Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 79
Текст из файла (страница 79)
Фильтр такой конструкции с набором 800 шайб фирмы "Хайес" отработан для ЖРД ряда ИСЗ с большим суммарным временем функционирования на орбите. Фильтры лабиринтного типа задерживают частицы размером более 1мкм. Такие фильтры более надежны, чем сетчатые фнлыры. Демпферы колебаний. Для исключения динамического взаимодействия топливных магистралей с конструкцией ракеты (НОГО-неустойчивости), которое приводит к низкочастотным продольным колебаниям как топливных магистралей, так и элементов конструкции ракеты, включая ее головную часть (в том числе они воздействуют на экипаж космического корабля), в топливные магистрали встраивают соответствующие демпферы колебаний.
Различают два типа таких демпферов: с подсоединенным газо. втчм объемом и с демпфером поршневого типа, В демпферах первого типа энергия колебаний давления жидкого компонента топлива затрачивается на работу по изменению давления газовой подушки н количества жидкости в демпфере, В демпфере поршневого типа упругим элементом явлнется не газ, а пружина. Конструкция обоих типов демпферов обеспечивает их настройку таким образом, чтобы в максимально возможной степени подавить все резонансные частоты рабочего диапазона и, следовательно, демпфировать продольные колебания ракеты. Колебания такого вица с частотой 5 Гц наблюдались при запусках РН "Сатурн-5", Указанные колебания не приводили к поломкам, но они неблагоприятно воздействовали на экипаж космического корабля.
Было решено подавить две основные частоты вводом неконденсирующегося газа (гелия) в каждую нз магистралей подачи жидкого кислорода к двигателям Р-1. Гелиевые пузырьки, распределенные в объеме жидкого кислорода, действовали как "расстройщнки" частотной характеристики магистралии. Обычно демпферы колебаний устанавливают в магистрали подвода компонентов топлива вблизи места нх стыковки с двигателем, что приво- 371 дит к уменьшению частоты колебаний жидкости в магистрали и к ее отстройке от частоты взаимодействующей моды колебаний корпуса, Сложный характер имеет ПОГО-неустойчивость в основной ДУ второй ступени РН "Спейсшаттл", так как собственные частоты подводящих магистралей и корпуш несколько раз меняются в процессе полета.
Поэтому обычно используемый метод отстройки указанных собственных частот оказался здесь непригодным. Из-за большой плотности жидкости кислорода динамические характеристики его магистрали оказывают большее влияние на устойчивость, чем магистрали жидкого водорода. Поэтому демпфер колебаний устанавливается в магистрали жидкого кислорода. Указанный демпфер представляет собой подсоединенный объем газообразного кислорода на входе в основной насос жидкого кислорода ЖРД 88МЕ. В качестве упругой среды используется газообразный кислород, отбираемый в демпфер из магистрали на выходе из теплообменника системы наддува кислородного бака, Перед запуском основной ДУ демпфер заполнен гелием, который при работе двигателя замещается газообразным Т. кислородом.
Перед выключением двигателя демпфер продувается гели ем. ак как разрушение газообразного объема, в частности из-за конденсации газообразного кислорода, приводит к возникновению колебаний, в деми. фере имеется система контроля и поддержания заданного уровня жидкостй (ее избыточное количество перепускается на вход в бустерный кислородный насос). Контроль за работой указанной системы осуществляется контроллером ЖРД 88М Е. Жиклеры и расходные шайбы. Разъемные соединения магистралей используют для установки жиклеров и расходных шайб, если есть необходимость в обеспечении расхода жццкости или газа в заданных пределах, Жиклер (см.
Рис, 14.5, д) устанавливается в ниппельном соединении, Он предназначен для подбора требуемого расхода жидкости через него при проливке водой, Указанный подбор осуществляется снятием фаски на входной (по потоку жидкости) кромке отверстия жиклера или подбором его диаметра. При необходимости значительного снижения давления в гидромагистрали применяют блок жиклеров, в котором они расположены последовательно друг за другом. Расходная итайба обеспечивает заданный расход жидкости или газа при точном втаполнении заданного размера отверстия. Она может быть установлена как в ниппельиом соединении (см.
