Аджян А.П., Аким Э.Л., Алифанов О.М., Андреев А.Н. Ракетно-космическая техника. Машиностроение. Энциклопедия. T. IV-22 В двух книгах. Книга первая

ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ЖРД	797

Рис. 7.1. Разъемные сферические соединения:

а — с двухбарьерным упругим металлическим уплотнением; б — с двумя барьерами уплотне ний резиновыми кольцами; в — штуцер но стяжное беспрокладочное

кольцами. В некоторых случаях вместо шлан гов целесообразно использовать жесткие трубо проводы, соединяемые посредством трехзвен ных «статических» шарниров со сферическими сочленениями.

7.1.3. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ЖРД

7.1.3.1. Запуск

Запуск ЖРД можно осуществить менее чем за 1 с (от подачи команды до достиже ния номинального значения тяги). Однако

этому препятствует проявление экстремаль ных значений параметров, их сочетаний и градиентов, могущих вывести из строя ЖРД, РН или полезный груз. Контролируемый за пуск может осуществляться через кратковре менный пониженный режим тяги (предвари тельная, промежуточная ступени). Преду сматриваются блокировки операций, а при недопустимых отклонениях контролируемых параметров — аварийное выключение дви4 гателя (АВД).

Для ЖРД на несамовоспламеняющемся топливе необходимы специальные средства зажигания, обеспечивающие воспламенение в камере и ГГ: пиротехнические, электриче ские, химические и др. Зажигание в высот ных (и космических) условиях осложнено тем обстоятельством, что с уменьшением давле ния и температуры внешней среды у боль шинства ракетных топлив ухудшаются харак теристики воспламенения. Нормальное зажи гание в этом случае обеспечивается поддер жанием в полостях КС и ГГ близкого к атмо сферному давления (за счет установки «вы шибных» заглушек в горловинах камер и вы хлопных патрубках турбин), либо кратковре менным созданием в полостях избыточного давления за счет их продувки нейтральным газом (азот, гелий). Продувка производится и при использовании криогенных топлив непо средственно перед запуском и в начальной его стадии с тем, чтобы исключить проник новение быстро образующихся паров одного топливного компонента в магистрали друго го. Для предотвращения кавитацию насосов (и других опасных явлений) производят так же предпусковое охлаждение криогенных расходных магистралей с обновлением содер жащейся в них жидкости.

В ЖРД без дожигания для начальной раскрутки ТНА требуются, как правило, спе циальные средства в виде пороховых старте ров (монтируемых на основной или специ альной пусковой турбине) или пусковых ем костей, из которых топливные компоненты вытесняются в ГГ сжатым газом. Запуск ЖРД с дожиганием вполне осуществим и без посторонних источников энергии. В этом случае необходимая избыточная мощность ТНА (превышение располагаемой мощности турбины над потребляемой насосами) созда ется первоначально благодаря надлежащей организации рабочих процессов в ГГ и КС. Первоначальная подача в них топливных

Аджян А.П., Аким Э.Л., Алифанов О.М., Андреев А.Н. Ракетно-космическая техника. Машиностроение. Энциклопедия. T. IV-22 В двух книгах. Книга первая

798	Глава 7.1. ЖИДКОСТНЫЕ РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

компонентов происходит под действием пе репадов давлений на участке от входа в ЖРД до соответствующего агрегата. Желательно обеспечить максимально возможный пере пад давлений на турбине в течение всего пускового . При этом необходимо учесть, что слишком быстрый рост давления в ГГ тормозит обратные токи компонентов топлива, когда ротор ТНА не вращается и насосы являются лишь гидравлическими со противлениями.

Опыт создания ЖРД с дожиганием окислительного газа показал, что при низком давлении в ГГ в начале запуска, когда плот ность теплового потока в турбину невысока и турбина не прогрета, она способна выдержать кратковременные температурные всплески, существенно превышающие номинальный рабочий уровень. «Перепадный» канал управ ления определяется развитием рабочего про цесса в КС — «подпором» с ее стороны. Важ но не допустить слишком позднего вступле ния в работу КС, что привело бы к забросу по частоте вращения ТНА. В итоге управле ние запуском сводится к управлению расхо дами топливных компонентов, поступающи ми в ГГ и КС. Дозирование компонентов осуществляется программируемой перена стройкой регулирующих органов, подачей до полнительного расхода из специальных емко стей и т.д.

7.1.3.2.Работа ЖРД в полете

Втечение всего или большей части по летного времени ЖРД работает на основном режиме (главная ступень) с регулированием тяги и массового соотношения топливных компонентов — в целях обеспечения расчет ной траектории полета и полной выработ ки топливных компонентов из баков. ЖРД без дожигания целесообразно регулировать изменением расхода через ГГ; при этом тем пература генераторного газа обычно поддер живается неизменной. Большинство ЖРД с дожиганием содержат окислительный ГГ, и их регулируют изменением температуры ге нераторного газа путем изменения расхода горючего.

