книги из ГПНТБ / Морозов Н.И. Баллистические ракеты стратегического назначения

однако остается в допустимых пределах. Подобные си­ стемы могут применяться при наличии низкокипящих топлив, которые закипают при понижении давления и пары которых обеспечивают требуемое давление надду­ ва в баках.

В системах с пороховым аккумулятором давления газы наддува образуются при сгорании заряда твердого топлива. Для обеспечения длительной работы аккумуля­ тора давления используется цилиндрический заряд, го­ рящий с одного торца. Заряд воспламеняется при помо­ щи электрозапала. Прекратить горение заряда и вновь воспламенить его во время полета ракеты невозможно. Поэтому для повторного воспламенения заряда служат химические воспламенители: осуществляется впрыск жидкости. В этом случае горение заряда продолжается до момента прекращения подачи жидкости. Повторное воспламенение заряда происходит при повторной подаче жидкости к твердому топливу. Таким образом, примене­ ние химического воспламенения заряда позволяет регу­ лировать давление в топливном баке.

Предстартовый наддув топливных баков производит­ ся непосредственно перед пуском ракет при помощи агрегатов наземного оборудования из наземных источ­ ников. В ряде случаев предстартовый наддув выполняет­ ся для баков не только первой ступени, но и последую­ щих ступеней. Наддув последующих ступеней имеет це­ лью повышение их прочности и сокращение времени на создание в баках необходимого давления, обеспечиваю­ щего запуск двигателей этих ступеней.

Для предстартового наддува обычно используются азот, воздух и гелий.

Пневмосистема является вспомогательной системой, предназначенной для обслуживания топливных систем и систем наддува. Наличие пневмосистемы на ракете уве­ личивает вес ее конструкции. Поэтому для устранения этого недостатка иногда идут по линии сокращения функ­ ций, выполняемых пневмосистемой, и, следовательно, к уменьшению ее разветвленности.

Пневмосистемы благодаря простоте их устройства еще находят широкое применение в ракетах с ЖРД. Они обеспечивают снабжение газом потребителей (топлив­ ные баки, агрегаты автоматики и т. п.) не только во вре­

40

мя полета ракеты, но и непосредственно перед ее пус­ ком.

Для уменьшения веса пневмосистемы ракеты реко­ мендуется использовать наземные емкости, а также регу­ лирующие, распределительные и контролирующие эле­ менты на наземных устройствах. С этой целью к ракете может подсоединяться стартовый пневмощиток (ПЩС), предназ­ наченный для обслуживания предпускового периода.

Пневмосистема состоит из отдельных магистралей, каждая из которых выполняет опреде­ ленную задачу. В зависимости от величины давления они делят­ ся на магистрали высокого дав­ ления (для заполнения бортовых баллонов и предстартового над­ дува баков), управляющего дав­ ления (для управления работой пневмоавтоматики) и низкого давления (для контроля давле­ ния в баках и продувки магист­ рали) .

На рис. 2.11 приведена схема устройства магистрали управля­

ющего давления. Электропневмоклапаны управляют аг­ регатами пневмоавтоматики, пропуская газ или прекра­ щая его поступление в полости агрегатов по командам системы управления.

Выше указывалось, что во время полета ракеты в результате вибраций и взаимного перемещения ее отсе­ ков возникают колебания трубопроводов. Для умень­ шения амплитуды этих колебаний необходимо выбирать определенные расстояния между опорами трубопрово­ дов. Для удобства монтажа и крепления трубопроводы на корпусе ракеты устанавливаются группами. В каче­ стве опор трубопроводов на корпусе ракеты применяются узлы креплений, поглощающие энергию колебаний тру­ бопроводов. Для предохранения от повреждений во вре­ мя полета вследствие колебаний трубопроводы должны быть удалены от соседних деталей на определенное рас-

41

Стояние или эти детали оклеиваются мягкими материа­ лами (резиной, сукном и т. п.).

В состав систем питания входят различные по на­ значению и устройству агрегаты автоматики, обеспечи­ вающие работу пневмогидравлической системы в задан­ ной последовательности. Под агрегатами автоматики по­ нимаются устройства, которые служат для автоматиче­ ского открытия и закрытия различных магистралей по командам, поступающим с пультов наземного оборудо­ вания (в предпусковой период) или от системы управле­ ния (в полете).

