Система охолоджування блочного рідинного ракетного двигуна

Реферат: Винахід належить до області ракетно-космічної техніки, зокрема - ракет-носіїв на кріогенних компонентах. Система охолоджування блочного рідинного ракетного двигуна включає в себе бак із кріогенним компонентом палива, заправно-зливну магістраль компонента з′єднань з теплоізольованою витратною магістраллю, яка розташована між баком і входами в насоси турбонасосних агрегатів двох двигунів, магістраль циркуляції, що з'єднує нижню ділянку витратної магістралі з баком. У витратній магістралі, між виходом магістралі циркуляції і розгалуженням витратної магістралі на два двигуни, установлений розділовий клапан. Вихідна ділянка магістралі циркуляції з'єднана розгалуженим байпасним трубопроводом з розгалуженими ділянками витратної магістралі біля входів в насоси турбонасосних агрегатів, на кожному відгалуженні байпасного трубопроводу розташовано по одному керованому клапану. В магістралі циркуляції перед виходом байпасного трубопроводу встановлений відсічний клапан. За допомогою винаходу досягається необхідна температура кріогенного компонента палива на входах у двигуни перед їх запуском. UA 108130 C2 (12) UA 108130 C2 UA 108130 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до області ракетно-космічної техніки, зокрема - ракет-носіїв на кріогенних компонентах палива і може бути застосований в системах охолоджування блочного рідинного ракетного двигуна. 6 Відома рідинна двигунна установка (патент Російської Федерації МПК F02K 9/95 №2135811 від 27.08.1999 г.), яка містить баки окислювача і пального, витратні магістралі компонентів палива, камеру згоряння двигуна, турбонасосний агрегат з турбіною і насосами пального і окислювача, бустерні турбонасосні агрегати пального й окислювача з насосом і гідротурбіною, пускові балони з пусковою рідиною, розміщені в баках з відповідним компонентом палива, магістралі підведення пускової рідини від балонів до гідротурбін бустерних насосних агрегатів. Охолоджування двигуна в цій двигунній установці забезпечується за рахунок подачі робочої рідини з пускових балонів на гідротурбіни бустерних насосних агрегатів при попередньому розкручуванні роторів цих бустерних агрегатів у процесі запуску двигуна. Недоліком такої двигунної установки є відсутність можливості запобігти утворенню гейзерного ефекту в витратній магістралі, та значна її маса за рахунок наявності пускових балонів. Найбільш близьким до пропонованого винаходу є система охолоджування (прототип "Двигательные установки ракет на жидком топливе" под ред. Э. Ринга. М., Мир, 1966, с. 124, фіг. 11.6), яка містить бак із кріогенним компонентом палива, заправно-зливну магістраль компонента з`єднань з теплоізольованою витратною магістраллю, яка розташована між баком і входами у два насоси, магістраль циркуляції, що з'єднує нижню ділянку витратної магістралі з баком. Охолоджування в цій системі забезпечується завдяки природній циркуляції рідкого кисню, яка виникає в результаті різниці температур між теплоізольованою витратною магістраллю кріогенного компонента палива і більш теплою магістраллю циркуляції. Недоліками цієї системи охолоджування є неможливість обмежувати час знаходження кріогенного компонента палива в насосах і регулювати інтенсивність процесу охолоджування. В основу винаходу поставлено задачу забезпечити охолоджування блочного рідинного ракетного двигуна до необхідної температури на момент його запуску, регулюючи інтенсивність процесу охолоджування й обмеживши час знаходження кріогенного компонента палива у двигунах. Технічний результат полягає в досягненні необхідної температури кріогенного компонента палива на входах у двигуни перед їх запуском. Розв'язання задачі досягається за рахунок використання наступних відомих суттєвих ознак: бака з кріогенним компонентом палива, заправно-зливної магістралі компонента з`єднаної з теплоізольованою витратною магістраллю, яка розташована між баком і входами в насоси турбонасосних агрегатів двох двигунів, магістралі циркуляції, що з'єднує нижню ділянку витратної магістралі з баком, а також наступних відмінних суттєвих ознак: у витратній магістралі, між виходом магістралі циркуляції і розгалуженням витратної магістралі на два двигуни, установлений розділовий