Система повітряного термостатування головного блока ракети

Реферат: Система повітряного термостатування головного блока ракети, містить джерело повітряного постачання, виконане у вигляді ресиверів стисненого повітря, трубопровід подавання з фільтром і керованою арматурою, котрий розташований на кабель-щоглі пускової установки ракети і з'єднує джерело повітряного постачання через редуктор з рознімним з'єднанням головного блока, охолоджувач повітря, виконаний у вигляді теплоізольованого металевого корпусу, і зв'язані з ним рідинні магістралі з запірною й регулюючою арматурою, ємність з рідиною, що охолоджує, насос, холодильну машину, електронагрівач повітря і пульт керування з датчиками температури. Охолоджувач повітря встановлений після електронагрівача і споряджений встановленими у його верхній частині вентилем і запобіжним клапаном й розташованими у його нижній частині зливним вентилем і опорами, а датчик температури, встановлений на виході охолоджувача повітря, електрично зв'язаний з датчиком температури, встановленим після електронагрівача. UA 80951 U (12) UA 80951 U UA 80951 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до ракетно-космічної техніки, а більш конкретно - до наземного обладнання і може використовуватися у системах повітряного термостатування відсіків ракет на стартових комплексах. Відомою є система повітряного термостатування головного блока (ГБ) ракети, що містить джерело повітряного постачання, трубопровід подавання, котрий з'єднує джерело повітряного постачання з рознімним з'єднанням головного блока ракети, охолоджувач повітря і зв'язані з ним рідинні магістралі, ємність з рідиною, що охолоджує, насос, холодильну машину, електронагрівач і трубопровід малого діаметру, прокладений всередині ракети до рознімного з'єднання з ГБ (див. патент РФ № 2.135.910, МПК F25B 29/00, F25B 25/00, 1999 р.). Система забезпечує термостатування ГБ як до пуску, так і у випадку відміни пуску, при цьому рознімне з'єднання розташоване на хвостовому відсіку ракети. Недоліком відомої системи є її низькі експлуатаційні якості, тому що прокладання трубопроводу всередині ракети призводить до ускладнення конструкції і збільшення ваги ракети. Найближчою до запропонованої по технічному рішенню є вибрана як прототип система повітряного термостатування (СПТ) головного блока ракети за патентом РФ № 2.184.912, МПК F25B 29/00, F25B 19/00, 2000 р. Ця система містить джерело повітряного постачання, виконане у вигляді ресиверів стисненого повітря, трубопровід подавання з фільтром і керованою арматурою, котрий розташований на кабель-щоглі пускової установки ракети і з'єднує джерело повітряного постачання через редуктор з рознімним з'єднанням головного блока, охолоджувач повітря, виконаний у вигляді теплоізольованого металевого корпусу, і зв'язані з ним рідинні магістралі з запірною й регулюючою арматурою, ємність з рідиною, що охолоджує, насос, холодильну машину, електронагрівач повітря і пульт керування з датчиками температури. Система забезпечує автоматичне підтримання необхідних температурних режимів головного блока у процесі підготовки ракети на стартовому комплексі (СК) у любий час року і доби при температурі навколишнього середовища від мінус 40 °C до плюс 50 °C. Система має високу надійність роботи після виходу її в стаціонарний режим термостатування. Недоліком відомої системи є її невисокі експлуатаційні якості, тому що охолоджувач повітря розташований перед електронагрівачем, що призводить до наступного. Влітку, коли температура навколишнього середовища сягає плюс 50 °C (у приміщеннях до плюс 35 °C), на початку роботи системи температура електронагрівача (його теплоізоляції, корпуса, рідкого теплоносія - антифризу, змійовиків, трубчастих електронагрівачів та інших елементів) постійна і звичайно дорівнює температурі навколишнього повітря. Отже, для забезпечення термостатування ГБ з температурою повітря плюс 5 °C необхідно провести початкове охолодження електронагрівача від температури навколишнього повітря до нижче плюс 5 °C за допомогою охолодженого стисненого повітря високого тиску, що подається через охолоджувач повітря. Це повітря для термостатування ГБ не використовується і після електронагрівача викидається у атмосферу. Тому розташування