8.2. Системы раскрутки турбонасосного агрегата
Одной из ответственных операций запуска является включение или раскрутка ТНА. Эта операция – центральная при запуске двигателя с насосной подачей топлива.
Можно выделить следующие схемы:
от основного ЖГГ;
от специального стартового газогенератора;
от специальной стартовой турбины;
от сжатого газа.
1. Раскрутка ТНА от основного ЖГГ – достаточно распространенная схема. Главное в этой схеме – включить, или "запустить" ЖГГ двигателя. Существует несколько вариантов схем включения ЖГГ:
а) На рис. 8.3 а показана схема, в которой при запуске в ЖГГ поступают пусковые компоненты топлива из специальных пусковых баллонов, имеющих вытеснительную подачу. После раскрутки ТНА и подъема давления за насосами работа ЖГГ переключается на питание от основных трубопроводов, а пусковая система отключается. Эта схема позволяет обеспечить многократный запуск.
Рис. 8.3. Схемы раскрутки ТНА от основного ЖГГ, в который поступают
пусковые расходы компонентов:
а – из пусковых бачков; б – из пусковых поршневых насосов;
в – от наземной системы
б) В схеме запуска основного ЖГГ, представленной на рис. 8.3, б вместо пусковых баллонов для компонентов установлены пусковые поршневые насосы – цилиндры с поршнями и соответствующей автоматикой. При запуске давление газа воздействует на поршень и вытесняет пусковые расходы компонентов в ЖГГ. После перехода ЖГГ на питание от основных трубопроводов автоматика обеспечивает заполнение цилиндров новой порцией компонентов.
Таким образом, эта схема может обеспечить не только многократный запуск в полете, но и запуск в невесомости.
в) Наиболее простая разновидность схемы включения основного ЖГГ в работу – подача пусковых расходов компонентов в основной ЖГГ от наземных систем. Этот способ раскрутки ТНА подходит для двигателей первой ступени РН. Например, такая схема запуска основного ЖГГ осуществлена на двигателях РН "Восток" (рис. 8.3, в).
2. Раскрутка турбины ТНА от стартерного гаэогенератора – это распространенная схема пуска одноразовых двигателей без дожигания генераторного газа. Здесь турбина ТНА оборудована специальным – стартерным ТГГ, как показано на рис. 8.4.
Рис. 8.4. Схема раскрутки ТНА от стартерного ТГГ
По соответствующей команде твердое топливо в ТГГ воспламеняется, и его продукты сгорания обычно устремляются через свой сопловой аппарат на турбину и быстро ее раскручивают. Давление компонентов за насосами повышается, и по достижении определенного значения включаются клапаны подачи основных компонентов в ЖГГ. Причем, если компоненты несамовоспламеняющиеся, то предварительно должно включаться зажигание в ЖГГ.
Стартовый ТГГ обычно работает в течение 1,2...1,5 с. Этого времени вполне достаточно, чтобы раскрутить турбину и включить в работу основной ЖГГ, на котором завершается выход двигателя на режим.
Эта схема раскрутки вполне надежная, и поэтому она довольно распространена, особенно для запуска двигателя со сравнительно небольшой тягой (Р < 100...150 кН). Причем, если на турбине установить несколько стартерных ТГГ, например 2...4, то можно осуществить соответственно 2...4-кратный запуск в полете.
3. Раскрутка ТНА от специальной стартовой турбины. В этой схеме на оси ТНА конструктивно установлен специальный стартовый блок – турбина с ТГГ. Ось стартовой турбины соединяется с осью ТНА через муфту сцепления (рис. 8.5).
Рис.8.5. Схема раскрутки ТНА специальной стартерной турбиной
Работа схемы состоит в следующем. После включения ТГГ раскручивается стартовая турбина, которая через муфту сцепления раскручивает ТНА. По достижении определенной частоты вращения и включении основного ЖГГ в работу муфта сцепления автоматически отключает стартовую турбину.
Эта схема раскрутки ТНА двигателя с дожиганием достаточно надежна и обеспечивает быстрый (1,5...2,0 с) запуск двигателя. Если стартерный блок оборудовать несколькими ТГГ, то можно обеспечить и многократный запуск в полете. Для устройства многоразового запуска со многими пусками удобно вместо ТГГ применить стартерный ЖГГ, питаемый пусковыми компонентами из специальных баллонов или поршневых насосов, по схеме многоразового запуска двигателя без дожигания (см. рис. 8.3 и 8.4).
4. Раскрутка турбины ТНА сжатым газом – это наиболее простая и надежная схема запуска. От бортовой сети или наземного оборудования сжатый газ поступает в газовод основного ЖГГ и, пройдя через сопловой аппарат турбины, ее раскручивает.
Основной недостаток этой схемы – большой расход газа (в 2...3 раза больший, чем расход генераторного газа). При запуске двигателя первой ступени РН от наземной системы это не так важно. Однако при запуске двигателя от бортовой сети (вторая и последующие ступени) для раскрутки турбины на борту должен быть достаточный запас газа.