Трушляков В.И. и др. Монография (818589), страница 12

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 12)

Это свидетельствует о том, что диспергированное топливо на высотах более 20 км, превращенное в капли, испаряется и не попадает в приземные слои. Однако процесс деградации остатков КРТ в атмосфере в настоящее время детально не изучен. Остается проблема организованного выброса остатков КРТ в виде капель минимального размера.

Разработка, изготовление и установка иа РН подрывных устройств достаточно проста, отработана и не влияет на основные тактико-технические харакгеристики изделия в целом. Необходимо частичное, определенное по форме н последовательности "контролируемое" разрушение баков, обеспечивающее разлет и падение отделяемых частей в доступные зоны. Создать устройства, отвечающие подобным требованиям, возможно на базе используемых в настоящее время на ряде эксплуатируемых изделий пироустройств, которые обеспечивают разрыв элементов конструкции по заданной ли- нии.

На рис. 2.3. - 2.7. представлены различные варианты схем разрушения баков. На элемент конструкции 1 цилиндрической формы по линии 1-1 предполагаемого разрыва устанавливается кольцевой пирошнур 2. Он крепится к поверхности элемента посредством мэльца 3, на котором размещен пнроэапал 4, имеющий электрическую связь с автоматикой пиросредств, и системой управления. Устройство работает следующим образом. По команде системы управления, поступающей в блок автоматики пиросредств на пнрозапал подается электрический ток. Пирозапал срабатывает, подрывая пирошнур.

Под действием давления и температуры, цилиндрическая поверхность разрушается практически мгновенно, так как скорость горения пирошнура очень высока. Величина заряда пирошнура выбирается в зависимости от материала, толщины разрушаемого элемента и ряда других параметров. Разлеляюг и соответственно оформляют конструктивно пирошнуры с неориентированным и ориентированным направлением воздействия. Наиболее типичной является схема представленная на рис. 2.3 а.

В первом варианте (рис. 2.3 б) пнрошнур 1 устанавливается на разрушаемый элемент 2 и закрывается силовым отражателем 3. Шнур рассматриваемой конструкции горит равномерно по всей поверхности. Поэтому необходим силовой от- 56 рюкатель, обеспечивающий отражение и направление газов высокого давления на разрушаемую поверхность. Во втором варианте (рис. 2.3 в) пирошиур 1, устанавливаемый на разрушаемый элемент 2, крепится к нему легким бандажом 3. В пирошнуре используется несколько иной состав взрывчатого вещества и, кроме того, он имеет специальный профиль, что позволяет организовать горение с направленным воздействием горячих газов.

При этом уменьшается величина заряда, и значительно снижаются ударные перегрузки, что важно для целого ряда изделий. Сравнивая два рассмотренных варианта, следует отметить, что в первом конструкция значительно сложнее, имеет большую массу. Именно поэтому в разработках последних лет чаще используются устройства с пирошнурами направленного воздействия. Созданные и успешно эксплуатируемые устройства на основе пирошнуров используются на изделиях в качестве средств разделения для разрыва сухих отсеков, топливных магистралей. Возможна укладка пирошнура даже внутри топливного бака при соответствующей герметизации иэльца, что позволит уменьшить величину аэродинамических возмущений. А~ 1 а) в) 6) Рис. 2.3 57 Таким образом, использование устройств разделения на основе рассмотренных выше пироустройств, позволяет решить задачу контролируемого разрушения топливных баков. Конечно, решения в конкретной реализации могут быть различными в зависимости от геометрии, компоновки, траекторий выведения, допустимого влияния на характеристики, возможности доработки изделия и т.д.

Но подход, принципиальные схемы могут быть определены н сформулированы при решении задачи выброса компонентов, для анализируемого изделия. На рис. 2.4 представлена схема для выброса осткпвв горючего для РН, характерной особенностью мпорого является последовательное расположение баков, выполненных по схеме с несущей обечайкой, а магистральный топливопровод проходит в зону двигательной установки через бак горючего, баки соединены злектрическнмн связями, трубопроводами.

Для схемы (рис. 2.4) требуется разработка циклограммы работы н конструктивнаа доработка, связанная с необходимостью ориентации отделившейся ступени в пространстве и недопустимостью смешения выброшенных компонентов с последующим самовозгоранием и взрывом в непосредственной близости от ракеты. Кроме того, в данной схеме рассчитывать на полный выброс компонентов в заданной зоне можно только для баков с малым удлинением. Схема, представленная на рис. 2.5, дополнена тормозными РДТТ дла увода бака окислителя из зоны распыления горючего, как и для предыдущей схемы, необходимо имен ориентацию ступени в пространстве, что достигается за счет работы РДТТ.

Эта схема также применима для баков с малым удлинением. С точки зрения надежности н массовых характеристик за счет уменьшения количества разрезов во кгорой схеме (не разрезаегся проставка и топливная магистраль) с одной стороны, и установки РДТТ, с другой, существенно не изменяется надежность схемы в целом, но за счет быстроты маневра значительно увеличивается возможность выброса компонента в разрушенной зоне.