Агрегаты автоматики можно классифицировать по принадлежности к системам ракеты, по назначению и по способу управления.

По п р и н а д л е ж н о с т и к с и с т е м а м ракеты аг­ регаты автоматики разделяют на агрегаты системы окис­ лителя, системы горючего, системы наддува и пневмо­ системы.

Принадлежность к системе предъявляет определен­ ные требования к материалам, применяемым для изго­ товления агрегатов автоматики.

дренажно-предохранительных клапанов (ДПК), разде­ лительных клапанов (РК), обратных клапанов, венти­ лей слива, электропневмоклапанов (ЭПК), запорных вентилей и реле давления.

Заправочно-сливные клапаны предназначены для за­ правки ракеты компонентами топлива и для их слива в случае несостоявшегося пуска. Основная особенность этих клапанов состоит в том, что после заправки ракеты они непрерывно находятся под воздействием компонен­ тов топлива.

Дренажно-предохранительные клапаны необходимы для постоянного сообщения топливных баков с атмосфе­ рой во время заправки ракеты и для периодического со­ общения— во время ее полета в моменты, когда давле­ ние наддува баков превышает допустимое. Много общего с ДПК имеют по конструкции клапаны наддува, сооб­ щающие топливные баки с атмосферой для наддува баков встречным потоком воздуха. ДПК и клапаны над­ дува после заправки ракеты находятся под действием паров компонентов топлива..

42

Разделительные клапаны используются в топливных Системах в качестве устройств, перекрывающих топлив­ ные магистрали до момента подачи команд на их от­ крытие или закрытие. Перекрытие топливных систем не­ обходимо для того, чтобы компоненты топлива до мо­ мента пуска не заполняли коммуникации и насосы дви­ гателя. РК находятся под воздействием компонентов топлива с момента заправки ракеты.

Обратные клапаны обеспечивают прохождение ком­ понентов топлива или газов в одном направлении. В свя­ зи с этим они находятся в среде компонентов или газов.

Вентили слива устанавливаются в топливных систе­ мах для слива компонентов из ограниченных объемов. В заправленных ракетах на вентили воздействуют ком­ поненты топлива.

Электропневмоклапаны являются разделительными устройствами пневмосистемы и системы наддува, обес­ печивающими поступление газа в рабочие объемы пнев­ моавтоматики или в воздушные подушки баков при наддуве. Часть элементов ЭПК, расположенных в си­ стеме наддува, находится под воздействием паров ком­ понентов топлива.

Запорные вентили служат для соединения различных магистралей пневмосистемы. Чаще всего они использу­ ются на магистралях заправки бортовых баллонов из наземных емкостей.

Реле давления являются контролирующими устройст­ вами, измеряющими давление в пневматических магист­ ралях. Некоторые элементы реле могут находиться под воздействием компонентов и их паров.

По с п о с о б у у п р а в л е н и я агрегаты автоматики можно разделить на агрегаты пневмоавтоматики, пиро­ автоматики, электромагнитного управления и ручного управления.

Агрегаты пневмоавтоматики управляются сжатым газом. Как правило, они многоразового действия, то есть позволяют осуществлять многочисленное срабатывание. В эту группу входят ЗСК, ДПК, обратные клапаны и реле давления.

Агрегаты пироавтоматики управляются продуктами сгорания пороха или пиротехнических составов. Они яв­ ляются агрегатами одноразового действия. К этой груп­ пе относятся разделительные клапаны.

43

Кагрегатам электромагнитного управления относят­ ся электропневмоклапаны, управляемые электрическим током. Они допускают многократное срабатывание. ЭПК используются в ракетах, имеющих развитую пневмо­ систему.

Кагрегатам ручного управления относятся вентили слива и запорные вентили.

Для обеспечения нормальной работы пневмогидравлической системы агрегаты автоматики должны иметь высокую надежность и точность работы в различных ус­ ловиях эксплуатации ракеты, малые вес и габариты,

атакже малые потребляемые мощности. Удовлетворение перечисленных требований дости­

гается конструктивной схемой агрегатов, тщательной экспериментальной их отработкой, а также технологией изготовления и комплексом испытаний.

