close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

2. конструктивное описание

код для вставкиСкачать
 2 Описание схемы ПГС
Состав ПГС существенно зависит от назначения ДУ, от типа применяемого ЖРД. ЖРД, предназначенные для установки на РН, имеют узкий круг задач, связанных в основном с разгоном и стабилизацией на активном участке полета. Здесь наиболее часто применяются ЖРД с однократным запуском и насосной системой подачи компонентов топлива. В их состав входят камеры сгорания, турбонасосные агрегаты (ТНА), регуляторы расхода и давления, различные пневмогидравлические или пиротехнические клапаны, обеспечивающие запуск и выключение ЖРД. ПГС ЖРДУ ракет-носителей и космических аппаратов делятся по функциональному назначению на следующие комплексные системы: - топливную систему; - систему заправки; - систему наддува; - систему ограничения давления; - систему управления состоянием топлива; - вспомогательные системы. Каждая из этих комплексных систем, как правило, состоит из нескольких более простых функциональных частей, которые можно определить с классификационной точки зрения как подсистемы комплексных систем. Топливная система - комплекс пневмогидравлических устройств (в том числе топливных баков), обеспечивающих хранение топлива, а также питание компонентами топлива жидкостных ракетных двигателей для их нормального функционирования при старте и в полете. Топливная система включает следующие подсистемы: а) расходные магистрали - совокупность трубопроводов, узлов и агрегатов, обеспечивающих транспортировку компонентов топлива в ЖРД; б) заборные устройства - совокупность внутрибаковых устройств, обеспечивающих организованный забор компонентов из топливных емкостей с минимальными остатками незабора; в) подсистемы управления положением топлива и разделения жидкой и газовой сред - совокупность устройств, обеспечивающих непрерывную подачу (сплошность потока, жидкого топлива в ЖРД); г) подсистемы перелива - совокупность устройств, обеспечивающих перекачку компонентов топлива из одной емкости в другую; д) подсистемы демпфирования колебаний топлива - совокупность устройств и приспособлений, позволяющих уменьшить амплитуды колебаний топлива в баках и магистралях; е) подсистемы подпитки - совокупность устройств, обеспечивающих питание ЖРД компонентами топлива из небортовых емкостей. Система заправки - комплекс устройств, обеспечивающих заправку (слив) и зарядку (сброс) емкостей топливом и газом. Система заправки может состоять из следующих подсистем: а) заправки топливом - совокупности устройств, обеспечивающих заправку, насыщение газом, дозаправку, слив и повторную заправку компонентами топлива; б) зарядки газом - совокупности устройств, обеспечивающих зарядку и сброс газа; в) дренажа - совокупности устройств, обеспечивающих дренаж емкостей при заправке. Система наддува - комплекс устройств, обеспечивающих необходимые давления в топливных баках. Система наддува может состоять из следующих подсистем: а) предпускового наддува - совокупности устройств, обеспечивающих наддув (поднаддув) топливных баков до выхода на режим системы основного наддува; б) основного наддува - совокупность бортовых устройств, обеспечивающих наддув топливных баков при работающих двигателях. Система ограничения давления - комплекс устройств, предохраняющих ПГС от разрушения и разгерметизации в процессе эксплуатации. Такая система может состоять из следующих подсистем: а) обеспечения давления в топливных баках в требуемых пределах при хранении и транспортировке в незаправленном состоянии - совокупности устройств, обеспечивающих допустимый перепад давления между топливными баками и окружающей средой; б) обеспечения давления в топливных баках в требуемых пределах при хранении в заправленном состоянии - совокупности устройств и мероприятий, обеспечивающих необходимый диапазон давления в топливных баках в процессе хранения в заправленном состоянии; в) предохранения топливных баков при пуске и в полете - совокупности устройств, обеспечивающих ограничение давлений в баках при наддуве. Система управления состоянием топлива - комплекс устройств, обеспечивающих требуемые характеристики и параметры компонентов топлива при эксплуатации ПГС. Система управления состоянием топлива и контроля параметров может состоять из следующих подсистем: а) терморегулирования - совокупности устройств и мероприятий, обеспечивающих поддержание заданных значений температур топлива в период эксплуатации; б) контроля параметров рабочей среды (в баках) - совокупности устройств, обеспечивающих "измерение характеристик рабочего тела в ПГС и выдачу соответствующих сигналов в системы регулирования ЖРД; в) изменения агрегатного состояния топлива - "совокупности устройств, обеспечивающих перевод компонентов топлива из разных агрегатных состояний в жидкое с требуемыми характеристиками, необходимыми для нормальной работы двигателей. Вспомогательные системы: а) нейтрализации; б) продувки; в) пневмоуправления агрегатами; г) аварийного слива и т. п. Состав ПГС, разбитый по функциональному назначению на системы и подсистемы, представлена на рисунке.
