Трушляков В.И. и др. Монография (818589), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Фрр =ч 3. Каждый моль горючего при термическом разложении дает 3 моля продук- тов. Интегрирование дает текущее значение количества молей продуктов в баке. 136 3.4. Анализ результатов расчетов температурных режимов в баках ракет отделиюпгейси части прн работе системы обезвреживании Массы остатков горючего для РН "Космос" приведены в табл.
3.4. Таблица 3.4 Остатки компонентов топлива для первой ступени РН "Космос" Таблица 3.5 Возможные величины остатков КРТ в баках РН «Протон» Остатки двига- тельной уста- новки, кг Суммарный ос- таток, кг Гарантийные Гидравлические запасы, кг осгатки, кг Баки Жесткая п о амма 540 300 3080 1780 8С810 Г-1 1750 870 790 610 272 162 72 88 914 498 8С811 Г-2 570 250 169 77 30 22 496 209 250 11О ЗС812 Г-3 Гибкая и о ам ма 540 300 650 300 8С810 Г-1 450 290 1640 890 72 86 352 266 8С811 Г-2 210 105 70 80 40 45 30 22 330 177 8С812 Г-3 260 110 137 Для РН "Протон" величины остатков компонентов ракетного топлива в зависимости от схемы работы системы управления по жесткой и гибкой программе приведены в табл.
3.5, для баков первой, второй и третьей ступеней (изделия 8С810, 8С811 и 8С812 соответственно). Исходными данными для расчета, кроме приведенных выше остатков топлива, принимались давление в баке на момент отделения ступени, равное 0,133 МПа, средняя температура в начальный момент времени по цилиндрической обечайке после активного участка траектории +50 'С, остатков топлива ь20 'С.
Схемы емкостей и трубопроводов для РН "Космос" и "Протон" и нх разбивка на элементы приведены на рис. 3.36. Расчеты проводились двя всех возможных вариантов схем распределения остатков горючего на моменг начала работы системы обезвреживания, например: для случаев подачи окислителя как с постоянным, так и с переменным расходом в диапазоне от О,1 до 1,12 кг/с, для различных площадей дренажных отверстий. Основными ограничениями, накладываемыми на полученные результаты расчетов, являлисзс а) для РН "Космос" - время процесса обезвреживания 600 с, что соответствует времени движения на пассивном участке траектории; предельное давление в баке 0,17 МПа; предельная температура стенок конструкции ракеты +300 'С; б) для РН "Протон*' - предельное давление и температура, соответственно 0,17 МПа и +300 'С, время проведения процесса обезвреживания изделия 8С810- 200 с, 8С811 - 335 с, 8С812 - 585 с.
На рис. 3.37 представлены графики температуры продуктов разложения горючего н температуры цилиндрической обечайки при равномерном распределении остатков горючего для массы 200 кг на поверхности бака первой ступени РН "Космос" прн разных величинах остатков. Графики показывают, что, несмотря на значительные величины температуры продуктов сгорания, температурный режим элементов бака остается нормальным. Лишь после полного испарения и разложения горючего температура элементов бака незначительно повышается. Данный результат возможен лишь в том случае, если в баке не будет не покрытых остатками горючего элементов конструкции.
Поэтому необходимо принятие мер по исюпочению несмоченных силовых элементов конструкции бака для исключения их прогорания н преждевременного разрушения бака. В обоих случаях горючее за время процесса не успевает полностью разложиться из-за малой плошади контакта с продуктами разложения. Прн этом температуры всех элементов бака, за исключением нижнего днища, поднимаются выше допустимых значений. 138 Рис 3.36. Схема разбивки ОЧ на элементы. ! -20 — элементы горючего; 21 — верхнее днище баса "О"; 22 — обечвйка бака "О"; 23 — нижнее днище бака "О"; 24 — боковой отсек; 25 — верхнее дннще бака "Г", 26- обечвйка баса "Г", 27 — туннельный трубопровод бака "Г'; 2 — нижнее днище бака "Г', 29 — горловина трубопровода "О"; 30 — трубопровод "О"; 31 - продукты разложения; 32 — окнслнгель 139 т,с тснпсрвзурв ННННСГО НННГГГВ т.
р 21 рксссвой ойсчвйвн -ч-ТСННСРВГУРа ГВЗОСОй ГОРВВНН 0 6 20 40 60 М 160 126 140 100 100 ЗВ 220 240 С Е Рис. 3.37. Температурный режим бака первой ступени РН «Космос» прн расположении остатков на нижнем днище (масса остатков 200 кг) Т,'С 1200 1ОО О темперктурв прппукпзв рвэлозеппв; темперГпу2е ннлпнпрпч:окой ойечкйкп нос БОО ООО 2ОО О га во ЕО ОС 1ОО 12О Рис. 3.38.
