзя хранить в конденсированном состоянии в герметичных топливных баках без его охлаждения или возврата конденсата, Криогенным компонентом ЖРТ называют компонент жидкого ракетного топлива, имеющий критическую температуру, меньшую, чем максимальная температура в условиях эксплуатации нли хранения. У криогенных компонентов топлива температура кипения при нор- мальных условиях ниже 100 К. Их нельзя хранить в конпенсирован- ном состоянии в герметичных емкостях без охлаждения или возврата конденсата.
Для исключения больших потерь на испарение баки и магистрали кри- огенных компонентов топлива должны обладать эффективной и обыч- но достаточно массивной теплоизоляцией, а при использовании в составе КА требуется система конденсации испаряющихся компонентов, что услож- няет конструкции ДУ и требует затрат энергии. К криогенным компонен- там топлива относятся жидкие кислород, водород, фтор и метан. По различному взаимодействию при контакте компонентов ЖРТ под- разделяют на самовоспламеняющиеся, ограниченно-самовоспламеняющие- ся и несамовоспламеняющиеся. 1б Самовоспламеняющимся жидким топливом называют жидкое ракцгное топливо, воспламеняющееся при контакте компонентов в жтщком' состоянии во всем диапазоне давлений и температур, имеющих место при эксплуатации ЖРД; к самовоспламеняющимся топливам относятся топлива Хз 0» + ММГ, Хз 0» + КзН», 1чт О» + НДМГ, а также все топлива на осиове фтора. Несамовоспламеняющимися топливами являются все топлива на основе кислорода, в том числе (От) ж+ керосин (КР-1) и (Оз)ж+ (Нт) ж.
По уровню энергетических характеристик ЖРТ можно вьщелнть топлива; н и з к о э не рге ти че с к не (сотносительнонизкимудельнымимпульсом — однокомпонентные н др.); среднеэнергетические (со средним удельным импульсом — (От) ж+ керосин (КР.1), Хт 0„+ ММГ и др.); высокоэнергетические (с высоким удельным импульсом: (От)ж+ + (Нт)ж, (Рз)мс+ (Нт) ж идр) ° По гоксичносги и корроэионной активности компонентов различают ЖРТ: на нетоксичных и некоррозионно-активных компонентах топлива — (О, ) ж, углеводородные горючие и др4 на токсичных и коррозионно-активных компонентах топлива— ММГ, НДМГ н особенно (Рт) ж. 4. По развиваемой тяге различают ДУ: малой тяги (0,01 ...
1600 Н); средней тяги (1,б кН ... 10 МН); большой тяги (1 ... 1О МН); сверхбольшой тяги (свыше 10 МН) . 5, По особенностям режима работы ДУ подразделяют: по характеру работы, числу циклов работы н по возможности и диапазону изменения тяги, По характеру работы различают ДУ непрерывного действия и импульсные ДУ. ДУ непрерывного действия могут быть с одноразовым и многократным включением; у ннх время непрерывной работы значительно больше времени выхода на номинальный режим и времени спада тяги.
У и м и у л ьсн ы х ДУ эа коротким периодом работы следует также короткий период, в течение которого двигатель выключен, причем указанные периоды часто сменяют один другой. Импульсные ДУ необходимы, в частности, для систем стабилизации и ориентации спутников н космических аппаратов. По числу циклов работы различают ДУ: с одним циклом работы (8БМЕ, Р-1, РД-107, РД-108, РД-253 и др.); с несколькими циклами работы (7-2 и др.); с многочисленными (до 10») циклами работы (большинство ЖРДМТ); По возможности и диапазону изменения тяги можно выдельпь ДУ: !т с неуправляемой тягой; с относительно небольшим (х5 ... 10%) диапазоном изменения ваги; со средним дросселированием (например, у ЖРД 55МЕ до 65 %Р„м); с глубоким дросселированием (например, до 10 %Ряс у посадочного ЖРД лунной ступени КК "Аполлон" ) .
6. По месту заправки компонентами топлива различают ДУ с зйправкой перед стартом и заправкой на заводе-изготовителе (снаряжагные ДУ). 7. По степени связи баков и двигателей (блоков двигателей) в составе ДУ (для ИСЗ, КА, КК или ступеней РН, имеющих блоки двигателей одинакового или разного назначения, например основные (маршевые) двигатели и вспомогательные двигатели (двигатели ориентации и др.) ДУ подразделяют на автономные, обьединенные и частично связанные. В автономных ДУ каждый двигатель или блок двигателей использует для своей работы компоненты топлива из отдельных баков, т.е. такие ДУ по пневмогидравлической схеме не зависят друг от друга. Недостаток автономных ДУ состоит в том, что для каждой ДУ в баках необходимо предусмотреть остатки компонентов топлива, причем они не могут быть использованы двигателями другой ДУ.
