Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 74
Текст из файла (страница 74)
КОМПОНОВКА ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И ЖРД Общая характеристика компоновки ЖРД н ДУ. Компоновкой ЖРД и ДУ в целом называют целесообразное взаимное расположение их узлов и агрегатов относительно друг друга, Компоновку выполняют таким образом, чтобы удовлетворялись следующие требования: 1) наибольшая простота ДУ; в частности, число систем, агрегатов и узлов, входящих в состав ДУ, должно быть наименьшим; 2) наименьшие габаритные размеры и масса ДУ; 3) достаточная статическая и динамическая прочность ЖРД и ДУ в целом; 4) наименьшая длина трубопроводов между узлами и агрегатами; в этом случае уменьшается гидравлическое сопротивление трубопроводов, а также их масса.
Поэтому желательно соединять узлы и агрегаты друг с гом непосредственно, беэ трубопроводов, а при возможности размещать другом один узел (агрегат) внутри другого, Например, дроссель ЖРД -, р у руюший соотношение компонентов топлива, располагается в выходном патрубке насоса жидкого кислорода. к к х о ° т о я о м шо" П Жа а м В м ~я х п? е. к "Я ~ Ю и и аб ойх "с вб о .е ЕХ к ц ь 352 Рне. 14.2. Блок второй етупеня японской РН 1Ч-Н: 1 — сопновой насадок; 2 — камера; 3 — бак горючею (аэрознн-50); 4 — бяк окислителя 1Ч, О,; 5— силовая рама; б — сфчрнческне бачноны с гелием ЖГГ должен располагаться возможно ближе к турбине ТНА, особенно это относится к ЖРД с дожиганием, так как соответствующий трубопровод (газовод) испытывает большие нагрузки из-за высоких значений давления и температуры генераторного газа, В ЖРД БВМЕ 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 БИМЕ установлены на смесительной:1 головке камеры под некоторым углом к продольной оси двигателя это я облегчает доступ к ТНА, когда двигатель установлен на орбитальную сту- У пень МТКК "Спейс шаттл"; б) минимальная площадь донной поверхности; это уменьшает массу донного термозащитного экрана; число ЖРД с карданным подвесом должно 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 вьпеснительной подачей показана на рис. 14.2 на примере бло- 1 ка второй ступени японской РН Х-П. Камера ЖРД с вытеснительной подачей для сохранения длины ракеты может размещаться внутри кольцевых баков окислителя и горючего.
В этих же целях ЖРД с ГНА может быть расположен в одном из 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 5 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. Для поддержания динамической балансировки ИСЗ, сгабилизируемой вращением, по мере расходования компонентов топлива все баки распола- гаются на одинаковом расстоянии от оси вращения спутника, причем диаметрально противоположные баки попарно соединены уравнительными трубопроводами.
ДУ ИСЗ может быть смонтирована на трубчатом прост- ранственном 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 или МТКК может входить от оцного до восьми основных двигателей (см. приложение); обычно используют от трех до пяти ЖРД.
Применение ДУ, состоящей из нескольких ЖРД, при наличии отработан- ного двигателя определенной тяги обеспечивает создание ДУ большой тяги в более короткий срок, г.е. существенно расширяются возможности ис- пользования цанного цвигателя. С увеличением числа ЖРД в ДУ упроща- ется изготовление, отработка (требуется меньшее время) и испытания от- дельного 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 и МТКК должно быть оптималь- ным, а именно минимальным, но обеспечивающим требуемую надеж- ность ДУ.
При использовании ДУ, состоящей из нескольких ЖРД, можно достичь высокой степени надежности, даже в случае аварийного выключения двига- телей одного из них по команце бортовых ЗВМ. Например, при имевших место случаях преждевременно выключения одного из пяти ЖРД второй ступени РН "Сатурн-5" и одного из трех ЖРД ББМЕ орбитальной ступени МТКК "Спейс шаттл" оставшиеся работоспособными цвигатели путем уве- личения времени работы компенсировали уменьшение общей тяги ДУ и обеспечивали полет по расчетной траектории или по траектории близкой к ней.
ДУ космического объекта (ИСЗ, КА, межорбнтального, 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 интег- рация ДУ и космического объекта, Двигатели, предназначенные для ориентации ИСЗ и КА, выносят воз- можно дальше от их продольной осн для достижения более высокого пле- ча момента.
Рулевые двигатели ступеней РН и БР размещают снаружи хвос- тового отсека и для защиты от аэродинамического нагрева и уменьшения аэродинамического сопротивления закрывают их соответствующим кожу- хом. Стартовый самолетный ЖРД после взлета самолета и выключения может электроприводами убираться в хвостовую часть фюзеляжа. Применение блочной конструкции, Принцип блочности может обеспе- чиваться на уровне как ДУ, так и ЖРД. При блочной конструкции ДУ н ЖРД состоят от ограниченного числа блоков. Блочная конструкция ДУ 353 КА позволяет осуществлять ее модификацию в зависимости от цели полета 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 агрегаты автоматики ЖРД, электрокабели, пуско-отсечные клапаны, пусковые бачки, газовые баллоны и т.д. 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", 1.К.87-А3-5, ЬК-89.ХА и РД-2! 6. Блочная конструкция ЖРД облегчает сборку и особенно ремонт и 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 быть закреплены жестко к силовому шпангоуту через раму нли могут быть отклоняемыми, для чего их устанавливают на шарнирном нли 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 размещают 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 применяют 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 зксцентриситет тяги двигателя, для ликвидации неблагоприятного влияния которого необходима повышенная мощность системы управляющих моментов и снл.
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 многокамериого двигателя должна исключать неза- 354 Рис. 14.3. ЖРД Р-1 первой ступени РН "Сатурн-5" (СйтА): 1 — камера сгорания; 2 — газогенератор; 3 — трубопровод горючего высокого давления; 4 — трубопровод кислорода высокого давления; 5 — основной клапан горючего; б — основной клапан кислорода; 7 — вход кислорода; 8 — узел карданного подвсса; 9 — насос кислорода; 10 — насос горючею; 11 — турбнна; 12 — тепноебменннк; 13 †коллект генераторноге газа; 14 — сонно пуск какой-либо камеры, что возможно, например, при отказе систе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
