КИСЛОРОДНО-ВОДОРОДНАЯ ДВИГАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА МНОГОКРАТНОГО ВКЛЮЧЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F02K9/46 

Изобретение относится к двигателям летательных аппаратов и предназначено для разгонных блоков, имеющих повышенную надежность и высокие энергетические и экологические характеристики.

Известна кислородно-водородная двигательная установка, содержащая камеру с трубчатым охлаждающим трактом и турбонасосным агрегатом (ТНА), в состав которого входят насосы окислителя и горючего и осевая двухступенчатая турбина, рабочим телом которой является газифицированный в охлаждающем тракте камеры водород [1].

Известна кислородно-водородная двигательная установка с турбиной, работающей на газифицированном водороде, где в камеру вмонтирован цилиндрический теплообменник-подогреватель [2].

Недостатком известных ДУ является ограниченное давление в камере и, следовательно, ограниченный удельный импульс, наличие автономной реактивной системы управления (РСУ), исполнительные органы которой - жидкостные реактивные двигатели малой тяги (ЖРД МТ) работают на токсичных топливных компонентах, что не позволяет считать всю двигательную установку экологически чистой.

Целью изобретения является повышение надежности и энергетических характеристик ДУ с одновременным обеспечением ее экологической чистоты.

Указанная цель достигается тем, что представленная кислородно-водородная двигательная установка многократного включения, содержащая объединенный бак окислителя и горючего, турбонасосный агрегат с последовательным расположением турбин насосных агрегатов окислителя и горючего, исполнительные органы систем регулирования кажущейся скорости летательного аппарата и регулирования соотношения компонентов, жидкостные ракетные двигатели малой тяги реактивной системы управления летательным аппаратом, снабжена ресиверами-газогенераторами окислительного и восстановительного газов, установленными между дополнительными насосными агрегатами и камерами двигателей малой тяги, дополнительными насосами окислителя и горючего с электроприводами, размещенными на выходе из бака, теплообменником на смесительной головке внутри камеры маршевого двигателя, при этом турбонасосный агрегат системы питания камеры маршевого двигателя выполнен двухвальным.

На чертеже представлена ПГС ДУ многократного включения. ПГС ДУ состоит из объединенного бака 1 окислителя (О) и горючего (Г), турбонасосного агрегата, состоящего из турбины (О) 2 и турбины (Г) 3, расположенных последовательно на раздельных валах, и насосных агрегатов (О) 4 и (Г) 5, исполнительных органов систем регулирования кажущейся скорости ЛА 7 и соотношения компонентов 6, дополнительных насосов (О) 8 и (Г) 9 с электроприводами 10 и 11, установленных на выходе из бака 1. На смесительной головке внутри камеры 12 маршевого двигателя расположен теплообменник 13.

Реактивная система управления (РСУ) связана с ПГС системы питания камеры маршевого двигателя через ресиверы-газогенераторы (О) 14 и (Г) 15, размещенные между дополнительными насосами 9, 10 и исполнительными органами РСУ ЖРД малой тяги 16.

В отсеке бака 1 с жидким водородом установлен блок шарбаллонов 17 с газообразным гелием (He).

В камере маршевого двигателя 12, в ресиверах-газогенераторах (РГО и РГГ) установлены газодинамические источники воспламенения (на чертеже не показаны).

ПГС работает следующим образом. При запуске РСУ производится продувка полостей окислителя РГО 14 и полостей горючего РГГ 15, раскрутка дополнительных насосов 8 и 9 и подача гелия, кислорода и водорода в газодинамические воспламенители (ГИВ) РГО 14 и РГГ 15, которые срабатывают, а окислитель и горючее от дополнительных насосов 8 и 9 поступают в РГО и РГГ и воспламеняются от уже работающих ГИВ. Давление в ресиверах повышается, и при давлении приблизительно 1,5 МПа окислительный и восстановительный газы заполняют магистрали ЖРД МТ 16 РСУ. При предельном давлении 22 МПа доступ гелия, окислителя и горючего в РГО 14, РГГ 15 и ГИВ прекращается.