рис. 14.5, е), так и во фланцевом соединении (см. рис. 14.5,а). 14,5. РАМЫ, ПОДВЕСЫ И КРОНШТЕЙНЫ Рамы. В состав ДУ могут входить: основная рама, предназначенная для передачи тяги, развиваемой основным двигателем, на силовой шпангоут корпуса ракеты и для точной установки оси двигателя относителъно оси ракетьц рамы для крепления рулевых ЖРД; рамы для крепления ТНА; 372 силовые кронштейны для крепления больших трубопроводов. узлов и агрегатов двигателя. Основная рама и рама ТНА имеются в двигателях РД-107, РД-108 н РД-119. В конструкции двигателя РД-214 основная рама отсутствует (элементы передачи тяги от двигателя к ступени входят в состав последней), а рама ТНА крепится своими четырьмя опорами к верхней головке стяжных болтов, соединяющих кронштейны каждых двух соседних камер между собой (в двигателе РД-214 четыре камеры), Обтячно рамы и силовые кронштейны представляют собой пространственную конструкцию, сваренную из стальных или титановых труб.
Места соединения труб усилены для обеспечения необходимой жесткости и прочности врезными пластинами. Основная рама имеет узлы крепления (их число должно быть не менее трех) как к силовому шпангоуту, так и к камере. Обычно в верхний конец каждой стойки или каждой пары стоек вваривают штампованную плату, имеющую на полке отверстия для крепления рамы с помощью болтов к шпангоуту. В нижний конец каждой основной стойки рамы вваривают втулку, в резьбовое отверстие которой вворачивают шаровую опору.
С помощью шаровых опор раму закрепляют в трех стаканах, которые обычно приваривают к силовому кольцу смесительиой головки камеры (например, в двигателях РД-107 и РД-108) . Для ракет с большими значениями боковых перегрузок для уменьшения изгибающего момента, воздействующего на раму, ее крепят к камере в центре масс двигателя. Жесткое крепление шаровой опоры в стакане обеспечивается путем ее установки на подпятник, имеющий сферическую поверхность, и обжатия сверху сферы опоры двумя эксцентриками (внутренний эксцентрик также имеет сферическую поверхность), Сжатие пакета шаровой опоры осуществляется накидной гайкой, навиичиваемой на наружную резьбу стакана, Подпятник может перемещаться по дну стакана, а положение шаровой опоры относительно стакана может изменяться с помощью проворота эксцентриков один относительно другого. Если двигатель многокамерный, то конструкция рамы существенно усложняется; каждая камера крепится к раме в трех точках, а тягу надо равномерно переда~ь на несколько (до восьми) узлов, крепящихся на равном расстоянии по окружности к шпангоуту ступени.
Основные рамы и рамы ТНА имеют в своей конструкции элементы регулировки и нивелировки положения камеры и ТНА при сборке двигателя. В конструкции рам двигателей РД-107, РД-108 и РД-119 для этой цели используются шаровые опоры с эксцентриками. При сборке двигателя необходимо так установить по высоте шаровые опоры во втулках основных стоек, чтобы ось камеры была строго перпендикулярна плоскости, проходящей через верхние полки пят, а высота двиштеля выдерживалась с заданным допуском. 373 Рамы должны въздержнвать не только осевые, но и поперечные нагруэ ки, возникающие в полете, Рамы могут быть спроектированы так, чтобы нх основнь!е трубы могли работать или на сжатие, или на растяжение, Последний случай нагруження имеет то преимущество, что исключается необходимость учета сохранения устойчивости труб при их нагружении.
В этом случае для снижения массь! рамы выгодно применять трубы из титановых сплавов, Титановые сплавы применялись в рамах маршевого двигателя КК "Аполлон", ЖРД КЗ-2101 Б орбитальной ступени КА "Викинг" (титановый сплав 6 А 1 4Ч), используются в раме основной ДУ второй ступени МТКК "Спейс шаттл", детали последней изготавливают из титана и борозпокснц. ного композиционного материала, Возможно применение рам ТНА из высокопрочнь!х алюминиевых сплавов.
Подвесы. Если ЖРД установлен на шарнирном подвесе, то в конструкцию двигателя входят две траверсы, устанавливаемые в подшипниках на опорах, приваренных к камере примерно в центре масс двигателя (для уменьшения момента, требующегося для отклонения двигателя), Траверса представляет собой штампованный силовой узел в виде двухтавровой балки, причем ширина тавра максимальна в центре траверсы (в районе подшипника) и минимальна на ее концах. Концы траверсы закрепляются на силовых элементах ступени, В целях снижения массы гравере нх изготовляют нз титановых или алюмнниевъзх сплавов.
Камера, отклоняемая в двух плоскостях, устанавливается в карданлом лодвесе. В этом случае оси с подшипниками устанавливаются в двух 7 э 2 Ф э взаимно перпендикулярных плоскостях. Эти две пары подшипников закрепляются в раме карданного подвеса. Одна пара подшипников жестко скреплена с камерой, другая (через кронштейны) — прикрепляется к раме ЛА, На рис, 14,10 показана схема карданного подвеса камеры двгь гателя, работающего по схеме без дожигания, а на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
