Жидкостная ракетная двигательная установка Российский патент 2025 года по МПК F02K9/42 

Изобретение относится к области ракетной техники, конкретно к устройству жидкостных ракетных двигательных установок (ЖРДУ).

Известна жидкостная ракетная двигательная установка [1], включающая напорные магистрали окислителя и горючего; тяговую камеру сгорания; топливный бак горючего, с расположенными в углублении донной части агрегатами системы подачи горючего в КС: насоса горючего, турбины восстановительного газа, восстановительного жидкостного газогенератора, топливного бака присадочного окислителя с аккумулятором высокого давления для подачи присадочного окислителя в восстановительный газогенератор; топливный бак окислителя с расположенными в углублении донной части агрегатами системы подачи окислителя в КС: насоса окислителя, турбины окислительного газа, окислительного жидкостного газогенератора, топливного бака присадочного горючего с аккумулятором высокого давления для подачи присадочного горючего в окислительный газогенератор.

Недостатком известной ЖРДУ является то, что топливные баки присадочных компонентов топлива и аккумуляторы высокого давления находятся в среде другого компонента топлива. При этом невозможно использовать в качестве топлива смешанные топливные пары, в которых один из компонентов топлива является высококипящим, а другой низкокипящим криогенным, например, «жидкий кислород-керосин», из-за разных агрегатных состояний их при температуре эксплуатации, что ограничивает использование более эффективных в энергетическом плане топливных пар. Кроме того, при снижении эксплуатационной температуры топлива в баках снижается работоспособность газов аккумуляторов высокого давления.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение работоспособности систем питания компонентами топлива КС как с высококипящими, так и с низкокипящими компонентами топлива в различных сочетаниях при сохранении всех преимуществ прототипа.

Данная задача решаются путем расположения агрегатов систем подачи компонентов топлива в КС в межбаковом пространстве, между нижнем днищем верхнего топливного бака и верхнем днищем нижнего топливного бака. При этом, чтобы сохранить автономную отработку систем подачи компонентов топлива в КС, агрегаты систем подачи компонентов топлива располагаются следующим образом: если в верхнем топливном баке окислитель, то агрегаты системы подачи окислителя в КС: насос окислителя, турбина окислительного газа, окислительный жидкостный газогенератор, топливный бак присадочного горючего с аккумулятором высокого давления для подачи присадочного горючего в окислительный газогенератор располагаются в межбаковом пространстве на нижнем днище топливного бака окислителя, а агрегаты системы подачи горючего в КС: насос горючего, турбина восстановительного газа, восстановительный жидкостный газогенератор, топливный бак присадочного окислителя с аккумулятором высокого давления для подачи присадочного окислителя в восстановительный газогенератор располагаются в межбаковом пространстве на верхнем днище бака горючего, при этом насос горючего снабжен всасывающим трубопроводом, и наоборот, если в верхнем топливном баке горючее, то агрегаты системы подачи горючего в КС: насос горючего, турбина восстановительного газа, восстановительный жидкостный газогенератор, топливный бак присадочного окислителя с аккумулятором высокого давления для подачи присадочного окислителя в восстановительный газогенератор располагаются в межбаковом пространстве на нижнем днище топливного бака горючего, а агрегаты системы подачи окислителя в КС: насос окислителя, турбина окислительного газа, окислительный жидкостный газогенератор, топливный бак присадочного горючего с аккумулятором высокого давления для подачи присадочного горючего в окислительный газогенератор располагаются в межбаковом пространстве на верхнем днище бака окислителя, при этом насос окислителя снабжен всасывающим трубопроводом.

Таким образом, данная задача решается за счет того, что жидкостная ракетная двигательная установка, включающая напорные магистрали окислителя и горючего; тяговую камеру сгорания; топливный бак горючего; топливный бак окислителя: отличающаяся тем, что агрегаты системы подачи горючего в КС: насос горючего, турбина восстановительного газа, восстановительный жидкостный газогенератор, топливный бак присадочного окислителя с аккумулятором высокого давления для подачи присадочного окислителя в восстановительный газогенератор и агрегаты системы подачи окислителя в КС: насос окислителя, турбина окислительного газа, окислительный жидкостный газогенератор, топливный бак присадочного горючего с аккумулятором высокого давления для подачи присадочного горючего в окислительный газогенератор располагаются в межбаковом пространстве, между нижним днищем верхнего топливного бака и верхним днищем нижнего топливного бака следующим образом: если в верхнем топливном баке окислитель, то агрегаты системы подачи окислителя в КС: насос окислителя, турбина окислительного газа, окислительный жидкостный газогенератор, топливный бак присадочного горючего с аккумулятором высокого давления для подачи присадочного горючего в окислительный газогенератор располагаются в межбаковом пространстве на нижнем днище топливного бака окислителя, а агрегаты системы подачи горючего в КС: насос горючего, турбина восстановительного газа, восстановительный жидкостного газогенератор, топливный бак присадочного окислителя с аккумулятором высокого давления для подачи присадочного окислителя в восстановительный газогенератор располагаются в межбаковом пространстве на верхнем днище бака горючего, при этом насос горючего снабжен всасывающим трубопроводом, и наоборот, если в верхнем топливном баке горючее, то агрегаты системы подачи горючего в КС: насос горючего, турбина восстановительного газа, восстановительный жидкостный газогенератор, топливный бак присадочного окислителя с аккумулятором высокого давления для подачи присадочного окислителя в восстановительный газогенератор располагаются в межбаковом пространстве на нижнем днище топливного бака горючего, а агрегаты системы подачи окислителя в КС: насос окислителя, турбина окислительного газа, окислительный жидкостный газогенератор, топливный бак присадочного горючего с аккумулятором высокого давления для подачи присадочного горючего в окислительный газогенератор располагаются в межбаковом пространстве на верхнем днище бака окислителя, при этом насос окислителя снабжен всасывающим трубопроводом.

Техническим результатом, обеспечиваемым совокупностью признаков, является эффективная работа ЖРДУ как на высококипящих, так и на низкокипящих компонентах топлива в любом их сочетании, при этом упрощается сборка и отработка агрегатов систем питания КС компонентами топлива. Кроме того, расположение массивных агрегатов систем подачи компонентов топлива в КС в межбаковом пространстве, в районе центра масс ЖРДУ, повышает статическую устойчивость ракеты в целом и уменьшает разбег центра давления и центра масс ракеты в процессе полета.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено.

На фиг. 1 - Схема ЖРДУ, работающая по схеме «жидкость+жидкость», и с автономными системами питания газогенераторов присадочными компонентами: 1, 7- пуско-отсечные пневмоклапаны горючего и окислителя, соответственно; 2, 8 - насосы горючего и окислителя, соответственно; 3, 6 - топливные баки с горючим и окислителем, соответственно; 4, 5 - восстановительный и окислительный жидкостные газогенераторы, соответственно; 9, 10 - турбина окислительного и турбина восстановительного газа, соответственно; 11 - КС «жидкость+жидкость»; 12 - всасывающий трубопровод с заборным устройством горючего; 13 - заборное устройство окислителя; 14 - напорная магистраль окислителя; 15 - напорная магистраль горючего; 16 - выхлопной патрубок турбины восстановительного газа; 17 - выхлопной патрубок турбины окислительного газа; (18, 19, 20, 21) - автономная вытеснительная система подачи присадочного окислителя в восстановительный газогенератор: 18 - мембрана принудительного прорыва; 19 - топливный бак присадочного окислителя; 20 - пуско-отсечной пневмоклапан; 21 - газовый аккумулятор высокого давления; (22, 23, 24, 25) - автономная вытеснительная система подачи присадочного горючего в окислительный газогенератор: 22 - мембрана принудительного прорыва; 23 - топливный бак присадочного горючего; 24 - пуско-отсечной пневмоклапан; 25 - газовый аккумулятор высокого давления.

ЖРДУ на самовоспламеняющихся компонентах топлива (фиг. 1), работает следующим образом. Подается давление на пневмоклапаны 1 и 7. При срабатывании пневмоклапана 1 горючее самотеком под действием гидростатического давления или давления предварительного наддува топливного бака 3 поступают в восстановительный газогенератор 4 и в КС 11. При срабатывании пневмоклапана 7 окислитель самотеком под действием гидростатического давления или давления предварительного наддува топливного бака 6 поступают в окислительный газогенератор 5 и в КС 11. Одновременно подается давление на пневмоклапаны 20 и 24. При срабатывании пневмоклапана 20 газ из аккумуляторов высокого давления 21 поступает в свободное газовое пространство топливного бака присадочного окислителя 19, под давлением газа мембрана принудительного прорыва 18 прорывается и присадочный окислитель поступает в восстановительный газогенератор 4, где соприкасается с горчим и воспламеняется. Восстановительный газ из газогенератора 4 поступает на турбину 10, и далее часть восстановительного газа поступает на наддув топливного бака горючего, а другая часть на выхлопной патрубок 16. Турбина 10 приводит во вращение насос горючего 2, который под давлением подает горючее в газогенератор 4 и через рубашку охлаждения в КС 11. При срабатывании пневмоклапана 24 газ из аккумуляторов высокого давления 25 поступает в свободное газовое пространство топливного бака присадочного горючего 23, под давлением газа мембрана принудительного прорыва 22 прорывается и присадочное горючее поступает в окислительный газогенератор 5, где соприкасается с окислителем и воспламеняется. Окислительный газ из газогенератора 5 поступает на турбину 9, и далее часть окислительного газа поступает на наддув топливного бака окислителя, а другая часть на выхлопной патрубок 17. Турбина 9 приводит во вращение насос окислителя 8, который под давлением подает окислитель в газогенератор 5 и в КС 11. Компоненты топлива, поступившие в КС 11, соприкасаются и воспламеняются, КС и агрегаты системы питания выходят на режим. При несамовоспламеняющихся компонентах топлива в газогенераторах и КС устанавливается система зажигания, которая включается одновременно с пуско-отсечными клапанами. Для выключения ЖРДУ подается сигнал на пуско-отсечные клапаны 1, 7, 20, 24 клапаны закрываются подача компонентов топлива прекращается.

