Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 75
Текст из файла (страница 75)
мы зажигания в случае применения несамовоспламеняющегося 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. Д я м.«. ° о можного снижения давления наддува топливных баков в ряде двигателей 1например, в ЖРД 88МЕ) применяют еще и бустерные ТНА, т.е. в составе ЖРД может быть до четырех ТНА. В ЖРД 88МЕ бустерные ТНА неподвижны (установлены на корпусе орбитальной ступени МТКК), а основные ТНА смонтированы на камере и отклоняются вместе с ней в карданном подвесе.
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, при этом ось ТНА перпендикулярна оси двигателя, или сборку камеры, причем ось ТНА должна быть примерно параллель на оси камеры. Последнее размещение обеспечивает компактность и меньшую массу и широко применяется. в особенности для отклоняемых двигателей. Оно использовано, в частности, в ЖРД Р-1 (рис. 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 размещать между камерами в области горловины сопел. При наличии в составе ЖРД двух основных ТНА возможны два варианта: один ЖГГ предназначается лпя привода турбины обоих ТНА или каждый ТНА имеет свой газогенератор. Первый вариант реализуется, в частности, в японском ЖРД ЬЕ-5, а второй — в ЖРД БИМЕ, Второй вариант облегчает регулирование режима работы двигателя, но более сложен по конструкции и схеме. 355 Рнс.
14.4, Двигатель РД-253 первой ступени РН рцротон": 1 — Лрессслтл 2, 7, 9, 11, 14 . лнрсклвлвны; 3, 4 — насосы; 5 — турбина; 6 — регуля- тор; 8 — гвзегснсретер; 1Π— газонов; 12 — струйный насос; 13 — камера 355 Для подвода компонентов топлива к отклоняемым ЖРД применяют, как уже отмечалось, ~ибкие 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 размещать возможно ближе к ним, при этом уменынается объем полости компонентов топлива ог клапана до форсунок и время, необходимое для заполнения полости за клапаном (уменьшается время выхода двигателя на режим, время его выключения и импульс последействил тяги) .
В ЖРД без дожшания грубопровоц отработанного турбинного газа (может быль цва таких трубопровода) отводит газ турбины в район выходного сечения сопла основной камеры; газ, истекающий через сопло указан. ного трубопровода, развивает дополнительную тягу. В двигателе РД-119 отработанный турбинный газ поступает в рулевую систему, состоящую из трубопроводов, газораспрецелителей тангажа, курса и крена и 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 длл уменьшения сто длины и массы.
Бак может быль выполнен отдельно от корпуса ЛА или заодно с ним. Баки, стенки которых воспринимают нагрузки не только ат внутреннего давления, но и тягу двигателей, называют несущими Применение таких баков позволяет уменьшить массу сухого ЛА. Баки ДУ с вытсснительной подачей нагружены высоким внутренним давлением (до 2 ... 5 МПа), а баки ДУ с насосной поцачсй — низким внутренним давлением (нс более 0,2 ... 0,4 МПа) . В ДУ летательных аппаратов применяют баки цилиндрической, сферической и тороидальной формы. Обычно используют цилющрическис и сферические баки. Сферические баки обеспечивают одинаковую прочность при меньшей толщине стенки (а следовательно, их сухая масса меньше), чем цилиндрические и тороидальныс 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. Сфе. рический бак чаще может применяться для компонента с больнтсй плотностью. В ДУ первых ступеней РН в ряде случаев применяют несколько парал- 357 лельно расположенных баков. Например, в первой ступени РН "Сатурн-1 использовалось девять баков: центральный бак жидкого кислорода, окруженный восемью баками, четыре из которых являются кислородными а четыре других предназначены для горючего ВР-!. Как цилиндрические, так и сферические баки могут иметь общу ую 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 снаружи его.
Большая безопасность обеспечивается в последнем случае, но это применимо лишь для ДУ малой тяги, Внутри баков могут размещаться газовые баллоны и другие узлы. Для придания жесткое~и бакам в ряде случаев используют стенки вафельного типа, т.е. стенки, на внутренней поверхности которых методом химического фрезерования выполнены продольно-поперечные ребра. Для демпфирования колебания жидких компонентов топлива на внутренней поверхности баков устанавливают продольные и кольцевые поперечные перегородки. Ддя уменьшения потерь криогенных компонентов топлива на испарение на внутреннюю или наружную поверхность стенок баков наносят специальный слой теплоизоляции.
В частности, эффек~ивна внешняя тепло- изоляция с использованием пеноматериалов с низкой плотностью, например пенополиуретана (р = 40 кг1 ма) . Баки 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 зна.
чение для надежной работы ДУ имеет обеспечение максимальной герметич:- 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 дожиганием) н сжатого газа. Укаэанные виды негерметичности могут приводит к преждевременному израсходованию компонентов топлива или сжатого газа илн к пожару в двигательном отсеке и аварии ЛА. Соединения трубопроводов, узлов и агрегатов должны обладать максимальной герметичностью в достаточно тяжелых условиях работы. Соеди. пения 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 (напрнмер, фтор) или высокой проникающей способностью (в первую очередь это относится к водороду). Генераторный газ ЖРД с 35в дожиганием 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), н 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 з елневых системах (например, в системе наддува баков) представляет собой достаточно сложную проблему. При работе двигателя элементы соединений претерпевают температурные деформации и подвергаются воздействию больших внброускорений (до 200 я,) в широком диапазоне частот (до 10кГц). 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 длителы<ой эксплуатации ИСЗ, длительного (до 10 лет) полета межпланетного КА и тд. Соединения трубопроводов, узлов и агрегатов ДУ можно подразделить на разъемные (разборные) и неразъемные (неразборные) . Каждое разъемное соединение создает определенную вероятность нарушения его герметичности. Поэтому при разработке конструкции узлов и 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.) .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
