Мітіков юрій олексійович (ua)

Реферат: Винахід належить до галузі ракетно-космічної техніки і може бути використаний для наддування баків з рідким киснем рушійних установок ракет-носіїв. Спосіб наддування бака з рідким киснем рушійної установки ракети-носія включає зберігання робочого тіла наддування в баку окислювача, створення тиску в баку при роботі рушійної установки за рахунок кипіння верхнього шару кисню. Перед запуском рушійної установки здійснюють нагрівання верхнього шару кисню в баку до температури, при якій тиск насиченої пари не менше потрібного тиску в баку, наприклад, шляхом стоянки на старті з зачиненим дренажним клапаном. Далі запускають рушійну установку, з упередженням, коли потрібний тиск в баку вище за тиск насиченої пари, короткочасно вводять до баку самозаймисте з парою кисню пальне, наприклад пускове пальне. Винахід дозволяє зменшити великі теплові залишки киплячого компонента в баку та зменшити масу пари кисню на прикінець роботи рушійної установки. UA 108787 C2 (12) UA 108787 C2 UA 108787 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі ракетної техніки та може бути використаний для наддування баків з рідким киснем 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 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 [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]. На теперішній час відомі різні способи наддування паливних баків РУ. Однак для наддування паливних баків сучасних РУ найбільше поширення знайшов гелій в першу чергу в силу своєї інертності та високої працездатності. Популярності гелієвих систем серед двигунобудівників сприяє і те, що для їх проектування не потрібен високий фах спеціалістів. Однак газобалонні системи мають істотні недоліки. Окрім великої маси, вони істотно ускладнюють і здорожують стартову позицію, стендову випробувальну базу і виробничі потужності (системи транспортування з заводу-виробника, перекачування в стартові підземні ємності, зберігання, контролю складу, чистоти і т.п.). Для роботи із зазначеним комплексом додаткового обладнання потрібно і спеціально навчений персонал з усіма витікаючими звідси витратами на інфраструктуру в зазначених місцях. Природно, наявність ряду магістралей з агрегатами автоматики на борту носія для наддування (зарядка балонів, передпускове наддування, польотне наддування із "холодним" та "гарячим" трубопроводами) з численними температурними компенсаторами, жиклерами, звареними швами, наявність цілого ряду додаткового складного обладнання та персоналу при підготовці носія до старту (горезвісний людський фактор) не сприяє підвищенню надійності ракетного комплексу. Як приклади відмови гелієвих систем наведемо лише кілька із зовсім недалекого минулого. 7.08.2012 р. нештатно закінчилося виведення РН "Протон-М" низки супутників через засмічення магістралі наддування бака пального розгінного блоку "Бриз-М". 26.10.2012 р. був відкладений пуск РН KSLV-1 через витік "холодного" гелію, що виникла при заправці балонів СН І ступеня російського виробництва (аналог першого ступеня РН "Ангара"). Виріб було знято зі стартової позиції для усунення несправностей. Найближчим до винаходу, що заявляється, за технічною суттю і досягуваному ефекту є спосіб наддування бака з рідким киснем рушійної установки МБР ("півтораступеневий" носій, потім, і РН) "Атлас-D", що включає зберігання робочого тіла наддування в баку окислювача, створення тиску в баку при роботі рушійної установки в першій фазі польоту за рахунок гелію, який перед подачею у бак підігрівають у теплообміннику рушійної установки, у другій фазі польоту до самого вимкнення рушійної установки - за рахунок кипіння верхнього шару кисню [Ракета-носій "Атлас-D" [електронний ресурс] - Доступ: spacenet.h1.ru/rn/ftlas.htm]. Великим плюсом способу наддування на другому етапі польоту є відсутність будь якого ускладнення стартової позиції, потрібності в жодному додатковому елементі, вона являє собою еталон надійності та конструктивної простоти. Недоліки, які реалізуються у першій фазі газобалонного наддування, вказані вище. Мінусом другого етапу наддування (за рахунок кипіння) є великі теплові залишки киплячого компонента в баку, вузький діапазон застосування (підходить тільки в тому випадку, коли тиск насиченої пари верхнього шару компонента вище потрібного тиску газу в баку), велика маса пари кисню наприкінець роботи рушійної установки. Задачею винаходу, що заявляються, є зменшення теплових остатків компонента в баку, розширення діапазону застосування способу, зменшення маси пари кисню наприкінець