Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 5
Текст из файла (страница 5)
В апогейной ДУ ИСЗ "Лисат" применены два ЖРД, но намеченный маневр может выполнить один двигатель (второй является резервным). 19 Если в одном из двух указанных двигателей клапан по какой-либо причине заклинит в закрытом положении, то компоненты топлива перепускаются ко второму двигателю. Если клапан заклинит в открытом положении или возникнет опасная негерметичность одного из двигателей, то перекрываются топливные магистрали к нему. ДУ КА "Галилей" (она аналогична ДУ ИСЗ "Симфония" ) является полностью зарезервированной с двумя блоками по семь двигателей в каждом.
11. По особенностям разработки ДУ для данного ЛА Ду подразделяются на вновь разработанные, модифицированные и стандартные. Модифицированные ДУ основываются на ранее разработанных ДУ; по срокам разработки и надежности такие ДУ часто превосходят вновь разработанные ДУ. Стандартные ДУ можно использовать в различных ЛА (в частности, в различных ИСЗ). В стандартных ДУ масса компонентов топлива, заправляемая в баки, различна в зависимости от конкретной задачи данного ЛА. Характеристики ряда ЖРД ступеней ракет и КК приведены в прююжении. 1.4.
ТРЕБОВАНИЯ К ДВИГАТЕЛЬНЫМ УСТАНОВКАМ Эффективность использования ДУ в составе ЛА возрастает с увеличением значения обеспечиваемой ею характеристической скорости. Указанную скорость можно определить по известному уравнению Циолковского: характеристическая скорость прямо пропорциональна удельному импульсу тяги в пустоте и натуральному логарифму отношения начальной и конечной (после выключения двигателя) масс ЛА. Следовательно, при проектировании ДУ в первую очередь следует обеспечивать возможно большее значение удельного импульса тяги. Снижение массы сухой ДУ (она в основном определяет конечную массу ЛА) также важно, но оно менее эффективно, так как отношение масс в уравнении Циолковского стоит под знаком логарифма. Весьма эффективным способом получения больших значений характеристической скорости является применение составной (многоступенчатой) ракеты.
Такие ракеты состоят из двух и более ступеней. Многоступенчатые ракеты подразделяют на ракеты с поперечным и продольным делением (рнс. 1.2). На рис. 1,3 изображена советская трехступенчатая ракета-носитель "Восток" (высота 38 м), с помощью которой осуществлялись исторические запуски кораблей-спутников "Восток", в том числе запуск первого в мире пилотируемого корабля 12 апреля 1961 г, с космонавтом Ю.А.
Гагариным. Указанная ракета имеет продольное деление первой и второй ступеней н поперечное деление второй и третьей ступеней. 20 ан ень реннйньье рнннн перЬе ппуненн и Рпе. 1.2. Схемы дпухступепчатых ракет: а — е поперечным давлением; б — с продольным дапленнем; 1 — пнроболты Эффективность многоступенчатых ракет объясняется тем, что в конечную массу ЛА согласно уравнению Циолковского входит только конечная масса последней ступени (без массы отделившихся ступеней).
Снижение массы наименее эффективно на первой ступени и наиболее эффективно на поаьещьей. Поэтому снижению массы ДУ и остатков компонентов топлива (рабочего тела) на послещьих ступенях уделяют наибольшее внимание. Снижение массы ДУ достигается при обеспечении компактности ее конструкции (все узлы и агрегаты ДУ размещают в возможно меньшем объеме), при использовании конструкционных материалов с высокой удельной прочностью и компонентов топлива с большой плотностью. Эффективность возрастает, если непроизводительные затраты компонентов топлива в период запуска двигателя маны, а после его выключения в баках остается лишь малое количество неиспользованных компонентов топлива.
ДУ должна обеспечивать возможность изменения тяги и создания моментов и сил для управления траекторией полета ЛА. Двигательная установка должна отвечать также следующим требованиям: 1) высокая надежность, т.е. гарантия безотказной работоспособности в течение заданного времени в заданных условиях. Особенно большие требования предьявляют к надежности ДУ пилотируемых комплексов. Например, обеспечение высокой надежности бьпю важнейшим требованием ко всем РД ракет-носителей "Союз", "Сатурн.5" и "Энергия", КК "'Аполон" и "Салют", а также МТКК "Спейс шаттл"; 21 Рис.
