СПОСОБ ПРОДУВКИ ДВИГАТЕЛЕЙ РАКЕТ-НОСИТЕЛЕЙ И СИСТЕМА ПРОДУВКИ ДВИГАТЕЛЕЙ РАКЕТ-НОСИТЕЛЕЙ Российский патент 2006 года по МПК F02K9/00 B64G5/00 

Предлагаемое изобретение относится к ракетно-космической технике, а точнее к продувке двигателей ракет-носителей при проведении штатных работ на наземных стартовых комплексах.

Известен способ наддува емкостей, осуществляемый системой наддува емкостей сжатым газом согласно описанию изобретения к а.с. №666373, кл. F 17 C 7/00, 1979 г.

Известный способ заключается в наддуве емкостей ракет-носителей и космических аппаратов на стартовых комплексах в период подготовки их к пуску. Система, осуществляющая известный способ, состоит из нескольких параллельных магистралей выдачи, каждая из которых включает последовательно соединенные ресивер, пневмоклапан, обратный клапан и управляющую магистраль с элементами пневмоавтоматики. Однако данные способ и система наддува емкостей сжатым газом не обеспечивают возможность повторных запусков двигателей ракет-носителей на ракетно-космических комплексах при возникновении нештатных ситуаций.

Известен также способ продувки двигателей, осуществляемый системой продувки двигателей, согласно описанию, изложенному в книге "Ракеты-носители" под общей редакцией проф. С.О.Осипова, М. Военное издательство Министерства Обороны, 1981. - 315 с., см. с.218-219. Известный способ заключается в продувке двигателей ракет-носителей в период подготовки к пуску на ракетно-космических комплексах. Система, осуществляющая известный способ, состоит из баллонов с запасом газа высокого давления, коллекторов, трубопроводов подвода газа к двигателям и арматуры.

Указанные способ и система являются наиболее близкими к заявляемому техническому решению.

Однако известные способ и система продувки двигателей не обеспечивают возможность повторных запусков двигателей ракет-носителей при возникновении нештатных ситуаций и прохождении команды аварийное выключение двигателей (АВД).

Задачей данного изобретения является обеспечение возможности повторных запусков двигателей ракет-носителей в случае различного рода отказов при нештатных ситуациях на ракетно-космических комплексах.

Требуемый технический результат достигается тем, что в способе продувки двигателей ракет-носителей, заключающемся в штатных продувках в период подготовки к пуску, состоящих из подготовительных продувок воздухом бортовой заправочной арматуры и двигательных установок по линии горючего и основных продувок азотом хвостовых отсеков и двигательных установок по линии горючего, в случае возникновения неисправностей до команды «контакт подъема» осуществляют нештатные продувки, заключающиеся в продувках азотом хвостовых отсеков и двигательных установок по линиям горючего и окислителя, повторно проводят подготовительные и основные продувки; при вновь возникших неисправностях в двигателях проводят нештатные продувки, продувки воздухом бортовой заправочной арматуры и двигательных установок по линии окислителя и основные продувки, а в случае возгорания в отдельных блоках двигателей осуществляют продувки азотом хвостовых отсеков и двигательных установок по линии окислителя.

Для осуществления данного способа продувки двигателей ракет-носителей предложена система продувки двигателей ракет-носителей, состоящая из баллонов со сжатыми азотом и воздухом, азотных и по крайней мере одного воздушного коллекторов с установленными на них запорной арматурой и обратными клапанами и трубопроводов подвода газа к бортовой заправочной арматуре, хвостовым отсекам и двигательным установкам, и снабжена жиклерами, установленными в коллекторах между запорной арматурой, выполненной в виде двух последовательно расположенных пневмоклапанов, и обратных клапанов, причем азотные коллекторы соединены между собой посредством пневмоклапана и обратного клапана в точках между запорной арматурой, а воздушный коллектор соединен с азотными коллекторами в точках между обратными клапанами и трубопроводами подвода газа к двигательным установкам.