роботи рушійної установки. Поставлена задача вирішується тим, що в способі наддування бака з рідким киснем рушійної установки ракети-носія, що включає зберігання робочого тіла наддування в баку окислювача, створення тиску в баку при роботі рушійної установки за рахунок кипіння верхнього шару кисню, відповідно до винаходу, перед запуском рушійної установки здійснюють нагрівання верхнього шару кисню в баку до температури, при якій тиск насиченої пари кисню не менш потрібного тиску газу в баку, наприклад, шляхом стоянки на старті з зачиненим дренажним клапаном, після чого запускають рушійну установку, з упередженням, коли потрібний тиск в баку вище за тиск насиченої пари, вводять до баку самозаймисте з парою кисню пальне, наприклад пускове пальне. При експериментальному відпрацюванні системи передпускового наддування можна отримати залежність швидкості нагріву верхнього шару кисню від часу стоянки з зачиненим 1 UA 108787 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 дренажним клапаном для різних погодних умов на старті (вологість, вітер, температура). Для забезпечення потрібного тиску газу в баку в польоті при самонаддуванні, від розрахункового часу старту віднімають потрібний час для набору потрібної температури верхнім шаром кисню, яка забезпечить при роботі РУ тиск насиченої пари кисню вище потрібного. Від отриманого часу відлічують потрібний час на передпускове наддування для конкретної дози заправки для даного пуску. Таким чином, піднімаючи температуру верхнього шару кисню в баку при стоянці до 93-94 К, можна забезпечити тиск газу в баку в польоті не тільки на рівні 1 атм для киплячого кисню, а і 1,3-1,5 атм, якщо це потрібно. Далі, запропонований спосіб може бути реалізований і дозволяє зменшити масу газу в баку при короткочасному пікоподібному потрібному тиску в баку (див. 50с, 120с і 140с фіг.). На кресленні показано тиск газу в баку при роботі рушійної установки: pmn - мінімально-необхідний тиск газу в баку; рб - тиск газу в баку за запропонованим способом; ps - тиск насиченої пари при температурі верхнього шару 90К. З упередженням до цих піків тиску, коли потрібний тиск в баку вище за тиск насиченої пари, вводять до баку пускове пальне, самозаймисте з парою кисню. За рахунок підведення відповідної кількості тепла (горіння) до пари кисню у вільному об'ємі баку можна підняти тиск практично з будь-яким градієнтом. Використовувати в цьому випадку самозаймисте з парами кисню пальне найбільш раціонально, тому що в інших високоенергетичних робочих тілах наддування (наприклад, твердопаливні) міститься обов'язково зв'язне і окислювач, якого в даному випадку в баку предостатньо. Також, для зменшення теплових залишків кисню в баку і витратної магістралі і точного визначення моменту часу повного вироблення робочих запасів палива шляхом прогнозування цих моментів на при кінці роботи РУ вводять до баку самозаймисте з парою кисню пальне, наприклад пускове пальне, із розрахунку того, щоб підняти тиск газу в баку, ліквідувати кипіння кисню і вимірювати дійсний рівень кисню хоча б двома останніми точками системи управляння витратами палива. Для різкого підняття тиску в баку з окислювачем І ступеня РН середнього 5 класу на при кінці роботи РУ з ~115 с на 0,310 Па (дивись фіг.) достатньо ввести до вільного об’єму бака 8-10 кг самозаймистого пального (наприклад, пускове пальне РН "Зеніт"). Запропонований спосіб дозволяє істотно спростити систему наддування, зменшити теплові залишки кисню і кінцеву масу газу наддування в баку. Згідно з розрахунками автора зниження кінцевої маси системи наддування, із урахуванням повної ліквідації теплових залишків кисню, становить не менш 25 %. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Спосіб наддування бака з рідким киснем рушійної установки ракети-носія, що включає зберігання робочого тіла наддування в баку окислювача, створення тиску в баку при роботі рушійної установки за рахунок кипіння верхнього шару кисню, який відрізняється тим, що перед запуском рушійної установки здійснюють нагрівання верхнього шару кисню в баку до температури, при якій тиск насиченої пари не менше потрібного тиску в баку, наприклад, шляхом стоянки на старті з зачиненим дренажним клапаном, після чого запускають рушійну установку, з упередженням, коли потрібний тиск в баку вище за тиск насиченої пари, короткочасно вводять до бака самозаймисте з парою кисню пальне, наприклад пускове пальне. 2 UA 108787 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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 3