!.3. Трехступенчатая ракетамоситель 'Восток'", обеспеигвыоиин вывод на ор. биту искусственных спутников Земли и космических аппаратов: 1 — боковые блоки с двигателем РД-107 (блоки первой ступени); 2 — центральный блок с двигателем РД-108 (блок второй ступени); 2 — третья ступень 2) возмозгно меньшая стоимость разработки.
Указанная стоимость в значительной степени определяется стоимостью изготовления ДУ (т.е. стоимостью конструкционных материалов, затратами на разработку техно. логий, оснащение производства технологическим оборудованием и на собственно изготовление, сборку и контроль качества), а такхсе стоимостью доводочных испытаний (т.е. стоимостью узлов и агрегатов ДУ, использованных для доводки; стоимостью компонентов топлива, испытательных стендов; затратами на персонал для испытаний), включая стендовые испытания в составе ракетной ступени н доводочные испытания в составе ЛА; 3) возмохгло меньшее время разработки, которым является время 22 от начала разработки до начала летных испытаний или эксплуатации.
Указанное время для ЖРД большой тяги составляет 5 ... 10 лет, например для ЖРД 3-2 и ЗАМЕ оно составило 6 и 9 лет соответственно; 4) наименьший риск неудачи разработки, который возможен в тех случаях, когда в конструкцию ДУ закладываются технические решения, прошедшие достаточную проверку; 5) возмоэгно меньшее загрязнение окружающей среды. Компоненты топлива и нх продукты сгорания должны быть нетокснчными (безвредными для человека, живых организмов н растительности); в особенности это относится к ДУ, включаюшимся на земле и под водой. В наибольшей степени этому требованию удовлетворяют ДУ, работающие на жидком кислороде и жидком водороде.
Однако в случае утечек водорода при его определенной концентрации в воздухе могут возникать взрывоопасные смеси. Углеводородные горючие типа керосина и жидкий кислород как компоненты топлива нетоксичны, а их продукты сгорания токсичны лишь в некоторой степени пз-эа наличия окиси углерода СО, которую при наземных испьпаниях следует дожигать в специальных устройствах, входящих в испытательный стенд.
Такие компоненты топлива, как четырехокись азота (азотный тетроксид) ХтОч, гидраэин ХзНч, монометилгидразин (ММГ) НзХ вЂ” 1ЧН(СНз) и несимметричный диметш~гидразин (НДМГ) НзН вЂ” 1ч(СНэл и их продукты сгорания, являются токсичными и цредставляют опасность для обслуживаю1цего персонала; 6) возможно меньшие габаритные размеры. Обычно имеются большие ограничения по длине. Поэтому в ДУ КА ограничиваются реализуемые значения отношения плошади выходного сечения н минимального сечения сопла еа . Компактные по длине ДУ дпя ИСЗ, доставляемых в грузовом отсеке МТКК, позволяют существенно снизить стоимость доставки ИСЗ с ДУ на низкую околоземную орбиту, так как стоимость транспортировки пропорциональна длине грузового отсека; 7) щюстош, дешевизна и безопасность перевозки, хранения и предполетного обслуживания, а также неуязвимость при эксплуатации, т.е.
нечувствительность к внешним воздействиям, например к загрязнению компонентов топлива, к различным ошибкам обслуживающего персо. нала и т д.; 8) относительная простота схемы и реализующей ее конструкции и технологичность, Процессы изготовления (штамповки, литья, механп пекой обработки) деталей ДУ, а также процессы сварки, пайки, сборки узлов, агрегатов двигателя и ДУ в целом и контроль их качества должны быть достаточно простыми. Кроме того, указанные процессы должны обеспечивать возможность автоматизации, а конструкция узлов н агрегатов ДУ должна позволять использование неразрушаюших методов контроля (НМК) на любых этапах сборки и сдачи заказчику.
ДУ должны обеспечивать работоспособность при воздействии на ее элементы всех факторов, характернмх дпя перевозки, хранения и экс- 23 плуатации. Например, ЖРД ДУ РСУ корабля "Спейс Шаггп" должны быть работоспособными при следующих максимальных условиях: ударная нагрузка 1,5 яз; ускорение +5 яз; акустические колебания 155 дБ; давление окружающей среды 1 10'е мм рт. стп рабочие температуры для всех элементов, кроме клапанов и электронагревателей, — 40 ... +121 'С; относительная влажность воздуха 0 ...
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
