Пневмогідравлічний демпфер витратної магістралі ракети

Винахід відноситься до ракетно-космічної галузі, а більш конкретно -до пневмогідравлічних систем і може використовува тися під час розробки рідинних ракет середнього і важкого класів. У процесі роботи рідинного ракетного двигуна (РРД) у його камері згоряння відбувається нестійке горіння компонента палива, у результаті якого параметри РРД, у тому числі тиск у камері згоряння, змінюються з визначеною частотою, тобто коливаються відносно номінальних значень. Одночасно з цим змінюється тиск компонентів палива у витратних магістралях. При великих коливаннях тиску у витратних магістралях і баках ракета може втратити поздовжню стійкість і зруйнуватися (див. книгу «Основы строительной механики ракет», Балабух Л.И. и др., М., «Высшая школа», 1969, с.208-222). Для зменшення величини коливання тиску у витратній магістралі застосовується демпфер. Відомим є пневмогідравлічний демпфер витратної магістралі ракети, який містить встановлену концентрично витратній магістралі оболонку з утворенням кільцевого об'єму, що включає рідинну порожнину, сполучену каналами перепуску з витратною магістраллю, та газову порожнину (див. журнал "Вопросы ракетной техники", №11, 1971, с.18-20). Якщо у процесі роботи РРД у витратній магістралі змінюється тиск, також змінюється і об'єм рідинної порожнини демпфера. У результаті цього газ із газової порожнини може попасти у витратну магістраль через канали перепуску (отвори) і призвести до аварії РРД. Для виключення попадання газу у витратну магістраль необхідно значно збільшити габарити демпфера. Недоліком відомого демпфера є його низькі експлуатаційні якості, тому що демпфер має великі габарити і вагу. Найближчим до запропонованого по технічному рішенню є вибраний як прототип пневмогідравлічний демпфер витратної магістралі ракети, описаний у книзі («Космонавтика», энциклопедия, М., «Сов. энциклопедия», 1985, с.267-268, статья «Неустойчивость рабочего процесса ракетного двигателя»). Вказаний демпфер містить встановлену концентрично витратній магістралі оболонку з утворенням кільцевого об'єму, який включає рідинну порожнину, сполучену каналами перепуску з витратною магістраллю, та газову порожнину, з'єднану через жиклер з трубопроводом подавання газу наддуву. Наявність газу наддуву підвищує стабільність об'єму рідинної порожнини, що дозволяє зменшити габарити і вагу демпфера. Недоліком відомого демпфера є його невисокі експлуатаційні якості через значні габарити і вагу демпфера. В основу винаходу поставлена задача створення удосконаленої конструкції демпфера, яка б забезпечувала підвищення його експлуатаційних якостей шляхом уведення в нього нових елементів і технічних рішень, таких як: - у кільцевому об'ємі вертикально встановлюється додатковий трубопровід, верхній зріз якого розташовується вище каналів перепуску, що дозволяє виключити проривання газу наддуву у канали перепуску; - додатковий трубопровід сполучається через пневмоклапан з навколишнім середовищем, що дозволяє демпфірувати підвищення тиску компонента палива у процесі роботи РРД за рахунок зливання надлишку компонента палива за борт ракети, а пневмоклапан ізолює кільцевий об'єм демпфера від попадання у нього пилу та вологи із навколишнього середовища до початку роботи РРД; - верхній зріз додаткового трубопроводу сполучається з навколишнім середовищем через допоміжний жиклер, при цьому діаметр допоміжного жиклера виконується більше жиклера для газу наддуву, що дозволяє підтримувати у газовій порожнині заданий надлишковий тиск при номінальному тиску у витратній магістралі за рахунок різниці тиску між жиклером та допоміжним жиклером. Поставлена задача вирішується таким чином, що запропонований пневмогідравлічний демпфер витратної магістралі ракети, який містить