Трушляков В.И. и др. Монография (818589), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Но такой подход применим для небольших гюовых дренажей НДМГ при больших выбросах необходимо органнэовывщь охлаждение и отвод тепла от катализатора, шпом неясным остается вопрос, как газифицировать жидкие остатки НДМГ. Дожигание горючего в баке окислителя неперспективно, т.к. на стенках бака горючего и в трубопроводе останется значительное количество (для РН "Космос" до 200 кг) остатков более токсичного, чем окислитель компонента Конструктивная реализация термохимической системы обезвреживания представлена на рнс.
2.11. 67 а с Э 5 с о 5 х о х о гп 1 11 Рис. 2.9. 1 — бак с АГ; 11 — бак с НДМГ; 14, 15 - клапаны; а 16 — выходной патрубок о с Я а о Рис. 2.10. 1- бак с АГ; 1! - бак с НДМГ; 17 — клапан; ГГ - газогенератор; ТНА - трубонасосный агрегат; КС вЂ” камера сгорания б8 В состав системы нейтрализации входят вьггеснительная емкость 1 с заправочно-спивным клапаном 2, дренажным клапаном 3 и предохранительным клапаном 4, шар-баллон 5, пусковой пироклапан б и 7, дроссель 8, дополнительный дренажно-предохранительный клапан 9, пиромембрана 10, пороховые ракетные двигагели для придания знакопеременной перегрузки и раскрутки корпуса отделяющейся части 11, блок управления 12, система телеметрических измерений 13, датчиковая аппаратура 14, дренажно-предохранительные клапаны 15.
Вход в бак горючего расходного трубопровода вытесннтельной емкости 1 и входного патрубка предохранительного клапана 4 выполнены на крышке люка- лаза. Два пороховых двигателя для создания знакопеременной перегрузки и раскругки корпуса 11 отделяющейся части установлены симметрично на крышке люков приборного отсека и закрыты обтекателями. Приборы блока управления 12 и система телеметрических изменений 13 смонгированы в приборном отсеке. Дагчиковая аппаратура крепится иа внешней стороне корпуса бака горючего. В рассмагриваемом способе для нейтрализации НДМГ (несимметричного димегилгидразина) используется смесь окислителя АК27И с катализатором, помещенная в вытеснительной емкости 1 (или как вариант 1 отбираемого из расходной магистрали).
Пневмогидравлические схемы обоих вариантов представлены на рис. 2.12. Дозаправка вытесннтельной емкости 1 катализатором может производиться как на заводе-изготовителе, так и на стартовом комплексе. Дозаправка вытесннтельной емкости 1 окислителем АК27И (слив окнслительной смеси) производится на стартовом комплексе до стыковки ступеней при горизонтальном паюжении отделяющейся части первой ступени. При заправке вытеснительной емкости 1 катализатором, окнслителем (сливе окислнтельной смеси) используют залравочно-сливной клапан 2 и дренажный клапан 3. Функционирование системы обезвреживания в полете определяется подачей следующей системы команд для включения соответствующих агрегатов: - команда на включение временного блока управления 12 и системы телеметрических измерений 13.
Команда подается одновременно с командой на разрыв механических связей между ступенями (КРС); 69 - команда на включение пороховых ракетных двигателей 11 для создания знакопеременной перегрузки и раскрутки корпуса отделяющейся части. Команда подается с интервалом 1,6 с от команды (КРС); - команда на подачу напряжения на пироустройства системы обезвреживания. Команда подается с интервалом 200 - 300 с от команды (КРС).