охолоджувача повітря перед електронагрівачем призводить до наступних недоліків: - велика теплова інерційність виходу системи на стаціонарний режим термостатування через необхідність початкового охолодження електронагрівача (більше 30 хвилин) і, як наслідок, низька швидкодія; - примусовість проведення підготовки системи до роботи тільки у нетехнологічний час, тобто до початку роботи щодо термостатування ГБ; - неекономічність використання дефіцитного стисненого повітря високого тиску, що викидається у атмосферу після охолодження електронагрівача; - значні енерговитрати під час роботи охолоджувача повітря і холодильної машини; - ускладнення експлуатації і зниження надійності роботи СПТ протягом всього перехідного періоду - від моменту вмикання системи до виходу її у режим термостатування. В основу корисної моделі поставлена задача створення удосконаленої конструкції системи повітряного термостатування головного блока ракети, яка б дозволила забезпечити підвищення її експлуатаційних якостей шляхом уведення в нього нових елементів і технічних рішень, таких як: - охолоджувач повітря встановлюється після електронагрівача, що дозволяє зменшити інерційність і підвищити швидкодію системи; - наявність встановлених у його верхній частині вентиля і запобіжного клапана й розташованих у його нижній частині зливного вентиля і опор, що дозволяє підвищити безпеку і надійність експлуатації системи; 1 UA 80951 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 - датчик температури, встановлений на виході охолоджувача повітря, електрично зв'язується з датчиком температури, встановленим після електронагрівача, що дозволяє забезпечити автоматичне підтримання заданого режиму термостатування; - охолоджувач повітря з'єднаний з трубопроводом подавання через вхід і вихід коаксильних змійовиків, утворених почергово прокладками і двома шарами навивання на порожнистий , замкнений циліндр, котрий задовольняє співвідношенню 12  L / d  2,5 , де L - довжина порожнистого замкненого циліндра; d - зовнішній діаметр порожнистого замкненого циліндра, що дозволяє підвищити ефективність теплообміну між стисненим повітрям і рідиною, що охолоджує; - теплоізоляція металевого корпусу охолоджувача повітря виконана із з'єднаних з його зовнішньою поверхнею пінополістерольних плит, вкритих зовнішніми шарами поліетиленової плівки і бязі, та задовольняє співвідношенню 0,8  b / D  0,35 , де b - товщина теплоізоляції; D - зовнішній діаметр охолоджувача повітря, що дозволяє значно знизити теплоприпливи всередину охолоджувача повітря простими засобами з оптимальними габаритами. Поставлена задача вирішується таким чином, що у запропонованій системі повітряного термостатування головного блока ракети, яка містить джерело повітряного постачання, виконане у вигляді ресиверів стисненого повітря, трубопровід подавання з фільтром і керованою арматурою, котрий розташований на кабель-щоглі пускової установки ракети і з'єднує джерело повітряного постачання через редуктор з рознімним з'єднанням головного блока, охолоджувач повітря, виконаний у вигляді теплоізольованого металевого корпусу, і зв'язані з ним рідинні магістралі з запірною й регулюючою арматурою, ємність з рідиною, що охолоджує, насос, холодильну машину, електронагрівач повітря і пульт керування з датчиками температури, в ній охолоджувач повітря встановлений після електронагрівача і споряджений встановленими у його верхній частині вентилем і запобіжним клапаном й розташованими у його нижній частині зливним вентилем і опорами, а датчик температури, встановлений на виході охолоджувача повітря, електрично зв'язаний з датчиком температури, встановленим після електронагрівача. Охолоджувач повітря з'єднаний з трубопроводом подавання через вхід і вихід коаксильних змійовиків, утворених почергово прокладками і двома шарами навивання на , порожнистий замкнений циліндр, котрий задовольняє співвідношенню 12  L / d  2,5 , L - довжина порожнистого замкненого циліндра; де d - зовнішній діаметр порожнистого замкненого циліндра. При цьому теплоізоляція металевого корпусу охолоджувача повітря виконана із з'єднаних з його зовнішньою поверхнею пінополістерольних плит, вкритих зовнішніми шарами поліетиленової плівки і бязі, та задовольняє співвідношенню 0,8  b / D  