Для запуска маршевого двигателя открывается доступ окислителя и горючего после дополнительных насосов 8 и 9 в систему питания камеры 12 для захолаживания магистралей, при этом жидкий водород через насос 5, рубашку охлаждения камеры 12, центральный блок форсунок смесительной головки поступает в камеру. Окислитель через насос заполняет магистраль окислителя до входа в смесительную головку камеры. При этом через форсунки окислителя смесительной головки идет интенсивная продувка гелием. После подачи гелия, водорода и кислорода к воспламенительным устройствам камеры 12 и их срабатывания и одновременной подаче малым расходом окислителя в камеру через центральный блок форсунок смесительной головки камера выходит на режим, соответствующий 0,05 Рк_N. При этом обеспечивается наддув отсека бака горючего водородом, а отсека окислителя - гелием. Таким образом, маршевая камера готова к выходу на основной режим.

Снимается напряжение с электроприводов 10, 11 дополнительных насосов 8 и 9 и открывается доступ Г и O в магистрали питания камеры маршевого двигателя. Газифицированный водород из охлаждающего тракта через теплообменник 13 поступает в турбину 3 насоса 5, затем в турбину 2 насоса окислителя 4 и по газоводу через смесительную головку - в камеру маршевого двигателя. Окислитель после насосного агрегата окислителя 4 поступает в камеру 12 маршевого двигателя. Давление за насосными агрегатами 4 и 5 и в камере 12 увеличивается и при достижении определенного давления за насосом 5 в работу включаются регуляторы 7 и 6, обеспечивающие требуемый режим работы двигательной установки, и маршевый двигатель выходит на номинальный режим.

Предлагаемая схема ПГС позволяет:
1. Разместить в корпусе основного ТНА последовательно турбины насоса окислителя и насоса горючего, обеспечить различную частоту вращения роторов насосов без шестеренного редуктора, тем самым уменьшить массу и повысить надежность.

2. Использовать для привода турбин газифицированный водород и исключить возможность конденсации паров воды в уплотнителях роторов ТНА.

3. Обеспечить надежное функционирование РСУ за счет рабочих тел, поступающих из ресиверов-газогенераторов.

4. Значительно упростить ПГС двигательной установки за счет использования электроприводов дополнительных насосов, обеспечить надежное захолаживание системы питания камеры маршевого двигателя, создавая при этом тягу приблизительно 0,05 Рк_N при высоком удельном импульсе.

5. Использовать газодинамические источники воспламенения, что уменьшает потребление электроэнергии, придает конструкции компактность, обеспечивает периодическую работу РСУ и многократное функционирование камеры маршевого двигателя.

Изобретение предназначено для движителей летательных аппаратов и для разгонных блоков с повышенной надежностью и высокими энергетическими и экономическими характеристиками. В пневмогидравлической схеме кислородно-водородной двигательной установки установлены ресиверы-газогенераторы 15, 14 для газификации жидких топливных компонентов, используемых в ЯРД малой тяги 16. Установка содержит двухвальный турбонасосный агрегат с последовательно расположенными турбинами 2, 3. Для воспламенения жидких топлив в камере маршевого двигателя 12, в ресиверах-газогенераторах> а также в ЖРД малой тяги установлены газодинамические источники воспламенения. Установка обеспечивает периодическую работу реактивной системы управления и многократное включение камеры маршевого ЖРД. При работе двигателя по схеме данной установки обеспечивается экологическая чистота окружающей среды при его высокой эффективности и надежности функционирования. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Кислородно-водородная двигательная установка многократного включения, содержащая турбонасосный агрегат, включающий насосные агрегаты окислителя и горючего с последовательно расположенными турбинами, исполнительные органы системы регулирования соотношения компонентов, теплообменник, установленный на смесительной головке внутри камеры маршевого двигателя, отличающаяся тем, что установка содержит объединенный бак окислителя и горючего, исполнительные органы системы регулирования кажущейся скорости летательного аппарата, жидкостные ракетные двигатели малой тяги реактивной системы управления летательным аппаратом, причем она снабжена дополнительными насосами окислителя и горючего с электроприводами, размещенными на выходе из бака, ресиверами-газогенератора окислительного и восстановительного газов, установленными между дополнительными насосами и камерами двигателей малой тяги, при этом турбонасосный агрегат системы питания маршевой камеры выполнен двухвальным. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в ресиверах-газогенераторах окислителя и горючего и в камере маршевого двигателя установлены газодинамические воспламенители.