При срабатывании пусковых пироклапанов 5, 7 и пиромембраны 10 задействуется предохранительный клапан 4 и происходит подача газа наддува из шара- баллона 5 через дроссель 3 в вьпесннтельную емкость 1. Посредством выкладки диафрагмы окислнтельная смесь подается в бак горючего. После впрыска окислительной смеси начинается процесс обезвреживаюш по следующей схеме: диффузия газообразной части окислителя нагрев и термические превращения катализатора, реакция между газообразными компонентами и на поверхности жидкого НДМГ, подъем температуры и испарение НДМГ с продолжающейся взаимодиффузией компонентов и их реакцией, образование и истечение продуктов нейтрали- зацни после достижения предельно допустимого давления в окружающую среду, через предохранительные клапаны 9 и пиромембрану 1О.
После полной выкладки диафрагмы газ наддува нз шара-баллона 5 стравливается в окружающее пространство через клапан 3. Для создания большей площади контакта НДМГ с вводимым окислнтелем прилагают зиакопеременные перегрузки, обеспечивающие создание газожидкостной смеси (ГЖС). Эти перегрузки создаются, например, с помощью тормозных пороховых двигателей (ПРД), установленных на корпусе ОЧ. Величины перегрузок определяются величинами остатков НДМГ, конфигурацией внутренних стенок бака с НДМГ и т.д.
После придания знакопеременных перегрузок н создания ГЖС в бак вводят окислитель АК в распыленном виде с дополнительно растворенным в нем нитратом металла, каталитнчески активным к НДМГ, обеспечивая повышенную плошадь соприкосновения АК и НДМГ. При контакте ГЖС и НДМГ с капельным окислнтелем будет происходить бурная реакция с большим вьшелением тепла. Это будет сопровождаться взрывным испарением остатков НДМГ и АК, в результате чего реакция окисления переходит в газовую фазу во всем обьеме топливного бака.
При достижении предельной температуры термической устойчивости НДМГ начинается процесс пиролиза его на гаюобразные продукты. 71 Переход реакции в газовую фазу приводит к повышению давления в баке нисходяя из прочности бака, при достижении его предельно допустимого давления осуществляют сброс продуктов реакции через дренажный клапан с пргщанием вращения ОЧ вокруг ее продольной оси.
Придание вращения ОЧ вокруг оси решает следующие задачи: - распределение иепрореагировавших остатков НДМГ по стенке бака и повышение вероятности соприкосновения с вводимым АК; - необходимо осуществление сброса продуктов газификации, не придавая приращение скорости к центру масс ОЧ, т.к, приращение скорости движения центра масс ОЧ изменит районы падения ОЧ; - вращение ступени вокруг продольной оси повышает устойчивость движения ОЧ при входе в атмосферу, снижает высоту ее возможного разрушения и т.д. Введение в азотный окислитель нитрата одного или нескольких металлов (меди, железа, марганца, кобальта и др.), являющегося предшественником катализатора разложения НДМГ в основном до метана и азота, позволяет снизить время и температуру разложения НДМГ, а также токсичность продуктов газификации.
После инициирования реакции окисления НДМГ нитрат переходного металла разлагается с образованием пылевидного высокодисперсного (а потому активного) металлоокисного катализатора, ведущего во всем объеме бака каталитическое разложение НДМГ. Такой вариант осуществления окислительного метода уменьшает необходимое для обезвреживания количество окислителя, температуру и время процесса.
Ката- лизагор вводится в реагирующую систему путем предварительного растворения его в окислителе. Целесообразность обезвреживания НДМГ имеющимся на борту штатным окислителем обусловлена тем, что НДМГ является эндогермическим нестабильным соединением и при высоких температурах бурно разлагается с дополнительным тепловыделением, ускоряющим дальнейшее протекание реакции. Добавка подходящего катализатора, ускоряющего достижение равновесия, в реагирующую систему существенно снижает выход токсичных продуктов и уве- личивает скорость разложения. Количество ютализатора, необходимое для ускорения процесса газификации остатков НДМГ, составляет небольшую долю в общем весе (доли процента). Роль катализатора сводится лишь к изменению скоростей отдельных стадий химических реакций.
