СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ГОЛОВНОГО БЛОКА В СОСТАВЕ РАКЕТЫ КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА Российский патент 2007 года по МПК B64G1/46 B64G1/50 B64G1/52 

Изобретение относится к ракетно-космической технике.

В современных разгонных блоках, входящих в состав головных блоков ракет космического назначения, могут применяться компоненты топлива (например, жидкий кислород, жидкий водород), которые при определенных условиях (утечки через неплотности в конструкции, дренажи и др.) в полостях головного блока могут образовывать пожаровзрывоопасные смеси, в связи с чем необходимы мероприятия, обеспечивающие пожаровзрывобезопасность головных блоков.

Известен способ обеспечения теплового режима головного блока в составе ракеты космического назначения путем подачи атмосферного воздуха в нижнюю часть головного блока с помощью стационарных наземных средств и средств башни обслуживания ракеты космического назначения и выбросом воздуха в атмосферу в верхней части головного блока, т.е. система работает по разомкнутому циклу.

Известны устройства для обеспечения теплового режима головного блока с трактами подачи воздуха. Эти устройства работают как по разомкнутому циклу, так и по замкнутому циклу. В первом случае подаваемый воздух выбрасывается в атмосферу через один из люков головного обтекателя, во втором - вновь поступает в систему («Космодром», под общ. ред. проф. А.П.Вольского, Военное издательство МО СССР, 1977, стр.208-213).

За прототип предлагаемого изобретения приняты способ обеспечения теплового режима и устройство, работающее по разомкнутому циклу.

Недостатками прототипа, использующими компоненты, способные образовывать пожаровзрывоопасные смеси, является то, что:

- использование воздуха (как носителя окислительных свойств) для термостатирования головного блока после заправки головного блока пожаровзрывоопасными компонентами недопустимо;

- не создаются условия и не применяются устройства, с помощью которых пожаровзрывоопасные компоненты удалялись бы за пределы внутренних полостей головного блока, в том числе и при отмене пуска.

Задачей предложенного способа является обеспечение пожаровзрывобезопасности головного блока, использующего пожаровзрывоопасные компоненты, с одновременным обеспечением его теплового режима в составе ракеты космического назначения.

Задача решается за счет того, что после заправки головного блока пожаровзрывоопасным компонентом в способе обеспечения теплового режима головного блока в составе ракеты космического назначения, включающем подачу термостатирующего газового компонента в нижнюю часть головного блока, в качестве термостатирующего газового компонента применен нейтральный газовый компонент, который подают в верхнюю часть головного блока с выбросом из нижней части головного блока, при этом увеличивают скорость нейтрального газового компонента до величины, позволяющей преодолевать стремление пожаровзрывоопасного компонента двигаться против движения нейтрального газового компонента, захватывать пожаровзрывоопасный компонент и образовывать с ним смесь с пожаровзрывобезопасной концентрацией, а выход газового компонента со стороны торцевой части головного блока закрыт пристыкованной к нему ракетой-носителем.

Задача решается за счет того, что в устройство для реализации способа обеспечения теплового режима головного блока в составе ракеты космического назначения, содержащее фильтр, побудитель расхода, газоводы, термостатирующие элементы подаваемого в головной блок газового компонента, в головной блок введен экран, причем экран выполнен выпуклым в сторону разгонного блока, способствующим перемещению газообразного пожаровзрывоопасного компонента на периферию экрана через окна сброса этого компонента, и имеет кольцевой зазор с головным обтекателем, в котором происходит увеличение скорости потока нейтрального газового компонента, обеспечивающее захват газообразного пожаровзрывоопасного компонента, его перемешивание с нейтральным газовым компонентом и эвакуация смеси за пределы головного блока.

На чертеже схематично представлено устройство для обеспечения теплового режима и пожаровзрывобезопасности головного блока.

1 - головной блок;

2 - космический аппарат;

3 - разгонный блок;

4 - газоводы;

5 - фильтр;

6 - побудитель расхода;

7 - головной обтекатель;

8 - термостатирующие элементы;

9 - ракета-носитель;

10 - дренажное устройство;

11 - кольцевой зазор;

12 - экран;

13 - окна сброса.

