Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 73
Текст из файла (страница 73)
В ЖРД ЗЗМЕ газоводы являются основными элементами конструкции, на которых закреплены два ЖГГ (с помощью сварных соединений), основные ТНА, смесительная головка и камера в целом (рис, 14,1); 5) доступ к узлам и агрегатам, необходимый при сборке, а для многоразовых ЖРД и при послеполетном техническом обслуживании, С этой целью, в частности, основные ТНА ЖРД ЗЯМЕ установлены на смесительной головке камеры под некоторым углом к продольной оси двигателя; это облегчает доступ к ТНА, когда двигатель установлен на орбитальную ступень МТКК "Спейс шаттл"; 6) минимальная площадь донной поверхности; это уменьшает массу донного термоэащитного экрана; число ЖРД с карданным подвесом долж.
но быть возможно меньшим, но достаточным для управления РН или МТКК Компоновка ДУ существенно зависит от формы и взаимного расположения баков, от положения двигателей относительно баков, а также от числа двигателей. Компоновка ДУ ракетной ступени с одним ЖРД и с вытеснительной подачей показана на рис. 14.2 на примере блока второй ступени японской РН Н-Н. Камера ЖРД с вытеснительной подачей дпл сохранения длины ракеты может размещаться внутри кольцевых баков окислителя и горючего. В этих же целях ЖРД с ТНА может быть расположен в одном иэ баков (в частности, в баке горючего) .
Топливные баки и гелиевые баллоны могут располагаться вокруг корпуса ИСЗ, что позволяет уменьшить его длину и более экономично использовать грузовой отсек МТКК, если спутник запускается на орбиту из корабля. Можно отметить тенденцию к меньшему 6 числу топливных баков. Например, ДУ ИСЗ с двумя баками предпочтительнее, чем с четырьмя баками в связи с упрощением системы трубопроводов и уменьшением числа отсечных клапанов. 352 Рис. 14.2.
Блок второй ступени японской РН Н-Н: 1 — сопловой насадок; 2 — камера; 3 — бак горю- чего (аарозип-50); 4 — бак окислителл 14,0,; 5— снловал рама; 6 — сферические баллоны с гелием Для поддержания динамической балансировки ИСЗ, стабилизируемой вращением, по мере расходования компонентов топлива все баки располагаются на одинаковом расстоянии от оси вращения спутника, причем диаметрально противоположные баки попарно соединены уравнительными зрубопроводами. ДУ ИСЗ может быть смонтирована на трубчатом пространственном узле, позволяющем разместить все двигатели на необходимом расстоянии от оси вращения спутника.
Указанный узел должен сохранять жесткость при воздействии вибрационных нагрузок. Число ЖРД в ДУ. В состав основной ДУ ступени РН илн МТКК может входить от одного до восьми основных двигателей (см. приложение); обычно используют от трех до пяти ЖРД. Применение ДУ, состоящей из нескольких ЖРД, при наличии отработанного двигателя определенной тяги обеспечивает создание ДУ большой тяги в более короткий срок, т.е. существенно расширяются возможности ис.
пользования данного двигателя. С увеличением числа ЖРД в ДУ упрощается изготовление, отработка (требуется меньшее время) и испытания отдельного двигателя (не требуются стенды для испытаний ЖРД большой тяги), но снижается надежность ДУ и усложняется система управления ею.
Поэтому число ЖРД в ДУ ступени РН н МТКК должно быть оптимальным, а именно минимальным, но обеспечивающим требуемую надежность ДУ. При использовании ЛУ, состоящей из нескольких ЖРД, можно достичь высокой степени надежности, даже в случае аварийного выключения двигателей одного из них по команде бортовых ЭВМ. Например, при имевших место случаях преждевременно выключения одного из пяти ЖРД второй ступени РН "Сатурн-5" и одного из трех ЖРД ЗЗМЕ орбитальной ступени МТКК "Спейс шаттл" оставшиеся работоспособными двигатели путем увеличения времени работы компенсировали уменьшение обшей тяги ДУ и обеспечивали полет по расчетной траектории или по траектории близкой к ней.
ЛУ космического объекта (ИСЗ, КА, межорбитального, буксира) часто целиком встраивают в объект и проектируют специально для него, но она может быть выполнена в виде автономного блока, который после выключения двигателя отделяется от объекта. Возможна и частичная интеграция ЛУ и космического объекта.
Двигатели, предназначенные для ориентации ИСЗ и КА, выносят возможно дальше от их продольной оси для достижения более высокого плеча момента. Рулевые двигатели ступеней РН и БР размещают снаружи хвостового отсека и для защиты от аэродинамического нагрева и уменьшения аэродинамического сопротивления закрывают их соответствуюпшм кожухом. Стартовый самолетный ЖРЛ после взлета самолета и выключения может электроприводами убираться в хвостовую часть фюзеляжа.