встановлену концентрично витратній магістралі оболонку з утворенням кільцевого об'єму, котрий включає рідинну порожнину, сполучену каналами перепуску з витратною магістраллю, та газову порожнину, з'єднану через жиклер з трубопроводом подавання газу наддуву, він оснащений вертикально встановленим у кільцевому об'ємі додатковим трубопроводом з допоміжним жиклером і пневмоклапаном, при цьому верхній зріз додаткового трубопроводу розташований вище каналів перепуску і сполучений з навколишнім середовищем, а діаметр допоміжного жиклера виконаний більше діаметра жиклера для газу наддуву. Для пояснення конструкції демпфера і його роботи додаються креслення та його детальний опис. Запропонований демпфер складається з оболонки 1, яка утворює з витратною магістраллю 2 кільцевий об'єм, трубопроводу 3 з жиклером 4 і електропневмоклапаном 5 для газу наддуву та додаткового трубопроводу 6 з допоміжним жиклером 7 і пневмоклапаном 8. Кільцевий об'єм складається з газової порожнини 9 і рідинної порожнини 10. На витратній магістралі 2 виконані канали 11 перепуску. Пневмоклапан 8 з'єднаний з дренажним трубопроводом 12 і трубопроводом 13 для подавання керуючого тиску. Робота запропонованого демпфера здійснюється наступним чином. Пневмоклапан 8 на додатковому трубопроводі 6 закритий. Під час заправлення бака ракети компонентом палива відбувається заповнення витратної магістралі 2 і рідинної порожнини 10 через канали 11 перепуску. При цьому рівень компонента палива у рідинній порожнині 10 піднімається вище верхнього зрізу додаткового трубопроводу 6 і газова порожнина 9 має невеликий об'єм, величина тиску у якому обумовлена висотою стовпа компонента палива у витратній магістралі 2 й баці та величиною тиску наддуву у баці. Перед запусканням РРД відкривають клапани: - електропневмоклапан 5 для подавання газу наддуву у газову порожнину 9; - пневмоклапан 8 для сполучення газової порожнини 9 з навколишнім середовищем. У результаті цього надлишок компонента палива, розташований вище зрізу додаткового трубопроводу 6, зливається через дренажний трубопровід 12 у навколишнє середовище. Потім газ наддуву з газової порожнини 9 також виходить через дренажний трубопровід 12, а рівень компонента палива у оболонці 1 встановлюється навколо верхнього зрізу додаткового трубопроводу 6, тобто займає вихідне положення. У процесі роботи РРД періодично відбуваються різкі підвищення тиску у камері згоряння і у витратній магістралі 2. У результаті цього підвищується тиск у рідинній порожнині 10, рівень компонента палива у цій порожнині підвищується, а об'єм газової порожнини 9 зменшується. Тиск у газовій порожнині 9 підвищується, тому що гідравлічний опір рідинного компонента палива у допоміжному жиклері 7 вище, ніж гідравлічний опір у ньому газу наддуву. Після зливання надлишку компонента палива через дренажний трубопровід 12 за борт ракети рівень компонента палива у оболонці 1 повертається у ви хідне положення. Таким чином, наявність газової порожнини 9, яка стискається і має певний об'єм і сполучається за допомогою додаткового трубопроводу 6 з навколишнім середовищем, забезпечує демпфірування підвищення тиску у витратній магістралі 2. Різких знижень тиску у ви тратній магістралі 2 не буває, отже рівень компонента палива у оболонці 1 значно не знижується. Наддування газової порожнини 9 і дренаж із неї триває протягом усього часу роботи РРД і припиняється з подаванням команди на його відключення. Вказаний демпфер може використовуватися на першому ступені ракети середнього класу за патентом України до заявки №2002108008 від 8.10.2002р., МПК B64G5/00, F42B15/00, витратна магістраль рідинного кисню якого має велику довжину (до 10м). Таким чином, запропонований демпфер, який має просту і надійну конструкцію, забезпечує поздовжню стійкість ракети.