8.2 Процессы захолаживания криогенных систем

Захолаживание – процесс предварительного охлаждения элементов криогенных систем от температуры окружающей среды до температуры хранения криогенной жидкости в емкости.

При захолаживании используются:

1) газ;

2) пар;

3) жидкость;

4) пар-жидкость.

Выбор процесса захолаживания осуществляется с учетом двух критериев:

1. задано ограничение на максимальное время захолаживания ;

2. задано ограничение на расход компонента топлива в процессе захолаживания .

8.3 Способы захолаживания магистралей и баКов

Возможны несколько вариантов захолаживания криогенных систем.

1. Захолаживание жидкостью.

   1. Подача жидкости напрямую в магистраль после открытия разделительного клапана.

При подаче жидкости наблюдаются интенсивные колебания расхода и давления, возможен обратный выброс жидкости в бак (этот процесс динамический, нестационарный, неуправляемый); при обратном выбросе происходит выход из строя сетчатых и капиллярных устройств, следовательно, нельзя запустить двигатель заново в условиях невесомости; значительные величины пульсаций давления и расхода могут привести к разрушению магистрали.

2. Подача жидкости через байпасную (обходную) магистраль

   1. Открытие клапана захолаживания.

   2. подача жидкости через байпасную магистраль в основную.

В байпасной магистрали диаметр жиклера выбирают таким образом, чтобы в нём реализовывалось критическое течение. В жиклере происходит вскипание жидкости, за ним - создается парожидкостная среда, которая поступает в основную магистраль двигательной установки.

Достоинства данного способа:

• отсутствие пульсаций давлений и расхода в системе;

• реализация малых расходов компонентов топлива на захолаживание.

Недостатки:

• большое время захолаживания;

• установка дополнительного оборудования (увеличение массы системы, уменьшение ее надежности).

3. Подача через специальную систему регулирования расхода жидкости (ступенчатая система подачи топлива).

Данный способ применяется для захолаживания разгонных блоков и третьих ступеней ракет.

Нельзя открыть все три клапана одновременно, т.к. сразу произойдет выброс большого количества жидкости в систему и если G _{дренажа}<G, то произойдет резкое увеличение давления в баке, что приведет к  разрушению бака.

2. Захолаживание газом

Для захолаживания используется переохлажденный газ из теплообменного аппарата.

Данный способ применяется для предстартового захолаживания систем.

3. Захолаживание паром.

Для захолаживания производится отбор пара из паровой подушки и подача в магистраль.

4. Захолаживание с использованием циркуляционных систем.

для жидкого кислорода.

Достоинства данного способа:

• простота

Недостатки:

• затраты жидкости, находящейся в баке;

• выход в полет с магистралью возврата на борту.

Циркуляционные системы используются в условиях наземного старта для первой и второй ступеней ракет.