В зависимости от назначения ракеты и от вида старта пневмогидравлические системы располагаются как на борту, так и вне борта: - на земле (ракета-носитель); - на космическом корабле-носителе и т. д. Вне борта располагаются в основном системы первых ракетных блоков (система подпитки топливом двигателей 1-го ракетного блока и т. п.), а также системы заправки, дренажа и предпускового наддува всех ракетных блоков. Внебортовые системы до старта соединены с бортовыми системами герметичными соединениями, которые при старте расстыковываются либо соответствующим образом разделяются.
Рисунок - Функциональный состав ПГС
2.1 Пневмогидравлическая система двигательной установки
Двигатель выполнен по схеме дожигания генераторного газа после турбины и включает в себя следующие основные агрегаты:
- камера сгорания
- турбонасосный агрегат (ТНА) высокого давления
- бустерный насосный агрегат горючего (БНАГ)
- бустерный насосный агрегат окислителя (БНАО)
- газогенератор
- пневмоклапаны управления запуском и выключением
- регулятор с электроприводом
- исполнительный элемент системы управления величиной тяги
- запальные устройства камеры сгорания
- система продувки
- датчики системы аварийной защиты
Двигатель содержит камеру сгорания КС, газогенератор ГГ, ТНА высокого давления, бустерный насосный агрегат горючего БНАГ с турбиной Т2, бустерный насосный агрегат окислителя БНАО с гидротурбиной Т3. ТНА имеет одноблочную конструкцию, включающую в себя трехступенчатый центробежный насос горючего НГ, основной центробежный насос окислителя НОО, дополнительный центробежный насос окислителя НОД и двухступенчатую турбину Т1.
Основной насос окислителя НОО выполнен с двухсторонним входом. Вход основного насоса окислителя соединен с выходом бустерного насоса БНАО. Выход основного насоса окислителя соединен с смесительной головкой камеры КС через дроссель ДР1, пусковой дроссель ДР2 и пуско-отсечной клапан К8.
Дополнительный насос окислителя НОД - с односторонним входом, который соединен со входом основного насоса НОО с помощью перепускных каналов, выполненных в корпусах насосов. Выход дополнительного насоса соединен с газогенератором ГГ через регулятор тяги РТ и клапан К1.
Бустерный насос окислителя БНАО - двухступенчатый шнековый, двухвальный, с соосным расположением валов и приводом ступеней насоса от соответствующих ступеней гидротурбины Т3 с разными скоростями вращения. Вход гидротурбины соединен с отводящим трубопроводом дополнительного насоса НОД. Выход гидротурбины соединен с подводящим трубопроводом основного насоса НОО.
Центробежный насос горючего НГ выполнен трехступенчатым. Вход насоса горючего соединен с выходом бустерного насосного агрегата горючего БНАГ. Выход насоса соединен с газогенератором ГГ через пуско-отсечной клапан К3, а также с рубашкой охлаждения камеры КС через клапан К7.
Бустерный насос горючего БНАГ - шнеко-центробежный, одновальный, с приводом от газовой турбины Т2, вход которой соединен с рубашкой охлаждения, а выход - с смесительной головкой камеры КС.
Для воспламенения компонентов топлива в камере сгорания КС и газогенераторе ГГ предназначены запальные устройства ЗП2 и ЗП1 соответственно. Запальные устройства форкамерно-факельного типа соеденены с отводящим трубопроводом насоса горючего НГ через клапаны К4 и К5. Запальное устройство ЗП1 соеденено с входным трубопроводом основного насоса окислителя НОО через клапан К2, а запальное устройство ЗП2 - с выходным трубопроводом основного насоса окислителя через клапан К9. Каждое запальное устройство снабжено двумя электрическими свечами зажигания.
