Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 72
Текст из файла (страница 72)
эластичных баков могут быть использованы полнтетрафторзтилен, резина и резиноподобные материалы, пластмассы и металлы (гибкая фольга), Стенка надувных мешков и эластичных баков может иметь один или нес. колько слоев, В многослойных стенках чередуются герметизирующие и уплотняющие слон.
Э ластичные баки с многослойной стенкой использовались в ДУ КА '*Сервейер". Стенка толщиной 0,15 мм состояла иэ слоев термопластич. ного политетрафтарзтнлена с алюминиевой фольгой и сополимера фтори- раванных этилена и пропилена. Введение алюминиевой фольги значитап но уменьшило проницаемость гелия через стенку бака, Эластичные баки устанавливались в цилиндрических баках таким образом, б разом, что ы при вытес- нении компонентов топлива эластичные баки прижимались к заборному устройству, Эластичные баки вспомогательной ДУ основного блока КК "Апол- лон*' изготовлялись из трехслойного нейлона (толщина стенки 75 мкм) и помещались в оболочки из титановых и алюминиевых сплавов, Для ис- ключения образования складок и разрушения эластичного бака он закреп- лялся как зонт на трубе заборного устройства. Эластичный бак в сферической оболочке может быть закреплен на алюминиевых трубах, установленных на его дншце па окружности, При подаче вытесняющего газа в оболочку эластичный бак обжимается к дни.
щу, при этом компонент топлива вытесняется из бака в трубки че ез их отверстия по всей длине. В цилиндрическом баке эластичный мешок можно закрепить на трубе с отверстиями, проходящей по оси бака, Диафрагмеиные разделители. Они представляют собой гибкую диаф- рагму. Под давлением вытесняющего газа диафрагма прогибается и вьпес. няет компонент топлива из бака, В сферическом баке можно разместить две диафрагмы с образованием полостей окислителя и горючего, разде- ленных узкой центральной полостью вытесняющего газа. При такой кон- струкции бака желательно, чтобы объемы окислителя и горючего были по возможности одинаковы; при этом центр масс бака в процессе рабаты ДУ смещается незначительно, В последнее время гибкая диафрагма нашла применение в сферичес- ких баках с монотонным падением давления в процессе работы ДУ (гидра- зиновая ДУ ИСЗ 1БРМ, 1НЕ и многоцелевого модульного многоразового ИСЗ, ДУ ступени разведения МБР М-Х и др.), Следует отметить, что в стандартных ДУ с ЖРДМТ при неполной заправ- ке баков (в ДУ ступени разведения межконтинентальной баллистической ракеты МБР М-Х это может быль при использовании различных боеголо- вок) диафрагма подвергается длительным колебаниям, и необходимо проведение специальных испытаний для проверки работоспособности диаф- рагмы в указанных условиях.
342 Ряс. 13.2. Кояструкяяя крепления диафрагмы, выпояяеняой яз эяастомера в сферическом татановом баке: 1 — правая полусфера; 2 — стыкавой сварной шов; 3 — левая полусфера; 4 — кольцо крепления диафрагмы; 5 диафрагма 343 В качестве материалов диафрагмы могут быть использованы эластомеры, политетрафторэтилен, пластмассы, композиционные материалы, а также металлы — алюминий, коррозионно-стойкая сталь и др. Одной из диафрагм из неметаплических материалов является диафрагма из многослойного политетрафторэтилена, но четырехокись азота через нее просачивается. Материалом диафрагмы в ДУ ИСЗ 1НЕ служит эластомер ЕРТ-10, а в ДУ многоцелевого модульного многоразового ИСЗ вЂ” эластомер АРЕ-332, На рис, 13.2 показан один из возможных типов крепления диафрагмы, выполненной из эластомера, в сферическом титановом баке. К преимуществам использования диафрагмы из эпастомера относятся равномерность подачи, возможность многократного 1до 120 раз) срабатывания, простота изготовления, выдерживание полетных нагрузок на этапе выведения ИСЗ с Земли при наличии в баках неполной где 50%) заправки, Однако время эксплуатации ДУ с баком, в котором применена диафрагма из эластомера, ограничено одним-тремя годами.