Отличительные от прототипа признаки заключаются в том, что осуществляют нештатные продувки, заключающиеся в продувках азотом хвостовых отсеков и двигательных установок горючего и окислителя, повторно проводят подготовительные, основные и нештатные продувки, далее проводят продувки воздухом бортовой заправочной арматуры и двигательных установок окислителя и основные продувки, а также осуществляют продувку азотом хвостовых отсеков и двигательных установок окислителя. Кроме того, система продувки двигателей ракет-носителей снабжена жиклерами, установленными в коллекторах между запорной арматурой, выполненной в виде двух последовательно расположенных пневмоклапанов, и обратных клапанов, причем азотные коллекторы соединены между собой посредством пневмоклапана и обратного клапана в точках между запорной арматурой, а воздушный коллектор соединен с азотными коллекторами в точках между обратными клапанами и трубопроводами подачи газа к двигательным установкам.

Авторам не известны технические решения с существенными признаками, приведенными в отличительной части формулы.

Система, осуществляющая предлагаемый способ, поясняется чертежом, изображенным на фиг.1. Циклограмма работы с ракетой-носителем в процессе проведения продувок приведена на фиг.2.

Система продувки двигателей состоит из баллонов со сжатыми азотом 1, 2 и воздухом 3, азотными 4, 5 и воздушным 6 коллекторами с установленными на них запорной арматурой 7...9 и обратными клапанами 10 и трубопроводов подвода газа потребителям 11...14, а также снабжена жиклерами 15, установленными в коллекторах 4...6 между запорной арматурой, выполненной в виде двух последовательно расположенных нормально закрытых пневмоклапанов 7...9, 16...24 и обратных клапанов 10. Азотные коллекторы 4, 5 соединены между собой посредством нормально закрытого пневмоклапана 25 и обратного клапана 26 в точках "a", "b", a воздушный коллектор 6 соединен с азотными коллекторами 4, 5 в точках "с", "d". Открытие всех пневмоклапанов осуществляется подачей управляющего давления посредством электропневмоклапанов 27, установленных на воздушных трубопроводах 28 (на фиг.1 условно показан только один электропневмоклапан 27, установленный на воздушном трубопроводе 28 и управляющий открытием пневмоклапана 9 воздушного коллектора 4).

Конкретный пример реализации предложенных способа и системы продувки двигателей ракет-носителей рассмотрим при проведении работ по пуску ракеты-носителя с наземного стартового комплекса.

При подготовке к пуску ракеты-носителя с наземного стартового комплекса после заправки топливными компонентами проводятся штатные продувки изделия, состоящие из следующих операций:

- подготовительных продувок воздухом бортовой заправочной арматуры, в частности сильфонов кислородных клапанов (СКК), для чего подачей управляющего давления посредством электропневмоклапана 27, установленного на воздушном трубопроводе 28, открывается пневмоклапан (ПК) 9, и газ от баллонов со сжатым воздухом поступает к ПК 22...24. Открывая аналогичным образом ПК 24, обеспечивается проход газа через жиклер 15 и обратный клапан (ОК) 10 по коллектору 6 в трубопровод подвода газа к СКК 14;

- подготовительных продувок воздухом двигательных установок по линии горючего (ДУ-"Г"), для чего также подачей управляющего давления открывается ПК 23 (ПК 9 был открыт ранее), и газ от баллонов со сжатым воздухом 3, пройдя соответствующие ПК, жиклер 15 и ОК 10, по коллектору 6 поступает в трубопровод подвода газа к ДУ-"Г" 13;

- основных продувок азотом ДУ-"Г", для чего снятием управляющего давления закрываются ПК 9, 23, 24, прекращая тем самым поступление воздуха к СКК и ДУ-"Г", а для замены воздушной атмосферы на нейтральную открываются ПК 7, 18, и газ от баллонов со сжатым азотом 1, пройдя соответствующие ПК, жиклер 15 и ОК 10, по коллектору 4 (точка "с") поступает в трубопровод подвода газа к ДУ-"Г" 13;

- основных продувок азотом хвостовых отсеков (ХО), для чего открывается ПК 16 (ПК 7 был открыт ранее), и газ от баллонов со сжатым азотом 1, пройдя соответствующие ПК, жиклер 15 и ОК 10, по коллектору 4 поступает в трубопровод подвода газа к ХО.

