Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 71
Текст из файла (страница 71)
При обжатни эластичных баков обеспечивается вытеснение компонентов топлива в двигатель, В сферической оболочке могут быть размещены два полусферических бака (с окислителем и горючим), При сдавливании эластичных баков давлением газа должно быть по возможности исключено образование острых кромок и складок, так как это может привести к преждевременному разрушению эластичной стенки, При использовании конструкции упругих мешков и эластичных баков их можно многократно (до 300 раз) заполнять компонентами топлива н опорожнять без разрушения разделительных устройств, Материалы надувных мешков и эластичных баков должны облапать малой проннцаемостью дпя гелия, эластичностью, прочностью и теплоиэо.
пирующими свойствамн. В качестве материалов надувных мешков и эластичных баков могут быль использованы полнтетрафторзтилен,резина н резииоподобные матерюлы, пластмассы и металлы (гибкая фольга), Стенка надувных мешков и эластичных баков может нмегь один нли нес. колько слоев. В многослойных стенках чередуются герметизирующие и уплотняющие слоя.
Эластичные баки с многослойной стенкой использовались в ДУ КА "Сервейер". Стенка толщиной 0,15 мм состояла из слоев термопластич. ного политетрафторэтнлена с алюминиевой фольгой и сополимера фторн. рованных этилена и пропилена. Введение алюминиевой фольги значитель но уменьшило проницаемость гелия через стенку бака. Эластичные баки устанавливались в цилиндрических баках таким образом, чтобы при вытес. ненни компонентов топлива эластичные баки прижимались к заборному устройству.
Эластичные баки вспомогательной ДУ основного блока КК "Аполлон" изготовлялись из трехслойного нейлона (толщвна стенки 75 мкм) и помещались в оболочки из титановых и алюывниевых сплавов. Для исключения образования складок и разрушения эластичного бака он закреплялся как зонт на трубе заборного устройства Эластичный бак в сферической оболочке может быть закреплен на алюминиевых трубах, установленных на его днище по окружности, При подаче вытесняющего газа в оболочку эластичный бак обжимается к дни. щу, при этом компонент топлива вытесняется из бака в трубки через их отверстия по всей длине.
В цнлшщрическом баке эластичный мешок можно закрепить на трубе с отверстиямаь проходящей по оси бака. Днафрегмеиные разделители. Они представляют собой гибкую диафрагму. Под давлением вытесняющего газа диафрагма прогибается н вытесняет компонент топлива из бака, В сферическом баке можно разместить две диафрагмы с образованием полостей окислителя и горючего, разделенных узкой центральной полостью вытесняющего газа, При такой конструкции бака желательно, чтобы объемы окислителя и горючего были по возможности одинаковы; при этом центр масс бака в процессе работы ДУ смещается незначительно, В последнее время гибкая дшфрагма нашла применение в сферических баках с монотонным падением давления в процессе работы ДУ (гидразиновая ДУ ИСЗ !ЗРМ, ШЕ и многоцелевого модульного многоразового ИСЗ, ДУ ступени разведения МБР М-Х и др.), Следует отметить, что в стандартных ДУ с ЖРДМТ при неполной заправке баков (в ДУ ступени разведения межконтинентальной баллистической ракеты МБР М-Х зто может быть при использовании различных боеголовок) диафрагма подвергается длительным колебаниям, и необходимо проведение специальных испытаний для проверки работоспособности пиаф-~ рагмы в укаэанных условиях.
В качестве материалов диафрагмы могут быть использованы эластомеры, политетрафторзтилен, пластмассы, композиционные материалы, а также металлы — алюминий, коррозионно.стойкая сталь и др. Одной из диафрагм ю неметаллических материалов является диафрагма из многослойного политетрафторзтнлена, но четырехокись азота через нее просачивается.
Материалом диафрагмы в ДУ ИСЗ 1ОЕ служит эластомер ЕРТ-10, а в ДУ многоцелевого модульного многоразового ИСЗ вЂ” зластомер АРЕ-332, На рис, 13.2 показан один из возможных типов крепления дюфрагмы, выполненной из эластомера, в сферическом титановом баке, К преимуществам использования диафрагмы ю зластомера относятся равномерность подачи, возможность многократного (до 120 раз) срабатывания, простота изготовления, выдерживание полетных нагрузок на этапе выведения ИСЗ с Земли при наличии в баках неполной (до 50%) заправки, Однако время эксплуатации ДУ с баком, в котором применена диафрагма из эластомера, ограничено одним-тремя годами.
Существенно большей герметичностью отличаются металлическйе диафрагмы. При их применении отсутствует проблема совместимости с компонентамн топлива, Ниже описан один из испытанных вариантов сферического бака с металлической диафрагмой. Полусферический разделитель юготовлен ю тонкого (0,25 мм) листа коррозионно-стойкой стали АЮ83 321 глубокой штамповкой. Для повышении запаса устойчивости диафрагма упрочнена проволочными кольцами диаметром 0,2 мм ю коррозионно-стойкой стали АЮЯ 308 Е1.С, припаянными к ее поверхности медным припоем.