Для решения проблемы выброса компонентов из баков большого удлинения была предложена схема (рис. 2.6), в юторой за счет использования "тормозных" РДТТ "вьггряхиваются" остатки юмпонентов топлива из баков горючего и окислителя. Как н предыдущие схемы, рассматриваемая схема предпочтительна для реализации на отделившихся ступенях, ориентированных в полете. Кроме того, наличие стрингерно-шпангоутного набора в баке существенно усложняет процесс выброса остатков топлива. На рис. 2.6 представлена схема вскрьпия баков, когда пирошнуры, разрушающие обечайку, расположены ниже полупроницаемых устройств, установлен- ных на уровне максимального количества остатков топлива и не допускающих перемещение жидкости в полость выше места их установки, в качестве которых, например, могут использоваться пеноматерналы. В этом случае остатки топлива, расположенные в известном объеме, выбрасываются в окружающее пространство под действием возникающих динамических возмущений в результате подрыва, ускоренного движения частей при разгерметизации баков, в которых сохранялось давление наддува.

Применительно к первой ступени РН "Космос" схема представлена на рнс. 2.7, где в отличие от предыдущей схемы предполагается не разрушение бака, а лишь вскрытие окон в баках, и остатки компонентов топлива выбрасываются давлением наддува. По сравнению с рассмотренными ранее вариантами разрушения бака, данная схема имеет меньшее количество конструктивных элементов, что повышает ее надежность и не требует ориентации ступени по тра- екгории падения. Дальнейшее развитие метода вытеснения компонентов и емкостей баков, схемные решения, сочетающие комбинацию полупроницаемых разделительных перегрузок н гибкого вытесннтеля, приведены на рис. 2.8.

Использование данного схемного решения требует еще более существенного, чем в предыдущих случаях, конструктивного дополнения базовой конструкции: - установки двух полупроницаемых перегородок в баках окислителя и горючего; - установки двух газовых баллонов высокого давления; - установки трех гибких вытесннтелей компонентов; - установки клапанов, соединительных магистралей и штуцеров. Однаиз при взрывообразном разрушении ступени ракеты и произвольном разлете обломков под действием взрывной волны значительно увеличивается зона падения на Землю.

Численный анализ возможности удаления горючего из баков в атмосферу путем вскрытия баков показал, что размеры создаваемых отверстий в стенке бака позволяют за короткое время удалить только паровую фазу, для удаления же жидкой фазы требуются усложненные варианты конструкций систем выброса. Для большинства разработанных и разрабатываемых в России ракет зоны падения первых ступеней малы, и их расширение путем изьятня земли из народнохозяйственного оборота недопустимо. Кроме того, задача исключения вредного 60 воздействия на окружающую среду, особенно для первых ступеней, не решается, т.к.

подрыв необходимо осуществлять на небольших высотах. Поэтому, несмотря на простоту такого решения, реализовать его при существующем размещении стартовых площадок в России не представляется возможным. Однако идея организации выброса посредством разрушения бака может быть реалиювана и реализуется, если районы падения отработанных ступеней приходятся на акваторию Мирового океана. Эта идея осуществлена в ракете «Ариан», когда подрыв отработанных ступеней производится в районе приволнения, при этом остатки токсичных топлив разбавляются в воде до концентрации ниже норм ПДК.

Такой подход, конечно, не только решает проблему снижения вредного воздействия остат- ков токсичных компонентов топлива на окружающую среду, сколько отодвигает ее и растягивает по времени, т.к. разбавленные остатки токсичных компонентов топлива могут накапливаться в растительном и животном мире океана, оказывая на него мутагенное воздействие. Реализация подхода, обеспечивающего свазыванне остатков КРТ в баках, возвращение их на Землю и последующую нейтрализацию, в принципе, возможна двумя способами: - изменением физического состояния остатков КРТ, путем перевода их из жидкого состоания в желеобразное за счет добавления флегматизаторов; - заключением остатков в неразрушаемую дополнительную емкость.

Для осуществления этого подхода требуется существенная доработка конструкции ракеты с целью увеличения ее прочности, что маловероятно. Кроме того, задача обезвреживания ступени ракеты не решается, т.к. на Земле необходимо решать проблему удаления связанных остатков КРТ и их нейтрализации. Очевидно, что сброс остатков токсичных компонентов топлива в верхних слоях атмосферы — это простейший способ их ликвидации. Однако анализ возможности использования всех, перечисленных выше, вариантов технических решений показывает, что 1) наиболее токсичными и реакциоиноспособиыми по отношению к озону являются соединения НДМГ; 2) нет окончательного ответа на вопрос, какие высоты сброса остатков КРТ можно считать безопасными и вряд ли их целесообразно сбрасывать в атмосферу; 3) подрыв баков ракет ведет к загрязнению околоземного пространства или увеличению районов падения отделившихся частей, что резко увеличивает затра- ты на природопользование и выведению значительных площадей из природохозяйсгвенного оборота; 4) вытеснение остатков КРТ газом наддува требует создания условий, гарантирующих расположение остатков КРТ у дренажных отверстий, что существенно усложняет конструкцию бака; 5) продувка топливных баков горячими газами или испарение с помощью нагревательных устройств требуют значительных дополнительных энергетических затрег, 6) вскрытие баков ОЧ не гарантирует удаление остатков КРТ, т.к.

Характеристики

Список файлов книги