Под надежностью работы агрегатов понимается их способность выполнять все функции в заданных усло­ виях эксплуатации, к которым относятся температура, давление и влажность окружающей среды, атмосферные воздействия (дождь, песок, пыль и т. д.), ускорения и вибрации.

Количественно надежность агрегатов может оцени­ ваться вероятностью безопасной работы в течение за­ данного времени или вероятностью отказа. Надежность целесообразно оценивать по результатам испытаний аг­ регатов в процессе их изготовления.

Под точностью работы агрегата понимается допуск на величину определяющего параметра. Так, если для данного агрегата определяющим является давление срабатывания, то задается допуск на величину давле­ ния; если время срабатывания — то допуск на время и т. д. Точность работы задается на основе анализа системы, в состав которой входит агрегат.

Требование малого веса и габаритов агрегатов яв­ ляется общим для всех элементов ракеты. Естественно, что оно не должно входить в противоречие с требовани­ ем надежности и точности агрегатов. Потребление ма­ лых мощностей позволяет уменьшить вес источников энергии.

Считается, что наибольшее влияние на конструкцию агрегатов автоматики оказывает принятый способ уп­ равления (привод).

44

2.5. Пневмогидравлическая система ракет с ЖРД

Под пневмогидравлической системой (ПГС) ракеты понимается совокупность гидравлических и пневмати­ ческих емкостей, коммуникаций, а также агрегатов ав­ томатики систем питания ракеты и двигателей. Эти устройства позволяют производить операции по заправке топливных баков компонентами топлива и в случае не­ обходимости их слив, по наполнению бортовых баллонов газами и их стравливанию, осуществлять предстартовый наддув топливных баков и наддув во время полета, обеспечивать надежный запуск двигателей и беспере­ бойное их питание во время полета компонентами топли­ ва, выполнять регулирование двигателей и выключать их по командам от системы управления. Несмотря на то что каждый тип ракеты с Ж РД имеет свой состав ПГС и свою последовательность работы, существуют общие требования к системам и определенные закономерности в последовательности срабатывания элементов ПГС.

Считается, что ПГС ракеты должна обеспечивать рас­ четные баллистические характеристики и высокую бое­ вую готовность ракеты, быть надежной в работе и про­ стой в эксплуатации.

Под баллистическими характеристиками понимаются дальность полета и параметры рассеивания. Для их до­ стижения необходимо, чтобы все составные части ПГС работали в заданном диапазоне температур, при любой влажности и запыленности воздуха.

ПГС обеспечивает заданные значения тяги и удель­ ной тяги двигателя, для чего она производит запуск и выключение двигателей в заданной последовательности, согласованной с баллистическими характеристиками, осуществляет разделение ступеней и отделение голов­ ной части по командам от системы управления.

Изменение температуры воздуха в заданном диапа­ зоне вынуждает намечать конструктивные мероприятия по компенсации возможных температурных деформаций трубопроводов, определять требуемые воздушные подуш­ ки топливных баков, а также принимать меры по сохра­ нению работоспособности агрегатов автоматики. Воздей­ ствие влажного и пыльного воздуха на элементы ПГС может привести к интенсивной коррозии, загрязнению и в конечном счете к отказу в работе. Для уменьшения

45

воздействия этих факторов корпус ракеты герметизи­ руется.

Требование последовательности работы элементов ПГС определяется необходимостью разделения ступеней и отделения головной части по достижении определен­ ных скоростей полета в условиях минимальных возму­ щений при этих операциях.

Под боевой готовностью понимается такое состояние ракеты (ракетного комплекса), которое позволяет про­ извести ее пуск в кратчайшее время. Это время отсчи­ тывается от момента получения команды на пуск до момента отрыва ракеты от пускового устройства.

Одной из основных операций по подготовке ракет к пуску, занимающей длительное время, может оказаться заправка топливных баков компонентами топлива.

Заправка начинается с момента подачи команды на пуск ракеты и заканчивается перед запуском двигате­ лей. Для уменьшения времени заправки может быть ис­ пользована более скоростная заправка с использованием мощной системы подачи компонентов в топливные баки.

этого способа заправки выдвигает определенные требо­ вания к ПГС в части выбора диаметров и толщины за­ правочных и дренажных трубопроводов.