Выход газогенератора ГГ соединен с входом турбины Т1 ТНА высокого давления. Выход турбины соединен с смесительной головкой камеры КС двумя газоводами. На каждом из газоводов установлен теплообменник для подогрева гелия для наддува бака окислителя ракеты.
Газообразный водород для наддува бака горючего, питания рулевых машин и турбогенераторной системы электроснабжения отбирается после охлаждения камеры сгорания через трубопровод с расходным дросселем ДР3.
Система управления включает пневмоклапаны, баллоны со сжатым гелием и электро-пневмоклапаны. Пневмоклапаны являются исполнительными агрегатами управления запуском и остановом двигателя и приводятся в действие гелием от баллонов высокого давления. Открытие клапанов обеспечивается подачей напряжения на соответствующие электро-пневмоклапаны. Гелий из баллонов через электро-пневмоклапан подается в управляющие полости пневмоклапанов, открывая их.
Регулирование тяги осуществляется регулятором РТ, установленным в магистрали окислителя генератора. Регулирование соотношения компонентов осуществляется дросселем ДР1, установленным в магистрали окислителя камеры. При этом обеспечение соотношения компонентов топлива в камере при запуске осуществляется пусковым дросселем ДР2.
2.2 Работа двигателя
Во время работы жидкий кислород из бака поступает в бустерный насос окислителя БНАО. С выхода бустерного насоса окислителя по подводящему трубопроводу кислород подается на вход основного насоса НОО, откуда по перепускным каналам кислород поступает также на вход дополнительного насоса НОД.
После основного насоса кислород поступает по отводящему трубопроводу с дросселями ДР1, ДР2 и клапаном К8 в смесительную головку камеры сгорания КС. Установленный в этой магистрали дроссель ДР1 обеспечивает регулирование соотношения компонентов в камере сгорания КС.
После дополнительного насоса кислород подается по отводящему трубопроводу с регулятором РТ и клапаном К1 в смесительную головку газогенератора ГГ. Установленный в этой магистрали регулятор РТ обеспечивает регулирование тяги двигателя.
На гидротурбину Т3 бустерного насоса окислителя БНАО подается кислород, отбираемый с выхода дополнительного насоса НОД. После гидротурбины кислород поступает в трубопровод, соединенный с выходом бустерного насоса окислителя, и далее по этому трубопровод - на вход основного насоса окислителя.
Через основной насос окислителя НОО протекает только кислород, поступающий в камеру сгорания КС, а через дополнительный насос НОД - кислород, подводимый в газогенератор и на гидротурбину бустерного насоса окислителя БНАО.
Жидкий водород из бака поступает в бустерный насос горючего БНАГ, с выхода которого водород подводится на вход насоса горючего НГ ТНА высокого дваления. После насоса водород подается по отводящему трубопроводу с клапаном К3 в газогенератор ГГ. Часть жидкого водорода по отводящему трубопроводу поступает в рубашку охлаждения камеры сгорания КС, в котором газифицируется и подается на двухступенчатую газовую турбину Т2 бустерного насоса БНАГ горючего.
Часть газофицированного водорода отбирается из рубашки охлаждения камеры сгорания и через расходный дроссель ДР2 поступает на наддув бака горючего ракеты, а также для питания рулевых машин и турбогенераторной системы электроснабжения.
После турбины Т2 водород по трубопроводу поступает в полость охлаждения огневого (переднего) днища смесительной головки камеры сгорания КС. Охлаждление огневого днища - транспирационное: газообразный водород поступает в огневую камеру через поры в материале огневого днища. Кроме того, часть водорода из полости охлаждения расходуется на создание пристеночного слоя в камере сгорания.
Часть поступившего в газогенератор жидкого водорода расходуется на охлаждение цилиндра газогенератора ГГ. Большая часть жидкого водорода через смесительную головку подается в огневую камеру однозонного газогенератора, где смешивается с кислородом и частично сгорает.
Крутящий момент от турбины Т1 передается к валу насоса горючего НГ, а также через шлицевую рессору к валу основного и дополнительного насосов окислителя.Во время работы двигателя клапаны К2 и К9 закрыты, и запальные устройства ЗП2 и ЗП1 работают как струйные форсунки горючего, поступающего через открытые клапаны К4 и К5.
2.3 Запуск
В исходном состоянии все клапаны закрыты.
Перед запуском двигателя включается профилактическая продувка полости окислителя генератора и камеры, охлаждающего тракта камеры, разделительной полости турбонасосного агрегата.
