Спосіб наддування горячим газом паливних баків

Реферат: Спосіб наддування гарячим газом паливних баків з гасом і рідким киснем рушійної установки, яка працює за схемою з доопалюванням окислювального генераторного газу, що включає розміщення у рушійному відсіку додаткової ємності з робочим тілом наддування в рідкому стані, випаровування і нагрівання його теплом з рушійної установки перед подачею в вільні об'єми паливних баків. Як робоче тіло наддування використовують рідкий аміак, який заправляють на заводі-виробнику або в монтажному корпусі (технічної позиції) в додаткову ємність, встановлюють у ній інертним газом тиск вище тиску насичених парів аміаку при максимально допустимій температурі експлуатації (транспортування і стоянки на стартовій позиції перед запуском РУ), далі при роботі рушійної установки в додатковій ємності підтримують потрібний тиск, наприклад за допомогою стиснутого гелію або підведення тепла до рідкого аміаку, який по дорозі в вільні об'єми баків нагрівають теплом від факела двигуна до температур не нижче 1170-1270 K і розкладають на азот і водень, при цьому частину продуктів розкладання аміаку подають у бак з гасом, а перед подачею в бак з киснем їх іншу частину охолоджують нижче температури самозаймання водню в повітрі, наприклад, пропускаючи їх через гас баку пального. UA 108902 U (54) СПОСІБ НАДДУВАННЯ ГОРЯЧИМ ГАЗОМ ПАЛИВНИХ БАКІВ UA 108902 U UA 108902 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі ракетно-космічної техніки і може бути використана 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, синтін, далі гас) [Ю.А. Митиков. Газобаллонные системы наддува и ракеты-носители нового поколения. Сб. науч. тр. ГП "КБ "Южное". Космическая техника. Ракетное вооружение.-2012. - № 1. - С. 179185]. Достатньо перерахувати РН "Зеніт", "Маяк" (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. Також широко використовується паливна пара НДМГ (гідразин, монометилгідразин) і AT. Сучасні киснево-гасові і азотнокислотні РРД, як правило, працюють за схемою з доопалюванням окисного генераторного газу. Їх особливістю є досить низька температура генераторного газу ( 850К) в силу обмеженої стійкості матеріалів в окислювальному середовищі високого тиску. До теперішнього часу відомі різні способи наддування паливних баків РУ ракет-носіїв стислим газом, генераторні, швидкісним натиском, хімічне наддування, самонаддування та інші. У той же час, постійно присутня тенденція використовувати все більш гарячі робочі тіла наддування, що сприяє зниженню потрібної маси і суттєвому спрощенню як рушійної установки, так і стартової позиції в цілому [Ю.А. Митиков, В.А. Антонов, М.Л. Волошин, А.И. Логвиненко. Пути повышения надежности и безопасности эксплуатации ракетных комплексов //Авиационнокосмическая техника и технология. - 2012. - № 3 (90). - С. 30-36]. Найближчим аналогом є спосіб наддування паливних баків рушійної установки РД-107 І ступеня РН "Восток", яка працює на компонентах палива гас і рідкий кисень [Беляев Н.М. Системы наддува топливных баков ракет. М.: Машиностроение, 1976. - С. 40-42]. Спосіб полягає в тому, що додаткове до основних компонентів палива робоче тіло наддування - азот, розміщують в рушійному відсіку в додаткової ємності в рідкому стані, при роботі РУ його нагрівають і випаровують перед подачею в вільні об'єми паливних баків. Така організація наддування крім незаперечних переваг (одне на два баки нейтральне чисте робоче тіло, однакові агрегати автоматики) має і ряд недоліків. Так, робоче тіло наддування є кріогенним. Його можливо заправляти тільки на старті, що ускладнює старт і збільшує обслуговуючий персонал. Для забезпечення потрібної дози азоту на момент старту ємність необхідно або підживлювати, або робити досить міцною, через підвищення тиску в ній внаслідок випаровування азоту до старту ракети. Також спосіб вимагає додатковий насос високого тиску. Далі, азот має досить невелику газову сталу, через що збільшується його потрібна маса для наддування баків. В основу корисної моделі поставлено задачу зниження маси системи наддування баків, яка реалізує запропонований спосіб наддування, через суттєво вищу газову сталу робочого тіла наддування, спрощення обслуговування РУ на старті РН. Поставлена задача вирішується тим, що, згідно з корисною моделлю, як робоче тіло наддування використовують рідкий аміак, який заправляють на заводі-виробнику або в монтажному корпусі (технічної позиції) в додаткову ємність, встановлюють у ній інертним газом тиск вище тиску насичених парів аміаку при максимально допустимій температурі експлуатації (транспортування і