Рідинний ракетний двигун

Винахід відноситься до ракетної техніки і може бути використаний при розробці рідинних ракетних двигунів (РРД) з турбонасосною системою паливо подавання, у котрих один чи обидва компонента палива високого тиску після насосів відбираються на додаткові споживачі (наприклад, для потреби бортових ракетних систем). Найбільш близьким технічним рішенням, обраним як прототип, є двигун (Присняков В.Ф. Динамика жидкостных ракетных двигательных установок и систем питания. М.: Машиностроение, 1983. стр.16, рис. 1.9), який містить камеру, газогенератор, турбіну, насоси, магістралі відбору компонентів палива на додаткові споживачі. У цьому двигуні зроблено відбір компонентів палива після насосів на газогенератори наддуву баків. Така схема двигуна не дозволяє організувати роботу додаткових споживачів (у даному випадку газогенераторів наддуву баків) при вимкнутих насосах компонентів падина. У разі потреби живити додаткові споживачі при вимкнутої камері необхідно вмикати насоси тобто витрачати паливо на газогенератор для приведення в дію турбіни. Це суттєво погіршує енергетичні характеристики двигунної установки в цілому. Разом з тим цей двигун малопридатний для використання як джерела енергії для живлення таких додаткових споживачів, у котрих витрати компонентів палива змінюються від нуля до максимального значення по довільному законі (наприклад, рульових агрегатів або рідинних мікродвигунів системи орієнтації), тому що ці витрати можуть складати істотну частин) від витрат на камеру двигуна і їх зміни призводять до зміни співвідношення компонентів у камері згоряння двигуна, що також погіршує енергетичні характеристики. В основу винаходу поставлена задача поширити діапазон застосування двигуна з турбонасосним подаванням компонентів палива, забезпечити можливість використання двигуна як джерела потужності для додаткових споживачів (наприклад, бортових гідравлічних систем або рідинних мікродвигунів системи орієнтації) до вмикання камери двигуна і на усіх режимах роботи двигуна, покращити енергетичні характеристики РРД шляхом введення у його склад поршневих живильників високого тиску окислювача і пального До суттєвих ознак запропонованого РРД відносяться наступні. 1. Наявність поршневих живильників високого тиску, з'єднання поршневих порожнин живильників з порожнинами насосів, а також з магістралями відбору компонентів палива на додаткові споживачі. 2: З'єднання запоршневих порожнин живильників між собою і з балоном високого тиску у спільний замкнутий об'єм. 3. Наявність двох роздільних насосів і турбін з газогенераторами, постаченими пусковими клапанами, з'єднаними з керуючими клапанними механізмами, кожен з яких кінематично зв'язаний з поршнем відповідного живильника. Таким чином, наявність у запропонованому технічному рішенні таких ознак, як поршневі живильники високого тиску і з'єднання поршневих порожнин живильників з порожнинами насосів, і з магістралями відбору компонентів палива та на додаткові споживачі, а також з'єднання запоршневих порожнин живильників між собою і з балоном високого тиску у спільний замкнутий об'єм дає можливість вмикати у роботу додаткові споживачі при вимкнутих насосах, що дозволяє не витрачати компоненти палива на газогенератори для приведення в дію турбін у разі вмикання додаткових споживачів при непрацюючій камері і дозволяє змінювати витрати компонентів палива на додаткові споживачі від нуля до максимального значення. Це поліпшує енергетичні характеристики РРД і забезпечує його використання як джерела потужності для додаткових споживачів до вмикання камери і на усіх режимах роботи двигуна. Наявність двох роздільних насосів і турбін з газогенераторами, постаченими пусковими клапанами, з'єднаними з керуючими клапанними механізмами, кожен з яких кінематично зв'язаний з поршнем відповідного живильника дає можливість заправляти живильники компонентами палива в міру їхнього спорожнювання незалежно один від іншого. Причому насоси і турбіни працюють на максимальному режимі з максимальним коефіцієнтом корисної дії (ККД). Це зменшує витрачання компонентів палива, що покращує енергетичні характеристики РРД. Більш докладно сутність запропонованого технічного рішення буде роз'яснена за допомогою Фігури, де зображена схема РРД, і детального опису його роботи. Рідинний ракетний двигун містить камеру 1, поршневі живильники високого тиску окислювача 2 і пального 3, запоршневі порожнини 4 і 5 котрих через нормально закритий піроклапан 6 з'єднані з балоном високого тиску 7, у котрому знаходиться газ. З поршнями живильників кинематично зв'язані керуючі клапанні механізми 8 і 9, які забезпечують подавання і скидання керуючого тиску (газа або рідини) у пускові клапани 10, 11 і 12, 13 газогенераторів 14 і 15. Насоси окислювача 16 і пального 17 кінематично зв'язані з роздільними турбінами 18 і 19. Вихідні порожнини насосів через зворотні клапани 20 і 21 сполучені з поршневими порожнинами 22 і 23 живильників, а також з камерою 1, та з будь-яким додатковим споживачем за допомогою магістралей відбору компонентів палива на додаткові споживачі 24 і 25. У магістралях відбору компонентів перед камерою 1 для її запуску і регулювання встановлений блок керуючих органів 26. Взаємодія елементів схеми при запуску, роботі на режимі та при вимиканні двигуна здійснюється наступним чином. Окислювач і пальне через порожнини насосів 16 і 17 і зворотні клапани 20 і 21 заповнюють магістралі відбору компонентів 24 і 25, а також поршневі порожнини 22 і 23 живильників 2 і 3. По команді від системи керування (не показана) спрацьовує піроклапан 6, тиск у запоршневих порожнинах 4 і 5 живильників і у балоні 7 вирівнюється і двигун готовий до роботи. По команді від системи керування відкриваються пускові клапани (не показані) камери 1, у камері починається робочий процес. Регулювання рівня тяги камери 1 здійснюється блоком керуючих органів 26 у потрібних межах. У процесі витрачанння палива живильники 2 і 3 спорожнюються і коли хід поршнів живильників досягне настроювального значення, спрацьовують керуючі клапанні механізми 8 і 9, які забезпечують подавання керуючого тиску на відкриття пускових клапанів 10, 11 і 12, 13 газогенераторів 14 і 15. У газогенераторах починається робочий процес і під дією високого тиску, який виробляється насосами, здійснюється дозаправлення живильників 2 або 3. Вимикання газогенераторів здійснюється у момент, коли хід поршня досягне другого настроювального значення, при котрому тиск з керуючих порожнин пускових клапанів газогенераторів скидається відповідним керуючим клапанним механізмом. Запуск і вимикання газогенераторів, а відповідно, і турбін з насосами здійснюється багаторазово і у довільному порядку, який визначається настроюванням кінцевих упорів керуючих клапанних механізмів 8 і 9, режимом роботи камери і співвідношенням робочих об'ємів живильників. Співвідношення об'ємів надпоршневих порожнин живильників і балона 7 вибирають із умов забезпечення потрібної точності настроювання двигуна. Результати проробок підтвердили позитивні властивості РРД даної схеми. Виявилось можливим зменшити час виходу камери на режим, виключити використання допоміжних бортових джерел потужності для гідросистем ступіней ракети і поліпшити масові характеристики двигунної установки в цілому.