0,35 , де b - товщина теплоізоляції; D - зовнішній діаметр охолоджувача повітря. Для пояснення конструкції системи і її роботи додаються креслення і її детальний опис. На кресленнях зображено: - на фіг. 1 - загальний вигляд системи; - на фіг. 2 - загальний вигляд охолоджувача повітря. Запропонована система включає джерело повітряного постачання, виконаного у вигляді ресиверів 1 стисненого повітря, фільтр 2, компресор 3, трубопровід 4 подавання, фільтр 5, редуктор 6 і пульт 7 керування. На трубопроводі 4 подавання встановлені також електронагрівач 8 повітря і охолоджувач 9 повітря, зв'язаний з ємністю 10 з рідиною, що охолоджує, за допомогою рідинних магістралей 11 з запірною і регулюючою арматурою 12 через насос 13, холодильну машину 14 і пневмощит 15, в якому встановлена дистанційно керована арматура. Трубопровід 4 подавання прокладений по стрілі кабель-щогли 16 і з'єднується з рознімним з'єднанням 17, розміщеним на ГБ 18 ракети 19. Ракета 19 встановлена на ПУ 20 (фіг. 1). При цьому охолоджувач 9 повітря встановлений після електронагрівача 8. Пульт 7 керування розташований у ресиверній, але може розташовуватися і у окремому приміщенні. Охолоджувач 9 повітря (фіг. 2) виконаний у вигляді теплоізольованого металевого корпусу 21, на якому встановлені у його верхній частині вентиль 22 для скидання повітря під час заповнення охолоджувача рідиною, що охолоджує, і запобіжний клапан 23, а у його нижній частині - зливний вентиль 24 і опори 25, 26. Охолоджувач 9 через вхід 27 і вихід 28 послідовно з'єднаних коаксильних змійовиків, утворених почергово прокладками 29 і двома шарами 30, 31 2 UA 80951 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 навивання на порожнистий замкнений циліндр 32, виконаний у співвідношенні його довжини L , до зовнішнього діаметру d у межах 12  L / d  2,5 . Датчик 33 температури, встановлений на виході 28 охолоджувача 9 повітря, електрично зв'язаний з датчиком температури (не зображений), встановленим після електронагрівача 8. Теплоізоляція металевого корпусу 21 виконана з пінополістерольних плит 34, з'єднаних з ним за допомогою клею 88КР і вкритих зовні двома шарами поліетиленової плівки 35 і бязі 36. Пінополістерол має мінімальну величину теплопровідності λ = 26-33 мВт/(м·К) у широкому інтервалі температур. Стики між плитами 34 закріплені поліетиленовою стрічкою з липким шаром, вкриті двома шарами бязі, прошити нитками за ГОСТ 6309-93 з шагом 3-5 мм. Шви заклеєні стрічкою з бязі. Співвідношення товщини b теплоізоляції до її зовнішнього діаметру D вибрано у діапазоні 0,8  b / D  0,35 . Поліетиленова плівка 35 запобігає проникненню вологи у пінополістерольні плити 34 і погіршенню їх якостей, а шар бязі 36 слугує захистом від механічних пошкоджень. Охолоджувач 9 повітря має вхідний патрубок 37 і вихідний патрубок 38, зворотній клапан 39 ділить ресивери 1 на дві частини, на трубопроводі 4 подавання, біля ракети 19, встановлений датчик 40 температури, а на ГБ 18 встановлені датчики 41, 42 температури. Усі датчики температури зв'язані з пультом керування 7. Робота запропонованої СПТ здійснюється наступним чином. Для проведення пуску готують СПТ, для чого за допомогою компресора 3 і зворотного клапана 39 заповнюють усі частини ресиверів 1 стисненим повітрям до необхідного тиску, наприклад, один ресивер до 40 МПа, а інші - до 20 МПа. Потім ракету 19 доставляють з монтажно-випробувального корпусу на СК на установнику за патентом США № 3.160.289, клас 214/1, 1964 р., стикують рознімне з'єднання 17 ГБ 18 з кабель-щоглою 16 і встановлюють ракету 19 на ПУ 20. Починають термостатування ГБ 18. Стиснене повітря з ресиверів 1 через кутовий вентиль і фільтр 5 подають у редуктор 6, де його тиск знижують до необхідної величини. Потім стиснене повітря по трубопроводу 4 подавання поступає у пнемощит 15, котрий забезпечує дистанційне включення і відключення подавання повітря. Далі стиснене повітря подають у електронагрівач 8, заповнений теплоносієм, наприклад антифризом. Взимку, коли температура навколишнього повітря сягає мінус 40 °C, задана температура термостатуючого повітря, наприклад плюс 80 °C, забезпечується електронагрівачем 8 без включення охолоджувача 9 повітря, при цьому він тільки пропускає через себе стиснене повітря як місцевий