Затем открываются подбаковые клапаны ракеты (на схеме не показаны) и под воздействием гидростатического напора и давления наддува в баках происходит заполнение насосов и трубопроводов горючего до клапанов К3, К4, К5, К6 и К7, насосов и трубопроводов окислителя - до клапанов К1, К2, К8, К9, К10.
Открытием клапана К6 циркуляции горючего и подачей гелия (азота?) через обратный клапан КО1 на турбину бустерного насоса горючего БНАГ начинается "вялая" раскрутка ротора бустерного насоса, создающего напор, достаточный для обеспечения циркуляции жидкого водорода через насосы горючего, отводящий трубопровод и клапан К6. "Вялая" раскрутка производится минимально необходимое для захолаживания насосов горючего и трубопроводов (до пуско-отсечного клапана К3) время - чрезмерное увеличение этого времени приводит к излишним достартовым выбросам водорода.
Открытием клапана К10 циркуляции окислителя и под воздействием гидростатического напора и давления наддува в баке производится циркуляции жидкого кислорода через насосы окислителя, трубопроводы и клапан К10.
За несколько секунд до запуска подается напряжение на агрегат зажигания. Затем открывается клапан в линии подачи горючего из отводящего трубопровода насоса НГ на охлаждение подшипника турбины, и включается интенсивная продувка линии окислителя запальных устройств. Время выключения интен-сивной продувки запальников выбрано таким образом, чтобы к моменту подачи окислителя в магистрали отсутствовало противодавление.
Непосредственно перед запуском запальных устройств производится интенсивная раскрутка ротора бустерного насоса горючего БНАГ для набора давления водорода на входе в запальники. Включается интенсивная продувка магистралей генератора и камеры.
С открытием клапанов К2 и К4 окислитель и горючее поступают в запальник газогенератора, где воспламеняются электрическими свечами.
После открытия клапана К7 происходим заполнение горючим охлаждающего тракта камеры сгоряния.
После этого окислитель и горючее одновременно (с разницей не более 0.2-0.3 с) подаются в газогенератор (открытием клапанов К3 и К1) и окислитель - в смесительную головку камеры сгорания (открытием клапана К8).
Одновременно с открытием клапана горючего газогенератора К3 закрывается клапан циркуляции горючего К6.
После выхода двигателя на режим малой тяги закрытием клапанов К2 и К9 прекращается подача окислителя в запальные устройства и включается интенсивная продувка перекрытых трубопроводов для удаления из них остатков окислителя.
Для исключения образования взрывоопасной смеси газов во внутренних полостях двигателя после его выключения расчетно-экспериментальным путем были отработаны оптимальные по длительности, расходу, месту подвода рабочего тела режимы продувки двигателя гелием и азотом. Эти продувки включаются непосредственно при выключении двигателя и продолжаются в
течение всего времени удаления компонентов топлива, предотвращая накопление возможных утечек во внутренних полостях, флегматизируя и удаляя их в атмосферу.
2.4 Камера
Камера сгорания представляет собой паяно-сварной неразъемный агрегат и состоит из смесительной головки, камеры сгорания и сопла. Сопло и камера охлаждаются частью водорода, отбираемого после насоса ТНА высокого давления.
Для управления вектором тяги двигателя на смесительной головке камеры установлен узел качания со сферическим шарниром. На шарнире, воспринимающем тягу двигателя, используется специально созданное антифрикционное покрытие "Афтал" с коэффициентом трения 0,018-0,020, способное работать без смазки в течение длительного времени. Принятая кинематическая схема подвески обеспечивает возможность поворота двигателя на угол до 16 градусов, при одновременном отклонении на угол 7-11 градусов в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.
При работе редуктора обратного действия тарель 1 отведена от седла 2 суммарным воздействием на шток 3 усилия пружин 4, 7 регулировочного винта 5 и давления газа в полости высокого давления 8 и в полости низкого давления 9. Газ высокого давления, поступающий в полость 8, дросселируются в зазоре между тарелью 1 и седлом 2 и поступает к потребителю через штуцер 11. Чем больше затяжка пружины 4 регулировочным винтом 5, тем больше зазор, меньше дроссилируется газ и выше давление за редуктором.
45
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
122
Размер файла
75 Кб
Теги
описание, конструктивное
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа