СПОСОБ СМЕСЕВОГО НАДДУВА ТОПЛИВНЫХ БАКОВ ЖИДКОСТНОЙ РАКЕТНОЙ ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И ЖИДКОСТНАЯ РАКЕТНАЯ ДВИГАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2014 года по МПК F02K9/50 

Предлагаемое изобретение относится к области ракетного двигателестроения, ориентированного на космические транспортные системы.

Одним из требований, предъявляемых к жидкостной ракетной двигательной установке (ЖРДУ), является требование поддержания постоянного давления в топливных баках ракеты-носителя для обеспечения бескавитационной работы агрегатов подачи компонентов топлива. Реализация процесса поддержания необходимого давления на входе в агрегаты подачи осуществляется наддувом баков горючего и окислителя ЖРДУ.

Известны способы наддува баков с помощью смесителя, в котором горячий генераторный газ балластируется до необходимой температуры подачей холодного горючего, и полученная после испарения горючего смесь газов отводится на наддув бака горючего. Известно устройство, с помощью которого реализуется данный способ наддува [см. схему в книге Г.Г. Гахун, В.И. Баулин, В.А. Володин и др. «Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей», М., Машиностроение, 1989, рис.13-5, стр.349. Прототип].

Недостатком данного способа наддува баков является то, что балластировка генераторного газа компонентами топлива приводит к их непроизводительным затратам. А балластировка восстановительного генераторного газа углеводородным горючим приводит к увеличению сажеобразования в линии наддува.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно непроизводительных затрат компонентов топлива на наддув баков и увеличенного сажеобразования в линии наддува бака горючего, возникающего при балластировке восстановительного генераторного газа углеводородным горючим.

Указанная задача решается тем, что в известном способе наддува топливных баков жидкостной ракетной двигательной установки, содержащей смеситель, основанном на уменьшении температуры поступающего в смеситель дозированного количества генераторного газа перед подачей на наддув, согласно изобретению, в смеситель подают дозированное количество газа с более низкой температурой и высоким значением газовой постоянной, например гелия.

Перед подачей генераторного газа на наддув топливного бака, в него добавляют дозированное количество газа с высоким значением газовой постоянной (R_r), например гелия. Количество газа определяется требуемым уровнем работоспособности смеси газов.

При этом, как показывают результаты расчетных исследований, добавление газа, например гелия с R_Нв=2077,2 Дж/(кг·К), позволяет существенно снизить непроизводительные затраты компонентов топлива. А добавление гелия в восстановительный газ для наддува бака горючего уменьшает массовую долю сажи в газе. Кроме того, в случае подачи холодного гелия, осуществляется охлаждение генераторного газа до нужной, согласно требованиям прочности баков, температуры.

Предлагаемый способ реализован в ЖРДУ, включающей смеситель, соединенный с газогенератором и топливным баком посредством подводящих трубопроводов, в которой, согласно изобретению, смеситель соединен с помощью подводящего трубопровода с баллоном с газом с высоким значением газовой постоянной, например гелием.

Суть предлагаемого способа и его реализации на двигателе иллюстрируется схемой на фиг.1, где приняты следующие обозначения:

1 - газогенератор;

2 - баллон с холодным газом;

3 - смеситель;

4 - топливный бак;

5 - магистраль подвода горячего газа;

6 - магистраль подвода холодного газа;

7 - магистраль подвода смеси на наддув;

8 - дозирующее устройство по горячему газу;

9 - дозирующее устройство по холодному газу;

10 - пускоотсечной клапан.

Перед запуском двигателя газогенератор 1, баллон с холодным газом 2, смеситель 3 и топливный бак 4 соединены между собой магистралями 5, 6, 7, как показано на фиг.1. В магистраль подвода горячего газа 5 установлено дозирующее устройство 8, а в магистраль подвода холодного газа установлены дозирующее устройство 9 и пускоотсечной клапан 10, который находится в закрытом положении.

Работа двигателя с использованием предлагаемого способа наддува баков происходит следующим образом:

- после запуска двигатель работает на основном режиме, при котором из газогенератора 1 отбирается расход высокотемпературного газа, который регулируется дозирующим устройством 8 и направляется в смеситель по магистрали 5;

- холодные газ из баллона 2 через дозирующее устройство 9 и клапан 10 направляется в смеситель 3 по магистрали 6;

- в смесителе 3 происходит перемешивание горячего газа из газогенератора 1 с холодным газом из баллона 2, и полученная смесь газов с необходимыми параметрами направляется по магистрали 7 на наддув в топливный бак 4.

Таким образом, относительно простыми конструктивными средствами по-новому решается задача наддува топливных баков ЖРДУ с приобретением положительного эффекта, а именно снижения непроизводительных затрат компонентов топлива на наддув баков и уменьшения сажеобразования в линии наддува бака горючего, по сравнению со случаем балластировки восстановительного генераторного газа углеводородным горючим, кроме того, в случае подачи холодного гелия, осуществляется охлаждение генераторного газа до нужной, согласно требованиям прочности баков, температуры.

Изобретение относится к области ракетного двигателестроения. Способ наддува топливных баков жидкостной ракетной двигательной установки, содержащей смеситель, основанный на уменьшении температуры поступающего в смеситель дозированного количества генераторного газа перед подачей на наддув, согласно изобретению, в смеситель подают дозированное количество газа с более низкой температурой и высоким значением газовой постоянной, например гелий. Способ реализован в ЖРДУ, включающей смеситель, соединенный с газогенератором и топливным баком посредством подводящих трубопроводов, в которой, согласно изобретению, смеситель соединен с помощью подводящего трубопровода с баллоном с газом с высоким значением газовой постоянной, например гелием. Изобретение обеспечивает устранение непроизводительных затрат компонентов топлива на наддув баков и увеличенного сажеобразования в линии наддува бака горючего, возникающего при балластировке восстановительного генераторного газа углеводородным горючим. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ смесевого наддува топливных баков жидкостной ракетной двигательной установки, содержащей смеситель, основанный на уменьшении температуры поступающего в смеситель дозированного количества генераторного газа перед его подачей на наддув, отличающийся тем, что в смеситель подают дозированное количество газа с более низкой температурой и высоким значением газовой постоянной, например гелия.

2. Жидкостная ракетная двигательная установка для реализации способа по п.1 включающая смеситель, соединенный с газогенератором и топливным баком посредством подводящих трубопроводов, отличающаяся тем, что смеситель соединен с помощью подводящего трубопровода с баллоном с газом с высоким значением газовой постоянной, например гелием.