4.7. Захолаживание двигателей перед запуском

При криогенных компонентах топлива основные трубопроводы и полости насосов перед запуском двигателя должны быть охлаждены до температуры компонентов. Только после этого они могут быть заполнены криогенным топливом.

В случае отсутствия захолаживания при контакте компонентов со стенками более «теплой» конструкции происходит перегрев и газификация криогенного топлива. В результате трубопроводы и полости насосов будут заполнены парами компонентов. От этого при раскрутке ТНА в насосах возникает кавитация и срыв подачи топлива. Кроме того, поступающий в ЖГГ и КС пар криогенных компонентов приведет к неорганизованному смешению О и Г и образованию взрывоопасных смесей. В результате в лучшем случае возникает пульсация и значительный заброс давления в КС при запуске, а в худшем – взрыв двигателя. Поэтому двигатель захолаживают.

Схемы захолаживания двигателя

Схемы захолаживания двигателя могут быть разными. Главное при выборе схемы – обеспечить высокую эффективность и минимальные потери компонентов.

Схема 1 (рис. 4.7 а). Это наиболее простая схема захолаживания. Она применяется для кислородно-керосинового двигателя первой ступени и работает следующим образом. Захолаживание осуществляется проливкой кислородом топливной магистрали и полости насоса под воздействием гидростатического давления жидкости и наддува в баке О. Проливка производится до момента, пока специальные датчики не зафиксируют слив жидкого кислорода из дренажного клапана.

Эта схема достаточно распространена, особенно если ракета установлена на стартовой позиции и бак О постоянно подпитывается жидким кислородом от наземных устройств, компенсируя потери.

Схема 2 (рис. 4.7 б). Захолаживание по этой схеме более сложное и применяется для кислородно-водородных двигателей. При захолаживании производят непрерывную циркуляцию криогенного компонента по тракту: бак компонента – рециркуляционный насос – трубопровод – полость основного насоса – бак.

В этой схеме бак заполняется предварительно переохлажденным компонентом. Достоинство схемы – отсутствие потерь компонента и возможность применения для двигателей всех ступеней.

Схема 3 (рис. 4.7 в). Схема захолаживания имеет следующие особенности. На стартовой позиции через магистрали, подлежащие захолаживанию, пропускается газообразный гелий, поступающий от наземных устройств и охлажденный до низкой температуры. После захолаживания магистралей их заполняют криогенными компонентами практически без потерь последних.

Примечание. Двигатели второй и последующих ступеней можно захолаживать непосредственно перед стартом от наземных устройств. Затем полости заливают жидким криогенным топливом. В этом случае двигатели имеют постоянный дренаж криогенного компонента за борт во время полета ракеты, вплоть до включения двигателя верхней ступени. Все захолаживаемые магистрали и полости насосов обеспечивают хорошей теплоизоляцией.

Рис. 4.7. Схемы захолаживания двигателя при работе на криогенных компонентах: а) проливкой жидкого кислорода под давлением наддува и гидростатического напора; б) прокачкой переохлажденных жидких компонентов специальными рециркуляционными насосами (НР) с электроприводом (ЭП); в) продувкой тракта охлажденным газообразным гелием