После завершения штатных продувок прекращается подача газа к блокам ракеты-носителя, для чего снятием подачи управляющего давления закрываются ПК 7, 16, 18, подается команда ПУСК. В случае невыхода двигателей ракеты-носителя на заданный режим работы или других видов отказа до команды контакт подъема (КП) проходит команда на аварийное выключение двигателей (АВД). В период между указанной командой и повторной командой ПУСК проводятся нештатные продувки двигателей, заключающиеся в проведении следующих операций:

- продувках азотом ДУ-"Г", для чего открываются ПК 7, 18, и газ, пройдя через соответственные ПК, жиклер 15 и ОК 10, по коллектору 4 поступает в трубопровод подвода газа к ДУ-"Г" 13;

- продувках азотом двигательных установок по линии окислителя (ДУ-"О"), для чего открывается ПК 17 (ПК 7 был открыт ранее), и газ, пройдя через соответствующие ПК, жиклер 15 и ОК 10, по коллектору 4 (точка "d") поступает в трубопровод подвода газа к ДУ-"О" 12;

- продувках азотом ХО, для чего открывается ПК16 (ПК 7 был открыт ранее), и газ, пройдя через соответственные ПК, жиклер 15 и ОК 10, по коллектору 4 поступает в трубопровод подвода газа к ХО 11.

Далее повторно проводятся штатные продувки, включающие в себя подготовительные и основные продувки, для чего при продувках воздухом ДУ-"Г" предварительно снятием управляющего давления закрываются ПК 7, 16...18, прекращая тем самым подачу азота в блоки изделия, и происходит замена атмосферы на воздушную, необходимую для работы обслуживающего персонала по выявлению и устранению неисправностей в двигателях ракеты-носителя. Описание подачи воздуха к трубопроводам подвода газа к ДУ-"Г" и СКК, а также подача азота к трубопроводам ДУ-"Г" и ХО приведены выше.

После проведения указанных продувок проводят повторный запуск двигателей с целью повторного пуска ракеты-носителя (команда ПУСК).

При вновь возникших неисправностях в двигателях ракеты-носителя выдается вторая команда АВД и цикл нештатных и основных (штатных) продувок возобновляется (см фиг.2). Отличие штатных продувок при получении повторной команды АВД заключается в том, что после проведения нештатных продувок вместо подготовительных (штатных) продувок, необходимых после первого АВД (продувки воздухом бортовой заправочной арматуры и двигательных установок горючего), осуществляют продувки воздухом бортовой заправочной арматуры по прежней схеме и продувки двигательных установок окислителя следующим образом. Подачей автоматического сигнала от системы управления блоками ракеты-носителя электропневмоклапану 27, установленному на воздушном трубопроводе 28, происходит его срабатывание, обеспечивающее поступление управляющего давления для открытия ПК 6. Аналогичным образом происходит открытие ПК 22, и газ от баллонов со сжатым воздухом, пройдя соответствующие ПК, жиклер 15 и ОК 10, поступает в трубопровод подвода газа к ДУ-"О" 12. По окончании нештатных продувок проводятся основные (штатные) продувки и далее по командам ПУСК и КП происходит запуск ракетных двигателей и пуск ракеты-носителя с наземного стартового комплекса.

На этапе подготовки к пуску ракеты-носителя и непосредственно в процессе пуска возможно возгорание в отдельных блоках двигателей. Для предотвращения возгорания и дальнейшего распространения огня в системе продувки двигателей ракет-носителей предусмотрена группа баллонов со сжатым азотом 2, включающаяся в работу при поступлении соответствующих сигналов и команд от системы управления ракеты-носителя. При получении сигнала о возгорании в блоках ДУ-"О", ХО или во всех блоках одновременно подачей управляющего давления открывается ПК 8 и соответствующие линейные ПК 19, 20 и газ, пройдя через эти ПК, жиклеры 15, OK 10, по коллектору 5 поступает в трубопроводы подвода газа 11, 12 к блокам изделия. Подача газа в ДУ-"Г" не обеспечивается, т.к. продолжаются штатные продувки по этой линии; однако при прекращении штатных продувок предусмотрена подача газа в противопожарных целях посредством ПК 21. В случае значительной площади возгорания для увеличения объема подаваемого газа к группе баллонов 2, предназначенных непосредственно для предупреждения пожара, подключаются баллоны 1, обеспечивающие проведение продувок. Для этого предназначена перемычка в точках "а" и "b" между коллекторами 4 и 5 с установленными на ней ПК 25 и ОК 26. Открытием ПК 25 обеспечивается поступление дополнительного газа из баллонов со сжатым азотом 1 из коллектора 4 в коллектор 5 и далее в блоки изделия по назначению.