Применение блочной конструкции. Принцип блочности может обеспечиваться на уровне как ДУ, так и ЖРД. Прн блочной конструкции ДУ и ЖРД состоят от ограниченного числа блоков. Блочная конструкция ДУ 353 КА позволяет осуществлять ее модификацию в зависимости от цели поле.
та путем изменения одного или нескольких блоков. Блочную конструкцию ДУ намечено использовать в КА "Маринер Марк П". Блочная ДУ может состоять из нескольких одинаковых двигателей. блоков. Едиными в такой блочной ДУ обычно являются различные агре. гаты автоматики ЖРД, электрокабели, пускоютсечные клапаны, пусковые бачки, газовые баллоны и тд. Такая Ду позволяет обеспечить создание большой тяги набором двигателей-блоков при меньшей длине по сравнению с однокамерным ЖРД той же тяги. Обычно такие ДУ используют на первых ступенях РН. Примерами блочных ДУ являются 'Тамма-8", ЬК-87-Аэ'-5 ЬК-89-ХА и РД-216.
Блочная конструкция ЖРД облегчает сборку и особенно ремонт н целесообразна для многоразовых ЖРД. Компоновка ЖРД зависит от типа его закрепления в хвостовом отсеке и от числа основных узлов и агрегатов (камер, ТНА, ЖГГ), Закрепление ЖРД в хвостовом отсеке. Двигатели могут быль закреп. лены жестко к силовому шпангоуту через раму или могут быть отклоняе. мыми, для чего их устанавливают на шарнирном или карданном подвесе Для уменьшения мощности, потребной для отклонения двигателя, желательно прохождение осей шарнирного или карданного подвеса через центр масс двигателя, который обычно находится в области горловины сопла.
Однако из конструктивных соображений карданный поднес двигателя часто раэме. шают в области головки камеры. Четыре ЖРД на шарнирном подвесе располагают в хвостовом отсеке так, чтобы оси их поворота пересекались на продольной оси отсека. ТНА, агрегаты автоматики, баллоны со сжатым газом и другие узлы и агрегаты крепят на раме двигателя, устанавливаемой на головке камеры, или непосредственно на камере.
Число камер в ЖРД с ТНА. По числу камер двигатели подразделяют на одно- и многокамерные; в многокамерных двигателях обычно приме. няют две. три или четыре камеры. Многокамерный двигатель по сравнению с однокамерным двигателем той же тяги имеет более сложную конструкцию. Прежде всего многокамер. ные двигатели имеют разветвленную сеть трубопроводов, подводящих компоненты топлива от ТНА к камерам.
Обычно камеры устанавливают параллельно продольной оси хвостового отсека; при наличии их разнотяговости может возникнуть недопустимо большой эксцентриситет тяги двигателя, для ликвидации неблагоприятного влияния которого необходима повышенная мощность системы управляющих моментов и сил.
Можно упростить решение этой задачи путем некоторого наклона оси камер, который обеспечивает прохождение их оси через центр масс ЛА, но в этом случае приходится мириться с некоторой потерей тяги двигателя. ( Система запуска многокамерного двигателя должна исключать неэа- 354 рнс. 14.3. ЖРД Р-1 первой ступени РН "Сатурн-5" (С1ИА): 1 — камера сгорания; 2 — газогенератор; 3 — тРубопРовод горючего высокого давления; 4 — трубопровод кислорода высокого давления; 5 — основной клапан горючего; 6 — основной клапан кислорода; 7 — вход кислорода; 8 — узел карданного подвеса; 9 — насос кислорода; 10 — насос горючего; 11 — турбина; 12 — теплообмеиник; !3 — коллектор гснераторного газа; 14 — сопло пуск какой-либо камеры, что возможно, например, лри отказе системы зажигания в случае применения несамовослламеняющегося топлива. Число и размещение ТНА и ЖГГ в ЖРД.
ЖРД может иметь как один, так и два основных ТНА. Два основных ТНА (жидкого кислорода и жидкого водорода) применялись в ЖРД 1-2. Для максимально возможного снижения давления наддува топливных баков в ряде двигателей (например, в ЖРД ББМЕ) применяют еще и бустерные ТНА, т.е. в составе ЖРД может быть до четырех ТНА. В ЖРД ББМЕ бустерные ТНА неподвижны (установлены на корпусе орбитальной ступени МТКК), а основные ТНА смонтированы на камере и отклоняются вместе с ней в карданном лодвесе. Поэтому трубопроводы, соединяющие основные и бустерные насосы ЖРД, имеют гибкие сильфоны.
Для крепления ТНА используют специальную раму, установленную на раму двигателя, но чаще ТНА крепят непосредственно на камере. ТНА размещают над камерой, лрн этом ось ТНА перпендикулярна оси двигать ля, или сборку камеры, причем ось ТНА должна быть примерно параллель. на оси камеры. Последнее размещение обеспечивает компактность и мень шую массу и широко применяется, в особенности для отклоняемых двигателей. Оно использовано, в частности, в ЖРД Р-1 (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