ЖРДУ может быть использована в качестве базового модулям многоразовых космических транспортных систем и мобильных ракет морского базирования.

Литература.

1. Пат. 2809266 Российская Федерация, МПК F02K 9/42. Жидкостная ракетная двигательная установка / Б.Г. Дегтярь; заявитель и патентообладатель Дегтярь Борис Григорьевич. - №2023102539; заявл. 03.02.2023; опубл. 08.12.2023, Бюл. №34.

Изобретение относится к области ракетной техники. Жидкостная ракетная двигательная установка (ЖРДУ) может быть использована в качестве базового модуля космических транспортных систем. Установка состоит из тяговой камеры сгорания и унифицированных автономных систем питания камеры сгорания компонентами топлив, агрегаты подачи которых: насосы, турбины, газогенераторы, располагаются в межбаковом отсеке на нижнем или верхнем днищах соответствующих баков. Это позволяет применять как высококипящие, так и низкокипящие компоненты топлива в любом их сочетании, при этом упрощается сборка и автономная отработка систем питания камеры сгорания компонентами топлива. Кроме того, расположение массивных агрегатов систем подачи компонентов топлива в камере сгорания в районе центра масс ЖРДУ повышает статическую устойчивость ракеты в целом и уменьшает разбег центра давления и центра масс ракеты в процессе полета. 2 ил.

Жидкостная ракетная двигательная установка, включающая напорные магистрали окислителя и горючего; тяговую камеру сгорания; топливный бак горючего; топливный бак окислителя, отличающаяся тем, что агрегаты системы подачи горючего в КС: насос горючего, турбина восстановительного газа, восстановительный жидкостный газогенератор, топливный бак присадочного окислителя с аккумулятором высокого давления для подачи присадочного окислителя в восстановительный газогенератор и агрегаты системы подачи окислителя в КС: насос окислителя, турбина окислительного газа, окислительный жидкостный газогенератор, топливный бак присадочного горючего с аккумулятором высокого давления для подачи присадочного горючего в окислительный газогенератор располагаются в межбаковом пространстве между нижним днищем верхнего топливного бака и верхним днищем нижнего топливного бака следующим образом: если в верхнем топливном баке окислитель, то агрегаты системы подачи окислителя в КС: насос окислителя, турбина окислительного газа, окислительный жидкостный газогенератор, топливный бак присадочного горючего с аккумулятором высокого давления для подачи присадочного горючего в окислительный газогенератор располагаются в межбаковом пространстве на нижнем днище топливного бака окислителя, а агрегаты системы подачи горючего в КС: насос горючего, турбина восстановительного газа, восстановительный жидкостного газогенератор, топливный бак присадочного окислителя с аккумулятором высокого давления для подачи присадочного окислителя в восстановительный газогенератор располагаются вмежбаковом пространстве на верхнем днище бака горючего, при этом насос горючего снабжен всасывающим трубопроводом, и наоборот, если в верхнем топливном баке горючее, то агрегаты системы подачи горючего в КС: насос горючего, турбина восстановительного газа, восстановительный жидкостный газогенератор, топливный бак присадочного окислителя с аккумулятором высокого давления для подачи присадочного окислителя в восстановительный газогенератор располагаются в межбаковом пространстве на нижнем днище топливного бака горючего, а агрегаты системы подачи окислителя в КС: насос окислителя, турбина окислительного газа, окислительный жидкостный газогенератор, топливный бак присадочного горючего с аккумулятором высокого давления для подачи присадочного горючего в окислительный газогенератор располагаются в межбаковом пространстве на верхнем днище бака окислителя, при этом насос окислителя снабжен всасывающим трубопроводом.