Для обеспечения лучшей герметичности диафрагма приварена к стенкам бака по периметру. Такая диафрагма может многократно выгибаться (перекладываться) в другую сторону, а прн заполнении компонентом топлива возвращаться в исходное положение. Возможно использование алюминиевых диафрагм со спиральной накаткой, Они, как и стальные диафрагмы, обладают достаточной жесткостью, что уменьшает колебания компонента топлива в баке и обеспечивает его ориентацию при любых ускорениях, но для таких диафрагм труднее обес' лечить многократность срабатывания.
Капиллярно-заборные устройства. При длительных полетах КК с Ду многократного включения система подачи должна обеспечить надежное поступление в двигатели жидких компонентов топлива, свободных от газовых включений, причем время между циклами работы ДУ может рис. 13.2. Коиструкюш креплении диафрагмы, выполяениой из зластомера, в сферическом тнтановом баке: ! — правая полусфера; 2 — стыновой сварной шов; 3 — левая полусфера; 4 — кольцо крепления диафрагмы; 5— диафрагма достигать несколько лет. Поэтому при разработке топливных баков дла ДУ, включаемых в условиях невесомости, большое внимание уделяют конструкции заборных устройств для разделения жидкой и газообразных фаз при подаче компонентов топлива в ЖРД.
Для этой цели наиболее зф. фективным оказалось использование сил поверхностного натяжения, для чего применяют специальные сетки, выбираемые из условия, чтобы силы инерции были значительно меньше капиллярных сил. Внутрнбаковые заборные устройства, работающие по принципу разде. лепна жидкой и газообразных фаз с использованием сил поверхностного натяжения и обеспечивающие многократное включение ЖРД в условиях невесомости, были использованы, в частности, в баках орбитальной ступени КА "Викинг-75", при этом сетчатые устройства и экраны предотвращалн попадание газа в заборные устройства баков.
Капнллярно.заборные устройства баков ДУ орбитального маневрирования и ДУ ориентации МТКК "Спейс шаттл" (рис, 13.3) основаны на применении гидрофобных сетчатых разделителей фаз, выполненных из титана, и служат для ориентации компонентов топлива с использованием снл поверхностного натяжения. Этн устройства обеспечивают разделение ком.
понента топлива и вытесняющего газа при воздействии сил поверхностного натяжения прн любых сочетаниях ускорений н уровней компонентов топлива в баках, возможных в полете МТКК. Капиллярно.заборное устройство бака ДУ орбитального маневрирования в худшем случае должно обеспечить проход газового включения на вход в двигатель объемом не более 0,0283 м, а при работе двигателей ориентации от баков ДУ орбитального маневрирования проход газа вооб.
ще не допускается, Указанное устройство выполнено в виде конической внутрибаковой перегородки над днищем бака, имеющей три съемные титановые панели с мелкоячеистыми сетчатыми элементами, которые имеют форму трапеции, Под указанной перегородкой вдоль днища бака установлены четыре изогнутых сборных коллектора прямоугольного сечения с прямоугол~ ными сетчатыми элементами на стороне коллекторов, обращенных к стенке бака, Компоненты топлива отбираются из бака из внутрибакового плос кого пллиндрического коллектора, к которому сборные коллекторы подсоединены через сильфонные переходники.
В коллекторе имеются выходная задерживающая газ сетка и противовороночные перегородки. Результаты летных испытаний МТКК "Спейс шаттл" показали, что при работе ДУ орбитального маневрирования компоненты топлива без газовых включений поступали через сетчатый экран в коллектор даже в условиях, когда объем переднего отсека бака оставался наполненным лишь на 4 %, Даже при действии отрицательных ускорений в полете компоненты топлива ие перетекали из коллектора через сетчатый экран в передний отсек баков. Рассматриваемое устройство обладает высокой надежностью.
Оно не~ имеет ограничений по числу циклов работы ЖРД орбитального маневриро- бак с капилстпом: (три съемные 2 — пристсночаса); 3 — пыла; 4 — кол- ванна н расходам компонентов топлива, отбираемых для работы ЖРД ориентации. При его использовании в баках необходимо учитывать растворение гелия в компонентах топлива, Для достижения равновесной растворимости гелия в компонентах топлива в баках требуется несколько недель. Использование капиллярных устройств, выполненных в виде совокупности профилированных перфорированных пластин, расположенных в баке в области заборного устройства, является одним нз методов обеспечения разделения жидкости и газа в условиях невесомости при дозаправке ИСЗ на орбите, что является важным фактором обеспечения будущих космических полетов.
13.3. АГРЕГАТЫ НАДДУВА Агрегаты наддува предназначены для создания заданного давления в газовой подушке топливных баков при работе ДУ путем подачи в нее газа. Поэтому системы наддува баков во многом аналогичны вытеснитель. ным системам подачи компонентов топлива, но давление наддува баков существенно меньше давления в баках при вытеснительной подаче и сос. тавляет 0,2 ... 0,4 МПа и лишь в отдельных случаях достигает 0,6 МПа.
Для наддува топливных баков используют как холодный, так и горячий газ. Наддув горячим газом, например с помощью специальных ЖГГ, вызывает некоторое усложнение ДУ, но обеспечивает, как и применение теплообменников, заметное снижение ее массы и поэтому находит применение, особенно для баков горючего крупных РН. Наиболее простым является наддув гелием, хранящимся в специальном баллоне.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