Температурный режим бака первой ступени РН «Космос» при равномерном распределении остатков по всему объему бака: ! — масса остатков 200 кг; 2 — масса остатков 600 кг 140 На рис. 3.38 приведены результаты расчета температурного режима бака при равномерном распределении остатков по всему объему бака и прн массе остатков 200 и 600 кг. Данный вариант расположения остатков характеризуется большой площадью поверхности теплообмена между горючим и продуктами разложения. Это дало двойной зффехт — сравнительно низкую температуру продуктов разложения, охлалщающихся за счет большой площади теплообмена с остатками горючего, и малое время разложения, достигаемое за счет небольшой величины капель горючего, успевающих быстро испариться. За короткое время процесса разложения злементы конструкции бака не успевают прогреться, и их температурный режим остается удовлетворительным на более 63 'С. При больших величи- пах остатков для данного варианта распределения горючего возникает, однако, проблема сброса давления из-за взрывного характера процесса.
Кроме того, трудно вероятно обеспечить равномерное распределение топлива по всему объему бака в виде капель диаметром не более 6 мм. Результаты расчетов температуры продуктов разложения остатков горючего РН «Космос» прн переменной подаче окислителя от 0,1 до 1,12 кг/с показаны на рис. 3.39.
Прн малых расходах окислителя (бе = 0,1-0,4 кг/с) температура продуктов разложения при остатке горючего 200 кг устанавливается в диапазоне 120-230 'С и не достигает температуры пиролиза, хотя все остатки горючего в течение 140-70 с газифицируются. Так, например, при расходе окислителя б = 0,134 кг/с температура продуктов окисления устанавливается на уровне 119 'С, давление 0,15 МПа при дренвкном отверстии площадью 0,34.10' м' все остатки горючего 200 кг испарились за 186 с. При расходе окислителя 0,4 кг/с температура продуктов окисления выросла до 223 'С при давлении 0,155 МПа при площади дренажных отверстий 1,1210 м' все горючее испарилось за 68 с.
С увеличением расхода окислителя до стехиометрического (Ое н 1,2 кг/с) температура продуктов окисления за 9 с достигает 350 'С и начинает интенсивно увеличиваться до — 1000 'С за счет вьщеления теплоты в реакции разложения горючего, что неприемлемо с точки зрения термопрочности бака (рис. 3.39). С целью уменьшения температур конструкции до приемлемых значений было проведено численное исследование двух путей снижения температуры продуктов разложения: изменением расхода окислителя и подбором оптимальных размеров дренажных магистралей, прн которых задача обезвреживания обеспечивалась бы прн постоянном расходе окислителя. 141 Прекращение подачи окислителя после достижения продуктами разложения температуры 450 'С показывает, что теплоты разложения горючего не хватает на на~Ров и испарение его остатков.
После отключения подачи окислителя температура продуктов разложения снижается, и при доспакении температуры 350 'С процесс обезвреживания начинает затухать (рис. 3.39). Поэтому оптимальным представляется переменная подача окислителя. Результаты расчетов показывают, что подача окислителя б, >0,5 кг/с является достаточной для доведения температуры продуктов разложения до 400 150 'С, после достижения которой расход окислителя можно уменьшать в 4 раза. При этом прекращается рост температуры продуктов разложения, а сам процесс продолжается до полной ликвидации остатков горючего на температурном уровне 400-450 'С, приемлемом с точки зрения термопрочности конструкции бака. Таким образом, изменение расхода окислителя позволяет решить задачу разложения остатков горючего, но требует решения задачи регулирования расхода подачи окислитела, что усложняет конструкшпо системы.
Более предпочтительным с точки зрения возможности технической реализации бортовой системы представляется обеспечение требуемого давления и температуры продуктов разложения в баке за счет подбора постоянного расхода окислителя и диаметра дренажных магистралей. Исследования проводились в диапкюне расхода окислителя 0,5-1 кг/с, и диапазоне площадей дренажных отверстий 0,01-0,05 м' (рис. 3.40). Результаты расчетов показали, что, варьируя этими параметрами, можно решить задачу обезвреживания остатков горючего при приемлемом тепловом н силовом нагружении.
Для массы остатков горючего в баке РН «Космос» 200 кг наиболее удовлетворительные результаты получаотся при расходе окислителя б, = 0,5 кг/с и площади дренажных отверстий Р = 0,04 м'. Расчеты для РН «Протон» проводились с расходами окислителя 0,5-1,5 кг/с при тех же начальных условиях и ограничениях, что и для РН «Космос». Характер происходящих процессов аналогичен результатам, полученным для РН «Космос» (рис.
3.41). В варианте расположения остатков горючего у одного из днищ бака (особенно это касается баков первой ступени в процессе термохимического обезвреживания) температуры оголенных поверхностей достигают значений, неприемлемых с точки зрения термопрочности конструкции.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
