Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 74
Текст из файла (страница 74)
14.3) и РД-253 (рис. 14.4). В ЖРД 3-2 ТНА окислителя и ТНА горючего установлены по обеим сторонам камеры. В двух-, трех- и четырехкамерных ЖРД ТНА целесообразно размешать между камерами в области горловины сопел. При наличии в составе ЖРД двух основных ТНА возможны два варианта: один ЖГГ предназначается для привода турбины обоих ТНА или каждый ТНА имеет свой газогенератор. Первый вариант реализуется, в частности. в японском ЖРД ЬЕ-5, а второй — в ЖРД ББМЕ, Второй вариант облегчает регулирование режима работы двигателя, но более сложен по конструкции и схеме. 355 Рис.
14.4. Двигатель РД-253 первой ступени РН "Протон": 1 лроссслгн 2, 7, 9, 11, 14 — аироклаиапы; 3,4 — насосы; 5 — турбина; 6 — регула. гор; 8- гааогснсрагор; 10 гаэовоп; 12 — струйныйнасос; 13 — камера 356 Для подвода компонентов топлива к отклоняемым ЖРД применяют, как уже отмечалось, гибкие трубопроводы. Если компоненты топлива подводятся к камере через цапфы шарнирного подвеса, то можно обойтись без гибких трубопроводов. Отсечные топливные клапаны на входе в камеры и ГГ следует размешать возможно ближе к ним, при этом уменьшается объем полости компонентов топлива от клапана до форсунок и время, необходимое для заполнения полости за клапаном (уменьшается время выхода двигателя на режим, время его выключения и импульс последействия тяги) .
В ЖРД без дожигания трубопровод отработанного турбинного газа (может быть два таких трубопровода) отводит газ турбины в район выхоциого сечения сопла основной камеры; газ, истекающий через сопло указанного трубопровода, развивает дополнительную тягу. В двигателе РД.119 отработанный турбинный газ поступает в рулевую систему, состоящую из трубопроводов, газораспределителей таншжа, курса и крена н рулевых сопел тангажа, курса и крена. Топливные баки.
Баки занимают до 80 ... 90 % всего объема ЛА. Поэтому при разработке ДУ важно наиболее полно использовать объем всего топливного (бакового) отсека для уменьшения его длины и массы. Бак может быть выполнен отдельно от корпуса ЛА или заодно с ним. Баки, стенки которых воспринимают нагрузки не только от внутреннего давления, но и тягу двигателей, называют несущими. Применение таких баков позволяет уменьшить массу сухого ЛА. Баки ДУ с вытеснительной подачей нагружены высоким внутренним давлением (до 2 ... 5 МПа), а баки ДУ с насосной подачей — низким внутренним давлением (не более 0,2 ...
0,4 МПа) . В ДУ летательных аппаратов применяют баки цилиндрической, сферической н тороидальной формы. Обычно используют цилиндрические и сферические баки. Сферические баки обеспечивают одинаковую прочность при меньшей толщине стенки (а следовательно, нх сухая масса меньше), чем цилиндрические и тороидальные баки, но при использовании сферических баков хуже используется объем ЛА. Сферические баки чаще исполь зуют в ДУ малой тяги, прежде всего в ДУ спутников и КА. В ДУ ракет- носителей применяют цилиндрические баки, а также баки, контур которых определяется контуром корпуса ракеты. Тороидальные баки применяют в ДУ спутников, КА и КК; в ряде случаев они обеспечивают компактную конструкцию и высокую эффективность использования объема ДУ, но для них характерна повышенная масса.
Цилиндрические баки окислителя и горючего чаще размещают друг за другом. При таком расположении для снижения массы баков выше (ближе к головной части) размещают бак с тем компонентом топлива, для 'насосов которого должно обеспечиваться большее давление на входе. Сферический бак чюце может применяться для компонента с большей плотностью. В ДУ первых ступеней РН в ряде случаев применяют несколько парал- 357 лелыш расположенных баков.
Например, в первой ступени РН "Сатурн.1 использовалось девять баков: центральный бак жидкого кислорода, окру женный восемью баками, четыре из которых являются кислородными, а четыре других предназначены для горючего ВР-1. Как цилиндрические, так и сферические баки могут иметь общую перегородку; ее наличие в ряде случаев обеспечивает снижение массы сухой ДУ. Трубопровод, по которому компонент топлива поступает из верхнего бака к двигателю, проходит через туннель нижнего бака или снарухщ г его. Большая безопасность обеспечивается в последнем случае, но это при.
менимо лишь для ДУ малой тяги. Внутри баков могут размещаться газо. вые баллоны и другие узлы. Для придания жесткости бакам в ряде случаев используют стенки вафельного типа, т.е, стенки, на внутренней поверхности которых мего. дом химического фрезерования выполнены продольно-поперечные ребра. Для демпфирования колебания жидких компонентов топлива на внутренней поверхности баков устанавливают продольные и кольцевые поперечные перегородки.
