Спосіб наддування паливних баків рушійних установок ракет-носіїв

Реферат: UA 86826 U UA 86826 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, сінтін, 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 корисної моделі, що заявляється, за технічною суттю і ефектом, що досягається, 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 цього в продуктах згоряння освоєних окислювальних газогенераторів на гасі з киснем з температурою робочого тіла на виході 400-580 °C містяться пара 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. Далі освоєні твердопаливні газогенератори з температурою продуктів згоряння до 850 °C (освоєна температура робочого тіла на вході в бак), 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), пару води і вуглекислоти (до 34 і 23 % об'ємних відповідно) [А.А. Шишков, Б.В. Румянцев. Газогенераторы ракетных систем. - М.: Машиностроение, 1981. - С. 6-25]. Такі продукти згоряння є неприпустимими для наддування баку 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. Твердопаливні склади, що генерують кисень, непридатні для наддування баків з пальним з аналогічних причин. В основу корисної моделі 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 подачу гарячого робочого тіла з газогенераторів в баки окислювача та пального, згідно з корисною моделлю, гаряче робоче тіло подають з твердопаливного газогенератора та перед подачею в бак окислювача розшаровують по щільності, при цьому менш щільний газ подають у бак пального, більш щільний подають у бак окислювача. При цьому розшаровування гарячого робочого тіла по щільності може здійснюватись за допомогою вихрової труби, як менш щільний газ у бак пального подають водень або метан, або пару води, а як більш щільний газ у бак окислювача подають азот. Пропонований спосіб дозволяє скоротити номенклатуру газогенераторів, підвищує безпеку, збільшує запаси працездатності, зменшує потрібну масу заряду. Як відомо, газова стала водню в 14 разів більша за газову сталу азоту, а питома теплоємність - в 14 разів; газова стала метану - в 1,55 разів більша за газову сталу азоту. 1 UA 86826 U 5 10 15 20 25 30 Для вирішення поставленої задачі найбільш підходять тверді палива, наприклад, на основі азиду натрію (NaN3) або солі (калієва, гуанілмочевінова) динітридаміду (M+N-(NО2)2). Вони дозволяють генерувати 400420 нл/кг продуктів згоряння [Синогина Е.С. Изучение воспламенения и горения высокоэнергетических материалов на основе бесхлорных окислителей. Автореферат. - Томск, 2006], та без обмежень підходять для наддування бака пального. Особливо треба відмітити, що в Україні є найсучасніші технології розробки палив на основі солей динітридаміду (Павлоград). 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, на межи дозволенного по вибухобезпеки), у другому випадку - від пари води (до 4 % об'ємних). Доцільно в нашому випадку очищення здійснювати без складних хімічних фільтрів, за допомогою розшарування по щільності в найпростіших пристроях типу вихрової труби зі скиданням гарячих легких домішок (Н2, СН4, Н2О) з великою працездатністю в бак пального. Бак пального наддувають таким самим твердопаливним газогенератором з урахуванням приходу до баку вищевказаних легких домішок. Таким чином, пропоноване технічне рішення вирішує проблему наддування баків як пального, так і окислювача, однією рецептурою твердого палива, що спрощує розробку газогенератора, відпрацювання СН, здешевлює ракетний комплекс в цілому. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Спосіб наддування паливних баків рушійних установок ракет-носіїв, що включає подачу гарячого робочого тіла з газогенераторів в баки окислювача та пального, який відрізняється тим, що гаряче робоче тіло подають з твердопаливного газогенератора та перед подачею в бак окислювача розшаровують по щільності, при цьому менш щільний газ подають у бак пального, більш щільний подають у бак окислювача. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що розшаровування гарячого робочого тіла по щільності здійснюють за допомогою вихрової труби. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як менш щільний газ у бак пального подають водень або метан, або пару води. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як більш щільний газ у бак окислювача подають азот. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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