Таким образом, предлагаемые способ и система продувки двигателей ракет-носителей обеспечивают возможность повторных запусков двигателей ракет на ракетно-космических комплексах при прохождении команд АВД, что исключает необходимость слива топливных компонентов из баков ракет, переноса пуска или полной его отмены с демонтажом самой ракеты-носителя со стартового комплекса.

В настоящее время способ и система продувки двигателей ракет-носителей прошли заводские испытания и в дальнейшем предполагается их использование на наземных стартовых комплексах космодрома "Байконур", в частности, на Гагаринском старте и других российских космодромах.

Изобретения относятся к способам и средствам управления ракетными двигательными установками. Согласно предлагаемому способу, при подготовке к пуску ракеты-носителя после заправки ее топливными компонентами проводят подготовительные продувки воздухом бортовой заправочной арматуры и двигательных установок по линии горючего и основные продувки азотом хвостовых отсеков и двигательных установок по линии горючего. В случае возникновения неисправностей в двигателях до команды «контакт подъема» осуществляют нештатные продувки азотом хвостовых отсеков и двигательных установок по линиям горючего и окислителя. Затем повторно проводят подготовительные и основные продувки. При вновь возникших неисправностях последовательно осуществляют нештатные продувки, продувки воздухом бортовой заправочной арматуры и двигательных установок по линии окислителя и основные продувки. В случае возгорания в отдельных блоках двигателей осуществляют продувки азотом хвостовых отсеков и двигательных установок по линии окислителя. Предложенная система содержит баллоны со сжатыми азотом и воздухом, азотные и воздушный коллекторы с запорной арматурой и трубопроводы подвода газа к блокам изделия. Запорная арматура выполнена в виде двух последовательно установленных пневмоклапанов. В коллекторах между запорной арматурой и обратными клапанами установлены жиклеры. Азотные коллекторы соединены между собой посредством пневмоклапана и обратного клапана в точках между запорной арматурой. Воздушный коллектор соединен с азотными в точках между обратными клапанами и трубопроводами подвода газа к блокам изделия. Технический результат изобретений состоит в обеспечении возможности повторных запусков двигателей ракет-носителей в случае возникновения неисправностей при проведении штатных работ на наземных стартовых комплексах. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ продувки двигателей ракет-носителей, заключающийся в штатных продувках в период подготовки к пуску, состоящих из подготовительных продувок воздухом бортовой заправочной арматуры и двигательных установок по линии горючего и основных продувок азотом хвостовых отсеков и двигательных установок по линии горючего, отличающийся тем, что в случае возникновения неисправностей до команды «контакт подъема» осуществляют нештатные продувки, заключающиеся в продувках азотом хвостовых отсеков и двигательных установок по линиям горючего и окислителя, повторно проводят подготовительные и основные продувки, при вновь возникших неисправностях в двигателях проводят нештатные продувки, продувки воздухом бортовой заправочной арматуры и двигательных установок по линии окислителя и основные продувки, а в случае возгорания в отдельных блоках двигателей осуществляют продувки азотом хвостовых отсеков и двигательных установок по линии окислителя.2. Система продувки двигателей ракет-носителей, состоящая из баллонов со сжатыми азотом и воздухом, азотных и по крайней мере одного воздушного коллекторов с установленными на них запорной арматурой и обратными клапанами и трубопроводов подвода газа к бортовой заправочной арматуре, хвостовым отсекам и двигательным установкам, отличающаяся тем, что она снабжена жиклерами, установленными в коллекторах между запорной арматурой, выполненной в виде двух последовательно расположенных пневмоклапанов, и обратными клапанами, причем азотные коллекторы соединены между собой посредством пневмоклапана и обратного клапана в точках между запорной арматурой, а воздушный коллектор соединен с азотными коллекторами в точках между обратными клапанами и трубопроводами подвода газа к двигательным установкам.