Спосіб наддування паливних баків рушійної установки ракети-носія

Реферат: Винахід належить до галузі ракетно-космічної техніки. Спосіб наддування паливних баків рушійної установки ракети-носія полягає у веденні в вільні об'єми баків гелію із балонів високого тиску. На етапі передпускової підготовки носія в міжбаковому чи хвостовому відсіку ракети-носія розміщують заряджені гелієм балони, з'єднують їх з пневмогідравлічною системою, проводять потрібне наддування паливних баків, після чого в польоті скидають балони за борт ракети-носія. Винахід дозволяє знизити масу системи та знизити потрібний час повної зарядки гелієм балонів. UA 108535 C2 (12) UA 108535 C2 UA 108535 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі ракетно-космічної техніки і може бути використаний для наддування баків рушійної установки ракети-носія як з висококиплячими, так і низькокиплячими компонентами палива. 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 висококипляче пальне типу гас (РГ-1, Т-1, Т-6, метан, синтин, далі гас). Достатньо перелічити РН "Зеніт" (Україна); Antares (США, Україна); численне сімейство РН "Союз-2", "Русь-М", "Ангара" (Росія); Atlas-V, Falcon 9 (США); KSLV-1 (Південна Корея, Росія) та інші. Також використовуються AT, НДМГ, гидразин, етиловий спирт, інтенсивно відпрацьовується пальне ацетам (РН "Циклон", "Великій похід", другий ступень РН "Аріан-5", розгінний блок РН "Союз-2"). Системи наддування (СН) паливних баків РУ є складними технічними системами і займають важливе місце у складі ракетного комплексу. Наприклад, кінцева маса СН може досягати до 7 % кінцевої маси ступеня [Беляев Н.М. Системы наддува топливных баков ракет. - М.: Машиностроение, 1976. - С. 10-35]. До теперішнього часу відомі різні способи наддування паливних баків ДУ - випарні, швидкісним натиском, генераторні. Для наддування ж паливних баків сучасних рухових установок найбільшого поширення знайшов гелій [Митиков Ю.А., Антонов В.А., Волошин М.Л., Логвиненко А.И. Пути повышения надежности и безопасности эксплуатации ракетных комплексов. - Авиационно-космическая техника и технология. - 2012. - № 3 (90). - С. 30-36]. Гелій розміщують на борту РН в балонах високого тиску, як правило, занурених в бак у кріогенний окислювач. Цим досягається зниження маси системи зберігання робочого тіла. Далі, при роботі РУ гелій подають у її теплообмінник, нагрівають і вводять у вільний об'єм паливного баку. Також реалізовані схеми наддування баків РУ і без теплообмінників. Відомий спосіб наддування паливних баків гелієм, при якому балони розміщують на борту ракети-носія поза баком з киснем, наприклад, в хвостовому відсіку, в спеціальній ємності, яку теплоізолюють від навколишнього середовища, заправляють у неї хладоагент (криогенну рідину), наприклад, рідкий кисень або рідкий азот, далі заправляють балони стисненим гелієм до потрібного тиску, а перед самим стартом ракети-носія, кріогенну рідину зі спеціальної ємності зливають, а самі балони в польоті нагрівають [Спосіб і система наддування паливного баку рушійної установки: заявка на патент № а 2013 09513 Україна: МПК В 64D 37/24. Заявник та патентовласник Мітіков Ю.О. Заявл. 29.07.13]. Недоліком такого технічного рішення є великий повний час заправки балонів гелієм. Системи наддування за допомогою гелію достатньо вивчені, технології роботи з ним на всіх етапах відпрацьовані. За допомогою газобалонної СН не складно підтримувати потрібний тиск газу в баку. Найближчим до винаходу, що заявляється, за технічною суттю і досягуваним ефектом є спосіб наддування паливних баків І ступеня РН "Зеніт" [Призваны временем. - Под общ. ред. академика Конюхова С.Н. - Д.:АРТ-ПРЕСС, 2004. - С. 68-69]. Гелій для наддування при передстартової підготовки закачують в балони, які стаціонарно розміщені в баку кріогенного окислювача. Далі в польоті гелій із балонів для наддування бака окислювача підігрівають в спеціальному теплообміннику РУ, в бак пального його вводять із кріогенною температурою [Спосіб наддування паливного баку: пат. 51806 Україна: МПК В 64D 37/24. Шевченко Б.