Вконце активного участка полета мар шевые камеры могут переводиться на конеч ную ступень: дросселироваться по тяге в

1,5–3 раза. При этом параметры pк и pа сни жаются в равной степени, а Iу может умень шиться на 20…30 м/с. Более глубокое дроссе

лирование камеры нарушает работу смеси тельной головки (ввиду недостаточного пере пада давлений на форсунках для качествен ного распыла топлива и смесеобразования), ухудшает охлаждение (ввиду нехватки хлад агента), может нарушить устойчивую работу ЖРД. Конечная ступень предусматривается для снижения перегрузки, а также для упро щения операций разделения ступеней РН и повышения точности выведения полезного груза на расчетную траекторию: дросселиро вание ЖРД перед остановом снижает им пульс последействия тяги (импульс за время от подачи команды на выключение ЖРД до полного прекращения действия тяги) и, сле довательно, снижается разброс значений ука занного параметра. ЖРД выключают прекра щением подачи топлива в ГГ и камеру путем закрытия отсечных клапанов. В процессе ос танова может производиться удаление топли ва из полостей ЖРД путем продувки их ней тральным газом и открытия дренажных кла панов (что, в частности, снижает импульс по следействия тяги).

7.1.3.3. Автоматика ЖРД

Функционирование ЖРД на различных режимах, как и проведение предпусковых и послепусковых операций, обеспечиваются при помощи агрегатов автоматики. Боль шинство их — клапаны, открывающие и за крывающие проход для жидкостей и газов в основных и управляющих магистралях ЖРД (рис. 7.1.12– 7.1.14). Затвор клапана переме щается либо под непосредственным воздей ствием рабочего потока, либо силой или крутящим моментом, развиваемыми приво дом с движителем в виде поршня, мембраны или сильфона. В соответствии с применяе мыми приводами в ЖРД используют пнев мо , гидро , пиро , электро , электропнев мо , электрогидроклапаны. Выбор типа кла пана определяется назначением, рабочими параметрами, топливом ЖРД и бортовыми источниками энергии. Для привода пнев

используют нейтральные газы (азот, гелий) с давлением 13…25 МПа, элек трическими приводами служат соленоидные механизмы и электродвигатели (бортовое на пряжение 27 В). Для космических ЖРД, раз рабатывавшихся первоначально для боевых ракет, характерно широкое использование пусковых и отсечных пироклапанов одно кратного срабатывания, приводимых газами

Аджян А.П., Аким Э.Л., Алифанов О.М., Андреев А.Н. Ракетно-космическая техника. Машиностроение. Энциклопедия. T. IV-22 В двух книгах. Книга первая

ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ЖРД	799

Рис. 7.1.12. Клапан горючего камеры сгорания двигателей РД 170, РД 171М, РД 180, РД 191:

1 — корпус; 2 — клапан дренажный; 3 — седло; 4 — клапан; 5 — пружина; 6 — пружина; 7 — поршень

от пиропатронов; они, в свою очередь, сра батывают от электрического импульса. От сечные клапаны проектируют в расчете на высокую герметичность перекрытия магист ралей.

Для управления и регулирования ЖРД после запуска используют дроссели, осуществ ляющие изменение гидравлического сопротив ления магистрали, и регуляторы (рис. 7.1.15–

7.1.17), обеспечивающие поддержание или изменение по определенному закону вели чин расхода, давления и соотношения этих параметров. Точность поддержания пара метра задается не хуже 1…2 %. В указанных агрегатах используют электро и пневмо приводы.

Агрегаты автоматики испытывают воз действие больших перепадов давлений

Рис. 7.1.13. Разделительный клапан	двигателя РД 191:
1 — корпус; 2 — пневмопривод; 3 — фильтр; 4 — клапан	5 — полуось; 6 — резиновое уп

лотнение; 7 — седло; 8 — заслонка

Аджян А.П., Аким Э.Л., Алифанов О.М., Андреев А.Н. Ракетно-космическая техника. Машиностроение. Энциклопедия. T. IV-22 В двух книгах. Книга первая

800	Глава 7.1. ЖИДКОСТНЫЕ РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Рис. 7.1.14. Клапан окислителя газогенератора двигателей РД 171М, РД 180:

1 — корпус; 2 — седло; 3 — клапан; 4 — шток; 5 — пружина; 6 — поршень; 7 — пружина; 8 — крышка; 9 — металлическая манжета; 10 — клапан дренажный; 11 — металлическая манжета; 12 — пружина

Рис. 7.1.15. Цифровой регулятор тяги двигателя РД 191 (вариант):

1 — корпус, 2 — крышка, 3 — направляющая, 4 — затвор, 5 — затвор, 6 — золотник, 7 — опора, 8 — пружина, 9 — электромагнит, 10 — золотник, 11 — гильза, 12 — крышка

(до 50 МПа), интенсивных (скорость более	бору материалов для контактирующих пар и
30 м/с, расход до 1 м3/с) потоков жидкостей и	покрытий. В целях минимизации габаритов и
высоких вибронагрузок, что предопределяет	массы, учитывая небольшой потребный ре
жесткие требования к контровке резьбовых со	сурс, детали автоматики проектируют на боль
единений и специфические требования к под	шие рабочие напряжения.

Аджян А.П., Аким Э.Л., Алифанов О.М., Андреев А.Н. Ракетно-космическая техника. Машиностроение. Энциклопедия. T. IV-22 В двух книгах. Книга первая

ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ЖРД	801

Рис. 7.1.16. Стабилизатор дав ления двигателя РД 170:

1 — упор; 2 — направляющая;

3 — корпус; 4 — золотник; 5 — кольцо; 6 — опора; 7 — крыш ка; 8 — пружина; 9 — шайба

Рис. 7.1.17. Электропневмоклапан двигателя РД 170:

1 — электромагнит; 2, 8 — гайка; 3, 12, 15 — клапан; 4, 13 — пружина; 5, 10 — шайба; 6, 9 — кольцо; 7 — корпус; 11 — штуцер; 14 — седло