аеродинамічний опір. Влітку, коли температура навколишнього повітря сягає плюс 50 °C (у приміщеннях плюс 35 °C), задана температура термостатуючого повітря, наприклад плюс 5 °C, забезпечується під час роботи охолоджувача 9 повітря з включенням, при необхідності, мінімальної кількості ТПНів у електронагрівач і 8. Стиснене повітря у охолоджувач 9 поступає з трубопроводу 4 подавання через вхід 27, проходить всередині коаксильних змійовиків 30 і 31, охолоджується до необхідної температури, після чого через вихід 28 поступає у трубопровід 4 подавання і далі через рознімне з'єднання 17 потрапляє у ГБ 18 (на фіг. 2 напрямок руху стисненого повітря вказаний стрілками). Рідину, що охолоджує, з ємності 10 насосом 13 через холодильну машину 14 і рідинну магістраль 11 подають у охолоджувач 9 повітря через вхідний патрубок 37 (на фіг. 2 напрямок руху рідини, що охолоджує, вказаний стрілками). Рідина, що охолоджує, проходить крізь зазори між прокладками 29 і шарами навивання 30, 31, обмиває зовнішню поверхню коаксильних змійовиків і через вихідний патрубок 38 потрапляє у рідинну магістраль 11. Для забезпечення найкращих умов теплообміну між стисненим повітрям і рідиною, що охолоджує, відносні кроки навивання впоперек і вздовж потоку виконують однаковими. Датчики температури, встановлені на виходах охолоджувача 9 і електронагрівача 8, забезпечують автоматичне підтримання заданого режиму термостатування на вході у ГБ 18. СТП працює по розімкненому циклу, тобто з викиданням повітря у атмосферу (фіг. 1). Після пуску ракети 19 з охолоджувача 9 повітря зливають залишки рідини, що охолоджує (антифриз), через зливний клапан 24. Для покращання теплового режиму у ГБ його обтічник виконується з теплоізоляцією за патентом України № 70304, B64G 1/22, F42B 15/36, 2004 р., а на обтічнику встановлюється кришка люка для виходу термостатуючого повітря за патентом РФ № 2.290.343, МПК E05F 13/02, Е05С 19/06, B64G 1/22, 2005 р. Запропонована СПТ може використовуватися на наземному СК за патентом України № 75338u, МПК B64G 5/00, В63В 1/00, 2012 р. Таким чином, запропонована система, яка має просту і надійну конструкцію, забезпечує підвищення ефективності і економічності робіт на стартовому комплексі. 3 UA 80951 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 25 1. Система повітряного термостатування головного блока ракети, що містить джерело повітряного постачання, виконане у вигляді ресиверів стисненого повітря, трубопровід подавання з фільтром і керованою арматурою, котрий розташований на кабель-щоглі пускової установки ракети і з'єднує джерело повітряного постачання через редуктор з рознімним з'єднанням головного блока, охолоджувач повітря, виконаний у вигляді теплоізольованого металевого корпусу, і зв'язані з ним рідинні магістралі з запірною й регулюючою арматурою, ємність з рідиною, що охолоджує, насос, холодильну машину, електронагрівач повітря і пульт керування з датчиками температури, яка відрізняється тим, що охолоджувач повітря встановлений після електронагрівача і споряджений встановленими у його верхній частині вентилем і запобіжним клапаном й розташованими у його нижній частині зливним вентилем і опорами, а датчик температури, встановлений на виході охолоджувача повітря, електрично зв'язаний з датчиком температури, встановленим після електронагрівача. 2. Система повітряного термостатування головного блока ракети за п. 1, яка відрізняється тим, що охолоджувач повітря з'єднаний з трубопроводом подавання через вхід і вихід коаксіальних змійовиків, утворених почергово прокладками і двома шарами навивання на порожнистий замкнений циліндр, котрий задовольняє співвідношення 12  L / d  2,5 , , де L - довжина порожнистого замкненого циліндра; d - зовнішній діаметр порожнистого замкненого циліндра. 3. Система повітряного термостатування головного блока ракети за п. 1, яка відрізняється тим, що теплоізоляція металевого корпусу охолоджувача повітря виконана із з'єднаних з його зовнішньою поверхнею пінополістерольних плит, вкритих зовнішніми шарами поліетиленової плівки і бязі, та задовольняє співвідношення 0,8  b / D  0,35 , де b - товщина теплоізоляції; D - зовнішній діаметр охолоджувача повітря. 4 UA 80951 U 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 5