При стехиометрическом количестве АК возникает температура — 3000 'С, что при больших запасах АК (а= 2,5...3) приводит к высоким температурам и разрушениям ОЧ. Прн сверхстехиометрическом соотношении (а = 1О) температура существенно ниже - 1000 'С, однако зто ставит под сомнение осуществление способа при - 1000 кг остатков НДМГ. Так как теплота разложения НДМГ значительно ниже, чем его окисления, то предлагается осуществление процесса обезвреживания совмещением процесса окисления (стадия, обеспечивающая температуру для начала разложения НДМГ) и собственно процесса термического разложения НДМГ при температуре менее 1000 'С. Прн таком способе обезвреживания для нейтрализации 1 кг НДМГ требуется — 0,2 кг АК. Введение катализатора уменьшает зту величину - до 0,1-0,15 кг и сократит время процесса.
Превращение НДМГ в ГЖС значительно увеличивает площадь соприкосновения с АК и создает благоприятные условия для процесса. На зто же и направлено вращение ОЧ вокруг продольной осн, создавая пленочное покрытие остатками НДМГ. Оценка зффективностн предлагаемого способа показывает, что ликвидация остатков НДМГ путем его полной выработки на АУТ требует: - доработки двигателя для обеспечения включения по фактическому окончанию НДМГ; - установки системы регулирования расходованием топлива с учетом обеспечения опережающей выработки НДМГ; - разработки алгоритмического обеспечения управления расходованием топ- лика; - разработки алгоритмов управления движением РН, обеспечивающих падение ОЧ в заданный район падения при разбросе моментов времени выработки НДМГ; - наземной комплексной отработки ступени (двигатели, системы управления расходованием топлива, управление движением центра масс, доработка конструкции ступени).
Предлагаемый вариант на основе химической газификации требует наземной комплексной отработки устройства ввода окислителя НДМГ, доработки конструкции ОЧ. Реализация других вариантов химических способов невозможна из-за большой длительности процесса обезвреживания или больших масс реагентов, кото- 73 рые необходимо помещать на борт РН (отсутствие обьемов н энергетических возможностей РН). Выбор наиболее перспективной схемы системы обезвреживания необходимо проводить с учетом конструктивной схемы ракеты, проведем этот анализ на примере РН "Космос".
Предыдущий качественный анализ возможных схем обезвреживания показал, что наиболее перспективными для данной ракеты-носителя являются следующие: - СУРТ, обеспечивающая уменьшение гарантийных запасов топлива в баках отделившейся части ракеты-носителя; - СУРТ, обеспечивающая опережающую выработку наиболее токсичного компонента топлива НДМГ; - система включения двигателей первой ступени по полному израсходованию топлива„ - термохнмическая бортовая система обезвреживания. Необходимо отмеппь, что система выключения двигателей первой ступени по полному израсходованию НДМГ может быль реализована только при наличии в составе РН СУРТ, работающей по схеме с опережающей выработкой НДМГ. Стоимостная оценка каждого из вариантов представленная в табл.
2.9 - 2.12, показала, что наиболее перспективной системой является термохимическая система обезвреживания. Таблица 2.9 Затраты на разработку СУРТ с опережающей выработкой НДМГ 74 Таблица 2.10 Таблица 2.11 Затраты на разработку системы выключения двигателей первой ступени по полному израсходованию токсичного компонента — НДМГе Наименование работ 1 200 7 000 Отработка 4-х двигателей 1300 250 20 000 Отработка заборных устройств 1 500 33 150 '-в ценах 1980 г.
75 Затраты на разработку традиционной СУРТ Отработка датчиков СУРТ Отработка программное математичесюе обеспечение СУРТ Разработка юнструкгорсюй документации на СУРТ Разработка конструкторской документации на доработку двигателей Проведение динамических испытаний макетов баков 1-й ступени разработка конструкторсюй документации баков Проведения основных стендовых испытаний 1-й ступени Стоимость работ, тыс. руб. Таблица 2.12 Зарапм на разработку бортовой системы обезвреживания Стоимость работ, тыс. руб.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
