Спосіб наддування паливних баків рушійних установок ракет-носіїв

Реферат: Винахід належить до галузі ракетно-космічної техніки і може бути використаний для наддування паливних баків рушійних установок ракет-носіїв. Спосіб наддування паливних баків рушійних установок ракет-носіїв включає отримання в рушійній установці гарячого робочого тіла наддування з відновними властивостями в твердопаливному генераторі, при цьому гаряче робоче тіло перед подачею в баки розшаровують, складові продуктів згоряння з відновними властивостями подають до бака пального, решту продуктів згоряння подають в бак окислювача. Розшаровування гарячого робочого тіла здійснюють по щільності за допомогою вихрової труби. Винахід вирішує задачу розробки способу наддування баків пального і окислювача однією рецептурою твердого палива, що спрощує розробку газогенератора, здешевлює ракетний комплекс. UA 107874 C2 (12) UA 107874 C2 UA 107874 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до галузі ракетно-космічної техніки і може бути використаний для наддування паливних баків рушійних установок ракет-носіїв. В даний час як паливо рушійних установок (РУ) сучасних ракет-носіїв (РН), особливо їх перших ступенів, поширення знаходять (і плануються до застосування) низькокиплячий окислювач - рідкий кисень, і вуглеводневе пальне типу гас (РГ-1, Т-1, Т-6, метан, синтин, далі гас) [Митиков Ю.А. Газобаллонные системы наддува и ракеты-носители нового поколения// Космическая техника. Ракетное вооружение. - 2012. - № 1. - С. 179-185.]. Достатньо перерахувати РН "Зеніт" (Україна); Antares (США, Україна); численну родину РН "Союз-2", "Русь-М", "Ангара" (Росія); Atlas-V, Falcon 9 (США); KSLV-1 (Південна Корея, Росія) та ін. До теперішнього часу відомі різні способи наддування паливних баків РН. У той же час, постійно присутня тенденція використовувати все більш гарячі робочі тіла, що сприяє зниженню їх потрібної маси [Митиков, Ю.А. Пути повышения надежности и безопасности эксплуатации ракетных комплексов / Ю.А. Митиков, В.А. Антонов, М.Л. Волошин, А.И. Логвиненко // Авиационно-космическая техника и технология. - 2012. -№ 3(90). - С. 30-36]. Найближчим до винаходу, що заявляється, за технічною суттю є спосіб наддування паливних баків рушійних установок ракет-носіїв, що включає подачу гарячого робочого тіла з газогенераторів в баки окислювача та пального [Беляев, Н.М. Расчет пневмогидравлических систем ракет. - М.: Машиностроение, 1983. - С. 17]. У цьому способі в бак окислювача подають гаряче робоче тіло, яке отримане із основних компонентів палива в рідинному газогенераторі, а в бак пального - гаряче робоче тіло, яке одержане в твердопаливному газогенераторі. Бак окислювача відповідно до вимог пожежобезпечності наддувають робочим тілом з окисними властивостями, бак пального - з відновними властивостями. Недоліком такого способу наддування паливних баків є подвійна номенклатура газогенераторів наддування (рідинний, твердопаливний), збільшений об'єм відпрацювання систем наддування (СН). Крім того, в продуктах згоряння відомих окислювальних газогенераторів на гасі з киснем з температурою робочого тіла на виході 400-580 °C містяться пари води і вуглекислота (~ 7 %), які в баку з рідким киснем конденсуються і замерзають. Також, рідинні газогенератори конструктивно вигідно розміщувати на верхніх днищах баків. Однак, при цьому без складних стабілізаторів витрат компонентів на газогенератор в широкому діапазоні змінюється (через непостійне повздовжнє перевантаження) як співвідношення компонентів, так і температура продуктів згоряння. Також змінюється і сумарна витрата самого генераторного газу. Також, відомі твердопаливні газогенератори з температурою продуктів згоряння до 850 °C (максимально досягнута температура робочого тіла на вході в баки на теперішній час), як на основі балиститного пороху, так і на сумішевих твердих паливах, придатні для наддування тільки баків з пальним. Причина - продукти згоряння містять водень (до 38 % об'ємних) і метан (до 29 % об'ємних), пари води і вуглекислоти (до 34 і 23 % об'ємних відповідно). Такі продукти згоряння є неприпустимими для наддування бака з киснем, тому що, як відомо, межі вибуховості водню в суміші з киснем відповідно становлять 4,5 і 95 % (об.), а температура займання суміші водню з киснем дорівнює 450 °C, метану - 537, 8 °C. Твердопаливні склади, що генерують кисень, не придатні для наддування баків з пальним з аналогічних причин. В основу винаходу поставлено задачу розробки способу наддування баків як пального, так і окислювача, однією рецептурою твердого палива, що спрощує розробку газогенератора, відпрацювання СН, здешевлює ракетний комплекс. Поставлена задача вирішується тим, що у способі наддування паливних баків рушійних установок ракет-носіїв, що включає отримання в рушійній установці гарячого робочого тіла наддування з відновними властивостями в твердопаливному генераторі, згідно з винаходом, перед подачею в баки робоче тіло наддування розшаровують, складові продуктів згоряння з відновними властивостями подають у бак пального, решту продуктів згоряння подають у бак окислювача. При цьому розшаровування робочого тіла може здійснюватися різними відомими способами, але найбільш просто це робиться по щільності за допомогою вихрової труби. Складові продуктів згоряння з відновними властивостями - водень, метан, як відомо, мають найменшу щільність. В даному випадку не потрібна надмірна чистота розшаровування. Головне - не перевищити нижню межу вибуховості в баку окислювача (наприклад, для водню - це 4,5 об. % Пропонований спосіб дозволяє скоротити номенклатуру газогенераторів, підвищує безпеку, збільшує запаси працездатності, зменшує потрібну масу заряду. Як відомо, газова стала водню 1 UA 107874 C2 5 10 в 14 разів більша за газову сталу азоту, а питома теплоємність - в 14 разів; газова стала метану - в 1,55 разу більша за газову сталу азоту. Для вирішення поставленої задачі найбільш підходять тверді палива, наприклад, на основі + азиду натрію (NaN3) або солі (калієва, гуанілсочевинова) динітридаміду (M N (NO2)2).з домішками. Вони дозволяють генерувати 400÷420 нл/кг продуктів згоряння [Синогина Е.С. Изучение воспламенения и горения высокоэнергетических материалов на основе бесхлорных окислителей. Автореферат дис. к.т.н. - Томск. - 2006], та без обмежень підходять для наддування бака пального. А також для використання їх як гарячого робочого тіла наддування бака окислювача вони потребують незначного очищення, в першому випадку, від метану і водню (у нескладних розроблених складах до 4 % об'ємних), у другому випадку - від парів води (до 4 % об'ємних). Доцільно очищення здійснювати без складних хімічних фільтрів, за допомогою розшарування по щільності в найпростіших пристроях типу вихрової труби зі скиданням гарячих легких домішок з відновними властивостями (Н 2, СН4) з великою працездатністю в бак пального. 15 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 1. Спосіб наддування паливних баків рушійних установок ракет-носіїв, що включає отримання в рушійній установці гарячого робочого тіла наддування з відновними властивостями в твердопаливному газогенераторі, який відрізняється тим, що перед подачею в баки робоче тіло наддування розшаровують, складові продуктів згоряння з відновними властивостями подають до бака пального, решту продуктів згоряння подають в бак окислювача. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що розшаровування гарячого робочого тіла здійснюють по щільності за допомогою вихрової труби. 25 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2