стоянки на стартовій позиції перед запуском рушійної установки), далі при роботі рушійної установки в додатковій ємності підтримують потрібний тиск, наприклад, за допомогою стиснутого гелію або підведення тепла до рідкого аміаку, який на шляху в вільні об'єми баків нагрівають теплом від факела двигуна до температур не нижче 1170-1270К і розкладають на азот і водень, при цьому частину продуктів розкладання аміаку подають у бак з гасом, а перед подачею в бак з киснем їх іншу частину охолоджують нижче температури самозаймання водню в повітрі, наприклад, пропускаючи їх через гас баку пального. Також до входу в бак окислювача продукти розкладання аміаку допалюють окислювальним генераторних газом, наприклад з рушійної установки, при цьому температуру продуктів згоряння встановлюють не вище допустимої з умов міцності матеріалів магістралі і верхнього днища бака. Промислове виробництво аміаку складає мільйони тон на рік. Тільки на Україні 7 заводів, які виробляють (можуть виробляти) аміак. Технології роботи з ним відпрацьовані на всіх етапах. Аміак має прийнятні експлуатаційні властивості через низьку за нормами стандарту категорію шкідливості робочого тіла (4-а категорія, до якої належить також керосин, ацетон та ін.), а також через його дуже малу пожежо- та вибухонебезпечність. 1 UA 108902 U 5 10 15 20 Аміак практично сто відсотково розкладається на водень і азот при температурах 11701270К [Лидоренко Н.С., Мучник Г.Ф. Электрохимические генераторы. - М.: Энергоиздат, 1982. С. 133]. Процес спрощує залізний каталізатор. При цьому газова стала продуктів розкладання в три рази більша ніж у азоту. Окислювальний генераторний газ не забезпечує потрібної температури для 100 % розкладання аміаку. Тому потрібно інше джерело тепла. На борту сучасного РН воно в наявності одно - це тепло факелу двигуна. Тому запропоновано використовувати тепло факела 2 ракетного двигуна, який забезпечує питомий тепловий потік не менше 65 ккал/(м сек). [Конструкция и характеристики ракеты-носителя Saturn V [Электронный ресурс]. - Доступ: http:/space-horizon.ru/articles/3]. При наддуванні таким газом баку з киснем може бути вибух. Як відомо, температура самозаймання водню у повітрі становить 510 °C [Самовоспламенение-водород- Большая Энциклопедия … Режим доступу ngpedia.ru>id408701 plhtml C.1]. Тому частину газу наддування, яка йде в баку з киснем потрібно захолодити нижче 510 °C. Для цього можна використовувати як охолоджувач гас в баку пального. Для підвищення температури газу для наддування бака з киснем і зменшення кількості аміаку на борту РН пропонується допалювати водень окислювальним генераторним газом РУ. Продукти згоряння без водню стають безпечними для наддування бака окислювача, їх температуру можна підняти до допустимої по міцності температур магістралі наддування і верхнього днища баку. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 40 1. Спосіб наддування гарячим газом паливних баків з гасом і рідким киснем рушійної установки, яка працює за схемою з доопалюванням окислювального генераторного газу, що включає розміщення у рушійному відсіку додаткової ємності з робочим тілом наддування в рідкому стані, випаровування і нагрівання його теплом з рушійної установки перед подачею в вільні об'єми паливних баків, який відрізняється тим, що як робоче тіло наддування використовують рідкий аміак, який заправляють на заводі-виробнику або в монтажному корпусі (технічної позиції) в додаткову ємність, встановлюють у ній інертним газом тиск вище тиску насичених парів аміаку при максимально допустимій температурі експлуатації (транспортування і стоянки на стартовій позиції перед запуском РУ), далі при роботі рушійної установки в додатковій ємності підтримують потрібний тиск, наприклад, за допомогою стиснутого гелію або підведення тепла до рідкого аміаку, який на шляху в вільні об'єми баків нагрівають теплом від факела двигуна до температур не нижче 1170-1270 K і розкладають на азот і водень, при цьому частину продуктів розкладання аміаку подають у бак з гасом, а перед подачею в бак з киснем їх іншу частину охолоджують нижче температури самозаймання водню в повітрі, наприклад, пропускаючи їх через гас баку пального. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що до входу в бак окислювача продукти розкладання аміаку допалюють окислювальним генераторних газом, наприклад з рушійної установки, при цьому температуру продуктів згоряння встановлюють не вище допустимої з умов міцності матеріалів магістралі і верхнього днища бака окислювача. Комп’ютерна верстка М. Мацело 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