клапан, вихідна ділянка магістралі циркуляції з'єднана розгалуженим байпасним трубопроводом з розгалуженими ділянками витратної магістралі біля входів в насоси турбонасосних агрегатів, на кожному відгалуженні байпасного трубопроводу розташовано по одному керованому клапану, в магістралі циркуляції перед виходом байпасного трубопроводу встановлений відсічний клапан. Використання вищезазначеної сукупності суттєвих ознак системи охолоджування забезпечує необхідну температуру кріогенного компонента палива на входах у двигуни перед їх запуском. Для пояснення принципу роботи системи охолоджування блочного рідинного ракетного двигуна наводиться її принципова схема на фіг. 1, а також схематичне зображення ділянки витратної магістралі з розділовим клапаном - на фіг. 2. Система охолоджування блочного рідинного ракетного двигуна складається з бака із кріогенним компонентом палива 1, теплоізольованої витратної магістралі 2, магістралі циркуляції 3, двох входів у насоси турбонасосних агрегатів двигунів 4, розділового клапана 5, байпасного трубопроводу 6, відсічного клапана магістралі циркуляції 7, двох керованих клапанів байпасного трубопроводу 8, заправно-зливної магістралі 9, сідло розділового клапана 10. На фіг. 2 показане сідло розділового клапана 10 у відкритому стані. Робота запропонованої системи охолоджування здійснюється таким чином. Заправлення бака 1 проводиться через заправно-зливну магістраль 9, при цьому кріогенний компонент палива надходить по витратній магістралі 2 вище розділового клапана 5 і по магістралі циркуляції 3 при відкритому відсічному клапані 7. Наприкінці заправлення відкриваються обоє керованих клапана 8 у байпасному трубопроводі 6 і починається охолоджування двох двигунів проливанням з малою витратою кріогенного компонента через байпасний трубопровід 6. Проливання з малою витратою мінімізує процес паротворення під час 1 UA 108130 C2 5 10 15 попадання кріогенного компонента в теплі магістралі двигунів, внаслідок чого тиск у них не перевищує припустимих значень. У цей період контур циркуляції, що складається з витратної магістралі 2 і магістралі циркуляції 3, готовий забезпечувати охолоджування витратної магістралі вище розділового клапана 5. Після закінчення заправлення відкривається розділовий клапан 5, через який починається охолоджування двигунів проливанням з середньою витратою для підтримки в магістралях двигунів температури кріогенного компонента. Потім перекриваються оба керованих клапани 7 у байпасному трубопроводі 6. Через якийсь час наддувається бак із кріогенним компонентом палива 1 і починається охолоджування двигунів проливанням з великою витратою, яка остаточно видаляє з магістралей двигунів парові міхури, що там залишилися. Наприкінці охолоджування великою витратою температура кріогенного компонента в магістралях двигунів не перевищує допустимих на момент запуску значень. Таким чином, запропонована система охолоджування блочного рідинного ракетного двигуна дозволяє забезпечити необхідну температуру кріогенного компонента палива у двигунах за рахунок регулювання інтенсивності процесу охолоджування та обмеження часу знаходження цього компонента у двигунах. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 Система охолоджування блочного рідинного ракетного двигуна, що включає в себе бак із кріогенним компонентом палива, заправно-зливну магістраль компонента з′єднань з теплоізольованою витратною магістраллю, яка розташована між баком і входами в насоси турбонасосних агрегатів двох двигунів, магістраль циркуляції, що з'єднує нижню ділянку витратної магістралі з баком, яка відрізняється тим, що у витратній магістралі, між виходом магістралі циркуляції і розгалуженням витратної магістралі на два двигуни, установлений розділовий клапан, а вихідна ділянка магістралі циркуляції з'єднана розгалуженим байпасним трубопроводом з розгалуженими ділянками витратної магістралі біля входів в насоси турбонасосних агрегатів, на кожному відгалуженні байпасного трубопроводу розташовано по одному керованому клапана, причому в магістралі циркуляції перед виходом байпасного трубопроводу встановлений відсічний клапан. 2 UA 108130 C2 3 UA 108130 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 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 4