5. Арматура топливных баков

Помимо систем наддува и сброса избыточного давления баки должны быть оснащены следующими дополнительны­ми системами и устройствами:

1. Устройствами для забора топлива.

2. Системой для предохранения бака от потери устойчиво­сти (складывания бака) из-за разряжения давления внутри бака при колебаниях температуры окружающей среды (система «ды­хания»).

Конструкции баков допускают разряжение не более 0,01...0,02 МПа.

3. Люком для монтажа систем внутри бака и ремонта.

4. Тоннельной трубой для прохода трубопровода подачи второго компонента.

5. Иногда дополнительно устанавливаются специальные устройства (демпферы) для ограничения подвижности топлива в баках, которые служат для устранения динамической неустойчивости ракет на активном участке полета.

Демпферами могут быть радиальные перегородки в баках, перфорирован­ные диафрагмы, сетки, которые эффективны при малых часто­тах, близких к частотам первого тона колебаний поверхности жидкости.

5.1. Заборные устройства баков

Заборные устройства важный эле­мент топливных баков и систем подачи компонентов топлива к двигателю, обеспечивающих максимальную вы­работку компонента топлива из бака без нарушения сплошно­сти потока. Уменьшение неиспользованных остатков топлива в баках, входящих в конечную массу ракеты, является сущест­венным совершенствованием топливных систем ракеты.

K заборным устройствам предъявляются следующие тре­бования:

– обеспечение минимальных гидравлические остатки незабора,

– минимальное гидравлическое сопротивление;

– устойчивость при максимальных механических нагрузках;

– простота в изготовлении и монтаже в баке;

– минимальная масса конструкции.

На выбор типа заборного устройства определяющее влия­ние оказывает геометрия нижних днищ топливных баков.

Рис. 5.1. Разновидности принципиальных схем заборных и внутрибаковых устройств:

а – центральный отбор без тарели; б – центральный отбор с тарелью; в – смещенный от­бор топлива с воронкогасителем над сливным отверстием; г – сильфонное заборное уст­ройство; д – заборное устройство топливного бака с коническим днищем; е – кольцевое заборное устройство тороидального бака: ж – кольцевое заборное устройство топливного бака с утопленным двигателем; з – кольцевое заборное устройство в цилиндрическом баке с вогнутым днищем, имеющее многоточечный отбор топлива;

1 – стенка бака; 2 – днище; 3 – сливной трубопровод: 4 – тарель; 5 – тоннельная труба; 6 – воронкогаситель; 7 – си­фонное заборное устройство с гидрозатвором; 8 – желоб кольцевого заборного устройства; 9 – утопленный двигатель

На РН применяются заборные устройства в виде сливных отверстий в нижних днищах баков с различными воронкогасящимя устройствами и противопровальными тарелями, а также сифонные заборные устройства.

Рис. 5.2. Заборные устройства топливных баков:

а) Периферийные устройства тарельчатого типа с противозакручивающими лопастями:

1 – днище бака; 2 – противозакручивающие лопасти; 3 – труба датчика СОБ; 4 – тарель;

б) Устройство сифонного типа с противозакручивающими успокоительными лопастями:

1 – заборный сифонный трубопровод; 2 – противозакручивающие лопа­сти; 3 – днище бака;

в) Тарельчатое центральное заборное устройство с пластинами продольных и поперечных колебаний уровня жидкости:

1 – пластина гасителя продольных колеба­ний; 2 – пластина гасителя поперечных колебаний; 3 – днище бака; 4 – тарель; 5 – трубопровод расходный; 6 – датчик ОКТ

Применение боковых заборных устройств при­водит к существенному росту остатков незабора. В этом случае целесообразно применение сифонных заборных устройств, ко­торые дают возможность организовать забор топлива из цент­ра днища при наличии бокового сливного отверстия из бака (рис. 5.2, б). Гидравлические остатки незабора для сифонных за­борных устройств такие же, как и для заборных устройств с тарелями при одинаковой геометрии входного участка. Применение сифонного заборного устройства позволяет ор­ганизовать центральный забор при наличии в баке тоннельной трубы, ось которой совпадает с осью бака. Его целесообразно применять для пи­тания нескольких двигателей, т.к. обеспечивается равномер­ное течение на входе в заборное устройство.

На торовых баках применятся желобковые заборные уст­ройства, представляющие собой кольцевые желобы переменно­го сечения (рис. 5.1, е) Над желобом устанавливается перфори­рованная диафрагма, закон распределения отверстий в кото­рой обеспечивает равномерное опускание уровня в топливном баке.

В процессе истечения компонента из бака через расходный трубопро­вод на входе в последний возможно возникновение воронки в оставшемся компоненте РТ, ось которой совпадает с осью заборного отверстия (провал уровня топлива в баке) (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Провал уровня топлива в баке

При достижении нижней части воронки трубопровода входного отверстия трубопровода, в трубопровод начинает поступать двух­фазная смесь жидкости и газа наддува, что может привести к срыву подачи компонента.

Если не принять меры по снижению высоты образования во­ронки (h_кр), в баке остается значительное количество компонента в виде остатков незабора, существенно снижающее коэффициент заполне­ния ракеты топливом.

Для снижения высоты начала образования воронки на входе в расходный трубопровод устанавливают специальные воронкогасители (рис. 5.1, 5.4), которые позволяют уменьшить остатки незабора до (0,5–0,8)% исходного объема жидкости.

Воронкогаситель: 1 – трубопровод; 2 – сильфон; 3 – патрубок; 4 – дни­ще бака; 5– 6 – кольца; 7 – ребро; 8 – тарель;9 – ребро

Рис. 5.4. Принципиальные схемы конструкций воронкогасителей:

а, б, в – радиальные ребра, установленные над тарелью; г, д – тарель неправильной формы; е – радиальные ребра;

1 – концентрическое ребро; 2 – радиальное ребро; 3 – днище бака; 4 – тарель воронкогасителя; 5 – слив

Для предотвращения крутки потока на тарелях устанавливаются противокруточные аппараты, представляющие собой радиальные ребра диаметром больше диаметра тарели D_к = 1,7 D_тар и высотой 50–200 мм.