Существенно большей герметичностью отличаются металлические диафрагмы. При их применении отсутствует проблема совместимости с компонентами топлива, Ниже описан один из испьпанных вариантов сферического бака с металлической диафрагмой. Полусферический разделитель изготовлен из тонкого (0,25 мм) листа коррозионно-стойкой стали А181 321 глубокой штамповкой. Для повышения запаса устойчивости диафрагма упрочнеиа проволочными кольцами диаметром 0,2 мм иэ коррозионно-стойкой стали АЗЯ 308 Е1Х, припаянными к ее поверхности медным припоем. Для обеспечения лучшей герметичности диафрагма приварена к стенкам бака по периметру, Такая диафрагма может многократно выгибаться 1перекладываться) в другую сторону, а при 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 достигать несколько лет, Поэтому при разработке топливных баков для 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 эф- фективным оказалось использование сил поверхностного натяжения, я .
для чего применяют специальные сетки„выбираемые из условия, чтобы силы инерции были значительно меньше капиллярных сил. Внутрибаковые заборные устройства, работающие по принципу разде- ления 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 предотвращали ..опадание газа в заборные устройства баков, Капиллярно-заборные устройства баков ДУ орбитального маневриро- вания и ДУ ориентации МТКК "Спейс шаттл" (рис.
13,3) основаны на при- менении гццрофобных сетчатых разделителей фаз, выполненных из титана, и служат цля ориентации компонентов топлива с использованием сил поверхностного натяжения. Эти устройства обеспечивают разделение каьь понента топлива и вытесняющего газа при воздействии сил поверхностного натяжения при любых сочетаниях ускорений и уровней компонентов топ- лива в баках, возможных в полете МТКК. Капиллярно-заборное устройство бака ДУ орбитального маневрирова- ния 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 вооеь ще ие 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 цнища бака установлены четыре изогнутых сборных коллектора прямоугольного сечения с прямоуголь- ными сетчатыми элементами на стороне коллекторов, обращенных к стенке бака, Компоненты топлива отбираются нэ бака из внутрибакового плос- кого цилиндрического коллектора, к которому сборные коллекторы под- соединены через сильфонные переходники.
В коллекторе имеются выход- ная задерживающая газ сетка и противовороночные перегородки, Резулыаты 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 компо.
ненты топлива не перетекали из коллектора через сетчатый экран в перед- ний отсек баков. Рассматриваемое устройство обладает высокой надежностью. Оно не имеет ограничений по числу циклов работы ЖРД орбитального маневриро- 344 бак е каииветвом: три сьеыные — приетеночиеа); 3 — выва; 4 — коп- вания и 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 вице совокупности профилированных перфорированных пластин, расположенных в баке в области заборного устройства, является одним иэ 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 вытеснительным системам подачи компонентов топлива, но давление наддува баков существенно меньше давления в баках при вьпеснительной подаче и составляет 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.
Надцув горячим газом, например с помощью специальных ЖГГ, вызывает некоторое усложнение ДУ, но обеспечивает, как и применение теплообменников, заметное снижение ее массы и поэтому на т м находит применение, особенно для баков горючего крупных РН. Наиболее простым является наддув гелием, хранящимся в специальном баллоне. Гелий подается через магистрали наддува и редукторыдавления в каждый бак. С помощью такой системы легко обеспечить высокую точность поддержания давления надцува баков. Надцув топливных баков гелием использовался в ДУ экспериментального самолета Х.!5 и приме. няется в настоящее время во второй ступени РН "Ариан", ракетной ступени "Центавр" и кислородного бака второй ступени японской РН Н-1, В У Д более ранних разработок использовался наддув баков окислителя и горючего (или только бака горючего, как в первой ступени РН "Сатурн-1") газообразным азотом, хранящимся в баллоне.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
