9. Системы подачи компонентов ракетного топлива (см. Вопрос №5). Вытеснительная система подачи.

Основные элементы систем подачи компонентов.

В настоящее время жидкостные ракетные двигатели имеют широкое применение. В зависимости от назначения они имеют различные величины тяги и продолжительности работы. Многообразие конструкций двигателей вызывает необходимость применения различных систем подач, наиболее подходящих для тех условий, в которых используется двигатель.

Каждая из систем подачи имеет три основных части:

1. Баки.

2. Агрегат для создания давления подачи компонентов.

3. Арматуру.

Основной частью системы подачи, определяющей все остальные ее элементы, является агрегат, создающий необходимое давление подачи.

По типу агрегата, создающего давление подачи, различают следующие системы подачи:

1. Насосную (см. вопрос №5).

2. Баллонную.

3. С пороховым аккумулятором давления.

4. С жидкостным аккумулятором давления.

Последние три системы подачи имеют общую особенность: баки этих систем находятся под давлением, превышающим давление в камере, и топливо из них как бы «вытесняется» давлением газов, поэтому эти системы называются вытеснительными.

Баллонная и другие вытеснительные системы подачи

По своему действию баллонная система подачи является наиболее простой. Схема ее приведена на фиг.131. Газ высокого давления (250-300 атм.), заключенный в баллоне 1, поступает в газовый редуктор давления 2, где давление газа снижается до необходимой величины и откуда он поступает в баки 3. Под давлением газа топливо вытесняется из баков и по трубопроводам поступает в камеру двигателя 5, разрывая установленные на трубопроводе мембраны 4.

Основной недостаток баллонной системы состоит в том, что в ней баки находятся под давлением подачи компонентов, вследствие чего вес баков, которые должны быть очень прочными, получается очень большим. Кроме того, баллон со сжатым газом, нагруженный высоким давлением, также имеет большой вес. Если емкости для компонентов велики, то вес баков, баллонов и запаса газа при баллонной подаче достигает таких больших величин, что использовать эту систему становится невозможно. Поэтому баллонная подача применяется в ЖРД с небольшими суммарными импульсами.

Для уменьшения веса всей системы вместо баллона со сжатым газом иногда применяют так называемый пороховой аккумулятор давления (сокращенно ПАД). В сравнительно небольшом объеме камеры порохового аккумулятора заключен заряд медленно горящего пороха. При сгорании пороха образуется большое количество горячего газа, который и поступает в баки для вытеснения компонентов. Вместо ПАД для получения горячего газа можно применять генератор, в котором будет сгорать какая-либо смесь жидких компонентов. Продукты сгорания этих компонентов, так же как и пороховые газы, используются для вытеснения компонентов. В этом случае мы получим систему подачи с жидкостным аккумулятором давления (ЖАД).

10. Конструкция топливных и переходных отсеков ракет-носителей.

Топливные баки состоят из обечаек и днищ. Обечайки топливных баков выполняются в виде тонкостенных гладких или подкрепленных оболочек. Типы обечаек, применяемых в топливных баках современных ракет, показаны на рис. 3.2.

Каждый бак может иметь собственные верхнее и нижнее днища. Часто днища двух соседних баков выполняются общими или совмещенными. Такая конструкция днищ дает определенный выигрыш в массе и длине топливного отсека, однако, требует значительно более тщательного изготовления, т.к. возникает опасность соединения КРТ, находящихся в баках, при проникновении их через микродефекты в сварных швах. Это особенно опасно при размещении в баках пар самовоспламеняющихся компонентов.

Гладкие баки - при некотором значении избыточного давления необходимость в продольном и поперечном наборе для подкрепления обечайки отпадает. Такие баки могут выполняться в виде тонкостенной цилиндрической оболочки. Если размеры и нагрузки, действующие на бак, не позволяют выполнить бак гладкой конструкции, используют баки каркасного типа.

Бак с продольным набором - как правило, баки основных КРТ ракет-носителей являются несущими, т.е. передающими нагрузки от двигателя к вышележащим частям РН. Поэтому такие баки могут подвергаться действию интенсивных сжимающих нагрузок, вследствие чего может произойти потеря устойчивости оболочек баков. Для предупреждения потери устойчивости баки подкрепляются. Подкрепление оболочек может осуществляться с помощью продольных тонкостенных элементов (стрингеров), поперечных кольцевых элементов (шпангоутов), соединяемых с обечайками сваркой, либо оболочки баков могут иметь вафельную конструкцию.

Баллистические ракеты с ЖРД и РДТТ независимо от их конструктивной схемы в качестве обязательных частей корпуса имеют переходные, приборные и хвостовые отсеки. Хотя эти отсеки имеют много общего в конструкции, специфичность назначения и предъявляемые требования, а также особенности нагружения вносят определенное различие в их конструкцию и расчет на прочность.

Переходные отсеки соединяют в одно целое корпуса ступеней составной ракеты, а также корпус последней ступени с БЧ. Применение переходных отсеков (переходников) объясняется различием диаметров стыковочных шпангоутов корпусов ступеней, если ступени имеют разные диаметры, и удобством эксплуатации. Стыковочный шпангоут БЧ, как правило, имеет диаметр, отличный от диаметра последней ступени, поэтому они также соединяются переходником.

Переходные, приборные и хвостовые отсеки с конструктивной точки зрения обычно представляют собой тонкостенные оболочки, подкрепленные силовым набором. Силовой набор образуется продольными элементами-стрингерами и поперечными элементами - шпангоутами. Оболочкой же является обшивка, скрепленная с силовым набором. Переходные отсеки в зависимости от диаметров соединяемых ступеней (БЧ) имеют коническую или цилиндрическую форму. На рис.9.3 изображена простейшая конструктивная схема переходника, предназначенного для соединения БЧ с корпусом ракеты. Он имеет форму усеченного конуса и состоит из обечайки 2 и двух стыковочных шпангоутов уголкового профиля. Стрингеры в данном случае отсутствуют.