В способе обеспечения теплового режима головного блока 1 в составе ракеты космического назначения в процессе и после заправки головного блока 1 пожаровзрывоопасным компонентом, включающем подачу термостатирующего газового компонента в нижнюю часть головного блока 1, в качестве термостатирующего газового компонента применен нейтральный газовый компонент, который подают в верхнюю часть головного блока 1 с выбросом из средней и нижней частей головного блока 1, при этом увеличивают скорость нейтрального газового компонента до величины, позволяющей преодолевать стремление пожаровзрывоопасного компонента двигаться против движения нейтрального газового компонента, захватывать пожаровзрывоопасный компонент и образовывать с ним смесь с пожаровзрывобезопасной концентрацией, причем нейтральный газовый компонент увеличивает свою скорость при прохождении кольцевого зазора 11, образованного экраном 12 и головным обтекателем 7, для эвакуации газообразного пожаровзрывоопасного компонента через дренажные устройства 10 в средней и нижней частях головного блока 1, при этом дренажное устройство 10 в средней части головного блока 1 расположено ниже уровня кольцевого зазора 11 между экраном 12 и головным обтекателем 1, а с помощью окон сброса 13 обеспечивается перемещение газообразного пожаровзрывоопасного компонента на периферию экрана 12. Объем подаваемого нейтрального газового компонента в головной блок 1 определяется из условия, исключающего образование пожаровзрывоопасной смеси, при этом учитывается максимально возможное появление газообразных пожаровзрывоопасных компонентов в полости головного блока 1.

Скорость нейтрального газового компонента расчитывается исходя из свойств газов участвующих в эвакуации пожаровзрывоопасного компонента (нейтральный газовый компонент и пожаровзрывоопасные компоненты), при этом нейтральный газовый компонент должен гарантированно преодолевать стремление пожаровзрывоопасного компонента двигаться против движения нейтрального газового компонента, захватывать пожаровзрывоопасный компонент, образовывать смесь с пожаровзрывобезопасной концентрацией. Пожаровзрывоопасные компоненты (например, газообразный водород, газообразный кислород и др.) являются более легкими газами по сравнению с нейтральным газовым компонентом (например, газообразным азотом).

Выброс смеси нейтрального газового компонента и пожаровзрывоопасного компонента производится через дренажные устройства 10 средней и нижней частей головного блока 1, при этом выход со стороны торцевой части головного блока 1 закрыт пристыкованной к нему ракетой-носителем 9. В устройство для реализации способа обеспечения теплового режима головного блока 1 в составе ракеты космического назначения, содержащее фильтр 6, побудитель расхода 7, газоводы 4, термостатирующие элементы 8 подаваемого в головной блок 1 газового компонента, в головной блок 1 введен экран 12, который выполнен выпуклым в сторону разгонного блока 3 и имеет кольцевой зазор 11 с головным обтекателем 7 для увеличения скорости нейтрального газового компонента, что обеспечивает захват газообразного пожаровзрывоопасного компонента, перемешивание его с нейтральным газовым компонентом и эвакуацию пожаровзрывобезопасной смеси за пределы головного блока 1. Экран 12 закреплен, например, на переходной конструкции между космическим аппаратом 2 и разгонным блоком 3 и имеет форму, например сферическую, способствующую перемещению газообразного пожаровзрывоопасного компонента на периферию экрана 12 через окна сброса 13 в кольцевой зазор 11, образованный экраном 12 и головным обтекателем 7. Конструкция головного блока 1, в том числе конструкция разгонного блока 3, должна обеспечивать беспрепятственное прохождение газообразного пожаровзрывоопасного компонента на периферию экрана 12, что может быть обеспечено, например, применением переходной фермы между космическим аппаратом 2 и разгонным блоком 3.

Устройство для реализации способа обеспечения теплового режима головного блока 1 в составе ракеты космического назначения, содержащее фильтр 6, побудитель расхода 7, газоводы 4, термостатирующие элементы 9 подаваемого в головной блок 1 газового компонента, работает следующим образом. Для обеспечения теплового режима и пожаровзрывобезопасности головного блока 1 в составе ракеты космического назначения газовый компонент подают в верхнюю часть головного блока 1, при этом увеличивают скорость нейтрального газового компонента до величины, позволяющей преодолевать стремление пожаровзрывоопасного компонента двигаться против движения нейтрального газового компонента, захватывать пожаровзрывоопасный компонент и образовывать с ним смесь с пожаровзрывобезопасной концентрацией, а выброс газового компонента производят через дренажные устройства 10 из средней и нижней частей головного блока 1, при этом выход газового компонента со стороны торцевой части головного блока 1 закрыт пристыкованной к нему ракетой-носителем 9. С начала заправки головного блока 1 пожаровзрывоопасными компонентами (например, космического аппарата 2 и/или разгонного блока 3 жидким кислородом и/или жидким водородом) для термостатирования и обеспечения пожаровзрывобезопасности применяют нейтральный газовый компонент, который смешивается с газообразным пожаровзрывоопасным компонентом в случае его появления до пожаровзрывобезопасной концентрации и выбрасывается за пределы головного блока 1. Пожаровзрывоопасный компонент (например, газообразный водород) стремится, в силу своих свойств, подняться вверх и скапливаться в верхней части головного блока, где и может образовываться пожаровзрывоопасная смесь. Недопущение такой ситуации, перемешивание пожаровзрывоопасного компонента с нейтральным компонентом (например, газообразным азотом) до пожаровзрывобезопасной концентрации и эвакуация смеси через дренажные устройства 10 средней и нижней частей головного блока 1 обеспечивается подачей с расчетной встречной скоростью нейтрального компонента, при этом дренажное устройство 10 в средней части головного блока 1 расположено ниже уровня кольцевого зазора 11 между экраном 12 и головным обтекателем 1, а с помощью окон сброса 13 обеспечивается перемещение газообразного пожаровзрывоопасного компонента на периферию экрана 12. Таким образом, в зависимости от свойств, применяемых пожаровзрывоопасных и нейтрального компонентов, от мест и объема возможных утечек пожаровзрывоопасных компонентов, от условий термостатирования головного блока расчитывается объем подаваемого нейтрального компонента, скорость его движения внутри полостей головного блока 1 и безопасная концентрация смеси с учетом прекращения подачи нейтрального компонента после старта ракеты космического назначения. После старта ракеты космического назначения с набором высоты полета за счет увеличивающегося разрежения атмосферы выброс смеси нейтрального газового компонента с пожаровзрывоопасным компонентом из полости головного блока 1 происходит самопроизвольно через дренажные устройства 10.