При заблаговременной заправке компонентами топ­ лива ракета хранится непрерывно в течение определен­ ного времени. При этом возникают проблемы, связанные с защитой конструкционных материалов от воздействия компонентов топлива и с сохранением физико-химиче­ ских свойств самих компонентов.

Боевая готовность может быть повышена путем со­ кращения времени и на остальные предпусковые опера­ ции, связанные с проверкой различных систем и приве­ дением системы управления в исходное для пуска со­ стояние. Достигается это автоматизацией указанных операций, а также применением агрегатов автоматики, не требующих предпусковой настройки и проверки.

Повысить готовность можно и за счет сокращения времени предстартового наддува баков. Для этого при

46

проектировании топливных систем стремятся к умень­ шению объемов воздушных подушек баков. В связи с тем что эти объемы существенно зависят от темпе­ ратурного диапазона применения ракет, уменьшение влияния температуры возможно благодаря термостатированию пусковых устройств.

Под надежностью действия ПГС понимается безот­ казная работа ее элементов во время предстартовой подготовки и полета ракеты. Высокая надежность до­ стигается хорошо налаженной технологией изготовления элементов ПГС и сборки ее составных частей, предпу­ сковыми проверками и рядом других мероприятий. Тех­ нологический процесс производства ракет предусматри­ вает испытания как отдельных элементов ПГС (трубо­ проводов, емкостей, агрегатов автоматики), так и собранных систем или частей. В процессе подготовки ра­ кеты к пуску испытываются элементы ПГС на функцио­ нирование в комплексе с системой управления. Наряду с этим высокая надежность должна быть заложена в самой конструкции системы.

Требование упрощения условий эксплуатации ракеты имеет важное значение, так как оно определяет удобст­ во эксплуатации ракеты в период предстартовой подго­ товки, численность личного состава обслуживающих под­ разделений, состав наземного оборудования и боевую готовность.

Следует иметь в виду, что агрегаты автоматики, вхо­ дящие в состав ПГС, должны четко взаимодействовать между собой и с системой управления в определенной последовательности, обеспечивая нормальный запуск и выключение двигателей и полет ракеты по заданной программе. Для ракет с Ж РД можно выделить наиболее характерные этапы работы ПГС. В частности, для двух­ ступенчатых ракет с последовательным расположением ступеней такими этапами являются:

—подготовительные операции;

—предстартовый наддув топливных баков;

—запуск двигателей нижней ступени и выход их на режим с последующим подъемом ракеты от пускового устройства (старт ракеты);

—взаимодействие агрегатов автоматики во время

полета первой ступени (с момента старта до разделе­ ния ступеней);

47

—разделение ступеней;

—взаимодействие агрегатов автоматики во время по­

ся: заправка ракеты компонентами топлива, срабатыва­ ние разделительных клапанов, отделяющих топливные системы от двигателей, задействование бортовых ис­ точников электропитания, заправка сжатыми газами

В обоих случаях должны быть определены последова­ тельность проведения операций и время, необходимое для выполнения каждой операции. При автономном про­ ведении операций контроль за каждой из них осущест­ вляется оператором визуально или по показаниям соот­ ветствующих приборов, либо специальными автомати­ ческими устройствами. В последнем случае и при полной автоматизации подготовительных операций обыч­ но намечаются блокировки, которые не позволяют про­ извести последующую операцию, если не выполнена пре­ дыдущая.

Время, необходимое для проведения каждой опера­ ции, определяется на основе расчетов или эксперимен­ тов. Так, например, при определении последовательности срабатывания разделительных клапанов раньше должна быть подана команда на открытие клапана того компо­ нента, который по времени дольше заполняет маги­ страли.

П р е д с т а р т о в ы й н а д д у в т о п л и в н ы х б а ­ к о в необходим для подготовки двигателей нижней сту­ пени к надежному запуску. Одновременно с предстарто­ вым наддувом баков первой ступени может производить­ ся наддув и баков второй ступени. Давление предстарто­ вого наддува не должно превосходить величины, которая принимается несколько меньшей давления настройки дренажно-предохранительных клапанов. Однако давле­ ние наддува не должно быть меньше минимально допу­ стимого значения, вычисленного из условия бескавитационной работы насосов. Для повышения боевой готов­ ности ракет стремятся к уменьшению времени предстар­ тового наддува.

48