Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты (стр. 6 из 11)

Предварительный наддув баков

Осуществляется по пневмомагистралям 104 и 105. Наддув БГ производится подогретым воздухом, а БО – подогретым кислородом.

Напряжение подаётся на нормально закрытые ЭПК11 и ЭПК12, они открываются и газ наддува через дроссели Д13 и Д14 подаётся в баки. Давления газов наддува в магистралях контролируется датчиками давления ДД6 и ДД7. При достижении необходимого давления в газовых подушках ТБ, датчики ДД6 и ДД7 подают команду на прекращение подачи газа. Для этого снимается напряжение с ЭПК11 и ЭПК12. Предварительный наддув баков произведён.

6.2.2 Запуск двигателя

Запуск двигателя на предварительную ступень

Подаётся напряжение на пиромембраны ПМ1 и ПМ2 (происходит их прорыв), одновременно с этим подаётся напряжение на нормально закрытые клапаны предварительной ступени ЭПК1 и ЭПК6 (они открываются), а также на пороховой газогенератор ПГГ. Давление пороховых газов от ПГГ воздействует на лопатки турбинного колеса, вследствие чего происходит раскрутка ротора ТНА и одновременная подача КТ под действием гидростатического давления и давления наддува в насосы. Часть КТ начинает поступать через нормально открытые клапаны ЭПК3 и ЭПК4, дроссели Д2 и Д3 в жидкостный газогенератор ЖГГ, где воспламеняется пиропатроном ПП1. Другая часть КТ поступает через ЭПК1, Д4, Д5 и ЭПК6, Д9, Д8 в КС ДУ, где воспламеняется с помощью пиропатронов ПП2 – ПП5.

Запуск двигателя на режим главной ступени

После достижения в камерах сгорания устойчивого горения КТ и заданного давления, которое контролируется датчиками давлений ДД1 – ДД4, подается напряжение на нормально закрытые клапаны ЭПК2 и ЭПК5, клапаны открываются. Сжатый воздух из бортбаллона ББ1 поступает к главным клапанам ГКО и ГКГ. Двигатель переключается на режим главной ступени.

6.2.3 Работа ПГС в полёте

В полёте наддув ТБ осуществляется следующим образом. После НО часть компонента идёт через дроссель Д15 в испаритель И, где газифицируется, и далее по трубопроводу через дроссель Д6 и обратный клапан КО2 поступает в бак окислителя. Бак горючего надувается газом, отбираемым перед турбиной и проходящим через дроссель Д1 и КО1.

Давление наддува в баках контролируется с помощью датчиков давления ДД6 и ДД7, которые подают сигнал на открытие ДПК1 и ДПК2 в случае превышения заданного давления газа наддува.

Регулирование тяги ДУ осуществляется системой РКС путём использования регулируемых дросселей Д2 и Д3.

Работа СОБ обеспечивается датчиками ДСОБ1, ДСОБ2 и регулируемыми дросселями Д5, Д8.

6.2.4 Выключение ДУ

Будем использовать двухступенчатое выключение ДУ, при котором двигатель переводится сначала на режим пониженной тяги.

Режим пониженной тяги

После подачи команды на останов двигателя регулируемые дроссели Д3, Д2 переводятся на пониженный расход КТ. Скорость вращения ротора ТНА уменьшается, следовательно, уменьшается количество КТ, подаваемых в КС двигателя и ЖГГ, падает давление в газовых подушках БО и БГ. Это приводит к уменьшению тяги, развиваемой ДУ.

Останов двигателя

Для окончательного выключения ДУ подаётся напряжение для закрытия нормально открытых клапанов ЭПК3 и ЭПК4. Подача компонентов в ЖГГ прекращается, следовательно, прекращается и наддув баков, что ведёт к уменьшению количества топлива, поступающего в КС ДУ.

Одновременно с закрытием клапанов ЭПК3 и ЭПК4 подаётся напряжение на нормально закрытый клапан ЭПК18, вследствие чего он открывается. Воздух из бортбаллона ББ1, магистралей управления главными клапанами (ГКО и ГКГ) стравливается за борт ракеты. ГКО и ГКГ закрываются. Снимается напряжение с ЭПК2 и ЭПК5, вследствие чего они закрываются.

Двигатель ступени остановлен.

6.2.5 Аварийный режим работы ПГС

Выключение двигателя на аварийном режиме происходит одноступенчато.

Если в камерах сгорания на старте не образуется устойчивое горение, то происходит одновременное закрытие клапанов ЭПК3, ЭПК4, ЭПК1, ЭПК6 и открытие клапанов ЭПК18, ДПК1, ДПК2. Таким образом, происходит одноступенчатое выключение двигателя и стравливание воздуха из бортовых ёмкостей.

При аварийном режиме в полёте необходимо подать напряжение на предохранительный клапан ЭПК18, чтобы стравить давление из бортбаллона ББ1, а также на ДПК1, ДПК2. При аварийном (одноступенчатом) выключении одновременно обесточиваются ЭПК3 и ЭПК4.

7. Выбор диаметров трубопроводов окислителя и горючего

Исходные данные:

Полная высота бака горючего

;

Полная высота бака окислителя

;

Диаметр бака горючего

;

Диаметр бака окислителя

;

Массовый секундный расход горючего

;

Массовый секундный расход окислителя

;

Плотность горючего

;

Плотность окислителя

;

Коэффициент объема газовой подушки БГ

;

Коэффициент объема газовой подушки БО

;

Минимальное давление наддува в баке горючего

;

Минимальное давление наддува в баке окислителя

;

Материал стенок бака горючего АМг6;

Материал стенок трубопровода АМг6;

Средняя шероховатость поверхности трубопроводов

;

Характеристики материала АМг6:

предел прочности

;

плотность

.

Выполнение расчёта:

Расчет диаметра трубопровода горючего

- масса топливной системы горючего,

где

- масса бака горючего;

- масса рабочего тела наддува бака горючего;

- масса трубопровода горючего.

Масса бака горючего:

,

где

.

Масса трубопровода:

,

где

;

- приведённая длина трубопровода горючего (от заборного устройства до входа в насос).

Масса рабочего тела наддува бака горючего:

,

где

;

- эффективная работоспособность газа.

Суммарные потери давления в трубопроводе горючего:

,

где

- потери давления на создание скорости;

- скорость движения горючего в трубопроводе.

- потери давления на трение между движущейся жидкостью и стенками трубопровода;

- коэффициент потерь на трение (зависит от режима течения жидкости);

- местные потери;

- суммарный коэффициент местных сопротивлений.

Масса топливной системы горючего:

.

Зададимся несколькими значениями диаметра трубопровода горючего и произведём расчёт по приведённым выше выражениям. После чего построим график зависимости массы топливной системы горючего от диаметра трубопровода (рис.9) и данные вычислений сведём в таблицу (табл.1).

Рис.9. График зависимости массы топливной системы горючего от диаметра трубопровода

Таблица 1

, м	, м/с	, Па	, м
0.08	21.87	1.148	469.779	-
0.09	17.28	7.166	316.596	32.608
0.1	13.997	4.702	229.06	27.649
0.11	11.568	3.211	176.122	23.111
0.12	9.72	2.268	142.594	19.037
0.13	8.282	1.646	120.529	15.474
0.14	7.141	1.224	105.53	12.445
0.15	6.221		95.046	9.934
0.16	5.468	7.175	87.541	7.896
0.17	4.843	5.63	82.054	6.268
0.18	4.32	4.479	77.968	4.98
0.19	3.877	3.608	74.875	3.967

По ГОСТ 18482-79 выбираем диаметр трубопровода горючего равным

.