Введение предлагаемого способа и устройства для обеспечения теплового режима и пожаровзрывобезопасности головного блока 1 позволяет:

- при заправке головного блока 1 пожаровзрывоопасными компонентами совместить обеспечение пожаровзрывобезопасности головного блока 1 с обеспечением его теплового режима путем использования нейтрального газового компонента;

- предлагаемые способ и устройство для обеспечения теплового режима использовать при отмене пуска, в этом случае башня обслуживания подводится к ракете, после чего к ракете космического назначения подсоединяются коммуникации башни обслуживания, в том числе побудитель расхода 6, термостатирующие элементы 8 и газовод 4, с помощью которых нейтральный газовый компонент подают в головной блок 1, создавая в полости головного блока 1 требуемый температурный и пожаровзрывобезопасный режим.

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может использоваться в условиях образования в полостях головного блока пожаровзрывоопасных газовых смесей, например, при утечках или дренажах компонентов топлива (жидких кислорода и водорода). Предлагаемый способ включает подачу в верхнюю часть головного блока термостатирующего нейтрального газового компонента с его выбросом из средней и нижней частей этого блока. Перед выбросом увеличивают скорость нейтрального газового компонента до величины, позволяющей преодолевать стремление пожаровзрывоопасного компонента двигаться против движения нейтрального газового компонента, захватывать пожаровзрывоопасный компонент и образовывать с ним смесь с пожаровзрывобезопасной концентрацией. Предлагаемое устройство содержит фильтр, побудитель расхода, газоводы и термостатирующие элементы подаваемого в головной блок нейтрального газового компонента. В головной блок введен экран, выпуклый в сторону разгонного блока и имеющий кольцевой зазор с головным обтекателем для увеличения скорости нейтрального компонента. Экран способствует перемещению пожаровзрывоопасного компонента через его окна сброса на периферию экрана. Смесь нейтрального и пожаровзрывоопасного газовых компонентов эвакуируется через дренажные устройства в средней и нижней частях головного блока. Технический результат изобретений состоит в обеспечении безопасности головного блока, например при заправке КА и/или разгонного блока пожаровзрывоопасными компонентами перед пуском, с одновременным обеспечением его теплового режима в составе ракеты космического назначения. 2 н.п. ф-лы. 1 ил.

1. Способ обеспечения теплового режима головного блока в составе ракеты космического назначения, включающий подачу термостатирующего газового компонента в головной блок, отличающийся тем, что в качестве термостатирующего газового компонента применен нейтральный газовый компонент, который подают в верхнюю часть головного блока с выбросом из средней и нижней частей головного блока, увеличивают скорость нейтрального газового компонента до величины, позволяющей преодолевать стремление пожаровзрывоопасного компонента двигаться против движения нейтрального газового компонента, захватывать пожаровзрывоопасный компонент и образовывать с ним смесь с пожаровзрывобезопасной концентрацией, при этом выход газового компонента со стороны торцевой части головного блока закрыт пристыкованной к нему ракетой-носителем.2. Устройство обеспечения теплового режима головного блока в составе ракеты космического назначения, содержащее фильтр, побудитель расхода, газоводы, термостатирующие элементы подаваемого в головной блок газового компонента, отличающееся тем, что в головной блок введен экран, который выполнен выпуклым в сторону разгонного блока, способствующим перемещению газообразного пожаровзрывоопасного компонента на периферию экрана через окна сброса этого компонента, и имеет кольцевой зазор с головным обтекателем для увеличения скорости нейтрального газового компонента, обеспечивающей захват газообразного пожаровзрывоопасного компонента, перемешивание его до образования смеси с пожаровзрывобезопасной концентрацией и эвакуацию ее через дренажные устройства в средней и нижней частях головного блока, при этом дренажное устройство в средней части головного блока расположено за кольцевым зазором.