Дпя уменьшения потерь криогенных компонентов топлива на испарение на внутреннюю или наружную поверхность стенок баков наносят специальный слой теплоизоляции. В частности, эффективна внешняя тепло. изоляция с использованием пеноматериалов с низкой плотностью, например пенополиуретана (р = 40 кг/мэ).
Ваки с криогенными компонентами топлива могут иметь внешний теплоизоляционный экран, который сбрасывается после выхода РН из плотных слоев атмосферы. Такой экран уменьшает тепловые потоки в баки из-за аэродинамического нагрева. 14.2. СОЕДИНЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ, УЗЛОВ И АГРЕГАТОВ Общая характеристика трубопроводов, узлов и агрегатов. Особое значение для надежной работы ДУ имеет обеспечение максимальной гермети+ ности всех ее соединений. Наличие негерметичности в соединениях ДУ ведет к утечкам компонентов топлива, генераторного газа в тракте газогенератор — газовод — смесительная головка камеры (для ЖРД с дожиганнем) и сжатого газа. Указанные виды негерметнчности могут приводит к преждевременному израсходованию компонентов топлива или сжатого газа или к пожару в двигательном отсеке и аварии ЛА.
Соединения трубопроводов, узлов и агрегатов должны обладать максимальной герметичностью в достаточно тяжелых условиях работы. Соединения подвергаются воздействию компонентов топлива; их давление в ЖРД с ТНА может достигать высоких значений — до 50 МПа. Некоторые компоненты отличаются высокой агрессивностью к конструкционным материалам (например, фтор) или высокой проникающей способностью (в первую очередь это относится к водороду). Генераторный газ ЖРД о 358 южиганием имеет высокие значения давления (до 35 МПа) и повышенные значения температуры (до 1200 К).
Следует считаться с высокой агрессивностью генераторного газа, если он имеет избыток окислителя (например, кислорода), и с его высокой проникающей способностью, если он имеет избыток водорода. Гелий, как и водород, отличается малым размером молекулы и поэтому обладает повышенной проникающей способностью, поэтому герметизация соединений в гелневых системах (например, в системе напдува баков) представляет собой достаточно сложную проблему. При работе двигателя элементы соединений претерпевают температурные деформации и подвергаются воздействию больших виброускорений (до 200 я,) в широком диапазоне частот (до 10 кГц) .
Кроме максимальной герметичности, соединения должны обладать по возможности наименьшими значениями массы и гидравлического сопротивления. Герметичность соединений должна сохраняться в течение всего гарантируемого срока хранения ракеты, в течение длительной эксплуатации ИСЗ, длительного (до 10 лет) полета межпланетного КА и т.д. Соединения трубопроводов, узлов н агрегатов ДУ можно подразделить на разъемные (разборные) и неразъемные (неразборные) . Каждое разъемное соединение создает определенную вероятность нарушения его герметичности.
Поэтому при разработке конструкции узлов я агрегатов ДУ обеспечивают относительно небольшое число разъемных соединений. для чего используют рациональную компоновку, объединяют несколько агрегатов в одном корпусе, исключают излишние переходные детали (тройники, крестовины и т.д.) . При выборе типа соединений ДУ многоразовых ИСЗ предусматривают разъемные (резьбовые) соединения, позволяющие производить замену вышедших из строя отдельных двигателей или их блоков.
Все остальные соединения выполняют сварными. Разъемные соединения. К разъемным соединениям относятся резьбовые ниппельные и фланцевые соединения. Герметичность фланцевых соединений (рис. 14.5, а и б) обеспечивается обжатием прокладки при стягивании фланцев с помощью болтов илн шпилек. при этом на поверхности прокладки создается требуемое контактное давление. Фланцы могут быть приварными и накидными. При использовании одного накидного фланца в соединении его сборка упрощается, так как вакидной фланец при сборке можно повернуть по окружности в любое положение, Использование шпилек вместо болтов и вырезов на фланцах обеспечивает снижение массы фланцевого соединения.
Герметичность резьбовых яипяельных соединений (рис, 14.5, в, г, д и е) достигается путем обжатия прокладки из мягкого металла (алюминия и его сплавов, меди и др.) при затяжке накидной гайки. Ниппель соединяют с трубой с помощью спарки или пайки. Пайка обеспечивает бпльшую вибропрочность узла. Ниппели агрегатов часто выполняют заодао с их корпусом. 359 Рае. 14.5. Фааааеаме (а а Е) н Резьбоаые нннеяьнме (в, г. д, е) соединения яаагатеяа РЛ-119 Ниппельные соединения применяют для относительно небольших диаметров (от 4до 30 мы). Материалы прокладок должны сохранять химическую стойкость в условиях длительного воздействия компонентов топлива, а для упругих прокладок, рассматриваемых ниже, и упругие свойства.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