О., Мітіков Ю.О., Логвиненко А.І. Заявник та патентовласник ДП "КБ "Південне". - № 2000031474; заявл. 15.03.00; опубл. 16.02.02. - С. 1-4]. Недоліком даного способу є його відносно великі маса системи, яка його реалізує, і час, який займає зарядження балонів навіть "холодним" (з кріогенною температурою) гелієм. Якщо методи швидкісної заправки баків рідким киснем існують (МБР Р-9А, РН "Зеніт"), то повноцінні швидкісні методи повного зарядження балонів високого тиску автору невідомі. За розрахунками автора, на 1 кг гелію, який вводиться до баків, витрачається на першому ступені носія середнього класу ~6,5 кг конструкції титанових балонів і магістралей наддування, "недоливається" ~16 кг палива. Якщо використається для наддування близько 100 кг гелію, то не важко зрозуміти, які реальні резерви існують на борту носія. В основу винаходу поставлено задачу зниження маси системи, яка реалізує запропонований спосіб, і зниження потрібного часу зарядки гелієм балонів, тобто готовності гелієвої системи наддування до роботи. Поставлена задача вирішується тим, що на етапі передпускової підготовки носія в міжбаковому чи хвостовому відсіку ракети-носія розміщують заряджені гелієм балони, з'єднують їх з пневмогідравлічною системою, проводять потрібне наддування паливних баків, після чого в польоті скидають балони за борт ракети-носія. 1 UA 108535 C2 5 10 15 20 На сьогоднішній день обслуговування носіїв легкого, середнього і важкого класів проводять за допомогою спеціальних ферм, відкидних щогл. Саме на них можна розміщувати спеціальну ємність з балонами, наповнювати її переохолодженим азотом (або організовувати переохолодження в ній самій), завчасно заправляти гелієм балони. Перед самим стартом носія з цієї стартової ємності азот зливають, її і люк, наприклад, міжбакового відсіку, відкривають і повністю заправлені балони розміщують у відсіку ракети. З'єднання з пневмогідравлічний системою носія виробляють, наприклад, за допомогою автостику. З цих балонів можна проводити передпускове наддування баків і, далі, польотне. Наддування баків можна організувати таким чином, щоб балони, наприклад, до середини польоту максимально спорожнити і тиск газу в баку максимально наблизити до налаштування запобіжного клапана з таким розрахунком, щоб його вистачило до кінця роботи ДУ. Після цього вже "непотрібні" балони скидають за борт носія тим чи іншим чином, що технічно не представляє проблем. Таким чином, на борту РН від системи зберігання гелію залишаються лише люк відсіку з агрегатом автоматики відкриття, напрямні, по яких розміщують, а потім скидають балони, і автостик. Найважча частина системи наддування - балони, магістралі їх зарядки з агрегатами автоматики, таким чином зникають з борту носія, що дозволяє досягти істотний позитивний ефект. Винахід також може бути використано і для заміни генераторних систем наддування паливних баків РН "Циклон-4" на холодні гелієві, що істотно знизить нагрівання верхнього шару палива в баку, особливо, окислювача, і має дозволити без істотних проблем забезпечити потрібний тиск газу в баку для багаторазового включення другого ступеня. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 Спосіб наддування паливних баків рушійної установки ракети-носія, що полягає у веденні в вільні об'єми баків гелію із балонів високого тиску, який відрізняється тим, що на етапі передпускової підготовки носія в міжбаковому чи хвостовому відсіку ракети-носія розміщують заряджені гелієм балони, з'єднують їх з пневмогідравлічною системою, проводять потрібне наддування паливних баків, після чого в польоті скидають балони за борт ракети-носія. 30 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2