В объединенных ДУ все двигатели (одиночные или в виде блоков) используют общие топливные баки. Например, остатки компонентов топлива маршевой ДУ ИСЗ или КА (она обычно имеет небольшое число циклов работы) можно использовать для двигателей вспомогательной ДУ (например, ДУ ориентации), для которых характерны очень малые расходы компонентов топлива. В этом случае время ее работы можно заметно увеличить, при этом увеличивается срок эксплуатации ИСЗ или КА, часто зависящий именно от наличия компонентов топлива для двигателей ориентации.
При том же сроке эксплуатации ИСЗ н КА можно уменьшить массу компонентов топлива (для некоторых ИСЗ на 20...40 кг) и снизить стоимость указанных аппаратов. Поэтому во всех вновь разрабатываемых зарубежных ИСЗ, КК и КА отдают предпочтение объединенным ду. Большим преимуществом обьединенньпс ДУ является также то, что в случае выхода из строя основного двигателя ДУ он может быть отключен, а необходимый маневр выполняется с помощью вспомогательных двигателей. Зто существенно повышает надежность КА. Примером объединенной ДУ являются блоки ДУ орбитального маневрирования второй ступени МТКК "Спейс шаттл"; ее ЖРД могут работать как от баков, расположенных в той же гондоле, так и от баков другой гондолы, Для обьединения указанных блоков используются магистрали закольцовки, причем на магистрали окислителя н на магистрали горючего имеются параллельно дублированные клапаны.
В частично связанных Ду предусматривается возможность работы ДУ меньшей тяги от баков ДУ большей тяги. Примером таких ДУ являются ДУ орбитального маневрирования и ДУ РСУ МТКК "Спейс шаттл". Задние блоки ДУ ориентации могут работать с отбором компонентов топлива иэ баков ДУ орбитального маневрирования, причем в этом случае последние 1а работают в режиме расширения газовой подушки в диапазоне давления от 1,836 до 1,643 МПа.
Для этих целей имеются магистрали окислителя и го- рючего для закольцовкн баков ДУ орбитального маневрирования и ДУ РСУ, на которых установлены параллельно дублированные отсечные клапаны. Указанная связь обеспечивает дополнительную гибкость и надежность эк- сплуатации МТКХ. 8, По способу обеспечения забора компонентов топлива баков раз- личают ДУ: с использованием вспомогательных РД малой тяги (РДТТ или ЖРД) для осаждения компонентов топлива в баках перед запуском в услови- ях невесомости; с разделительным устройством (например, упругой мембраной в ба- ках для ДУ с вьпеснительной подачей); с капиллярно-заборными устройствами в баках, использующими силы поверхностного натяжения жидкости. Внутрибаковые устройства рассмотрены в подразд.
13.2, 9. По типу стабилизации, для которого предназначена ДУ, различают ЛА с трехосной стабилизацией и ЛА, стабю)изируемые вращением. В состав ДУ ЛА с трехосной стабилизацией входят двигатели, обеспечи- вающие управление по тангажу, курсу и крену (в том числе путем отк- лонения двигателей в шарнирных или карданных подвесах) . Для ИСЗ с ЖРД предпочтительной является трехосная стабилизация.
В состав ИСЗ часто входит инерциальная система отсчета, которую можно использовать и при выведении. При трехосной стабилизации можно зна- чительно раньше, чем при стабилизации вращением, развернуть антенны и солнечные батареи. ДУ ЛА, стабилизируемые вращением, включают в себя двигатели, создающие крутящий момент. Частота вращения ЛА может быть от 1 до 90 мин ' (ИСЗ "Симфония" ). Стабилизация вращением применяется для межорбитальных букси- ров (за исключением буксира П18, где использована трехосная стабили- зация). Стабилизацию вращением проще реализовать, чем трехосную стаби- лизацию.
10. По надежности различают ДУ: нормальной надежности; повышенной надежности; повышенной надежностью обладают одно- и двухкомпонентные объединенные ДУ, в которых широко используются дублирование и резервирование узлов и агрегатов. Ниже рассмотрены не- которые примеры дублирования и резервирования, в том числе при опи- сании схем конкретных ДУ. Дублированные клапаны использовались на линии вытесняющего га- за н в топливных магистралях ДУ орбитального блока КА "Викинг-75".
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
