СПОСОБ РЕАЛИЗАЦИИ ТЯГИ РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ
METHOD OF ROCKET ENGINE THRUST DEVELOPMENT

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано для отделяющихся частей (ОЧ) ступеней ракет космического назначения (РКН) после выключения маршевого жидкостного ракетного двигателя (ЖРД), в условиях невесомости, для увода на орбиты утилизации или в указанные районы падения на поверхности Земли.
Известен способ запуска ракетного двигателя малой тяги, включающий подачу горючего и окислителя в зону смешения компонентов (в газовой фазе окислитель и в жидкой - горючее) с последующей закруткой и воспламенением образовавшейся топливной смеси (Жидкостный ракетный двигатель малой тяги и способ запуска жидкостного ракетного двигателя малой тяги (Патент RU 2183761)), однако данное изобретение не применимо для увода ОЧ ступеней РКН на орбиты утилизации, а также в условиях:
- при газифицированном состоянии обоих компонентов ракетного топлива (КРТ);
- при малой разнице давлений на входе и в камере сгорания.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ реализации тяги в ЖРД РД-270 схеме «газ-газ», далее ГзРД, и описанный на стр.418-423 в кн. Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования: Добровольский М.В. Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. / Под ред. Д.А. Ягодникова. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005.
Способ включает в себя подачу газифицированных КРТ в камеру сгорания, обеспечение полного сгорания КРТ, обеспечение двигателя.
Непосредственное использование этого способа заключается в следующем: система газификации (СГ) реализована на основе подачи КРТ в два раздельных газогенератора (ГГ) для горючего и окислителя соответственно, в которых осуществляется их газификация при давлениях порядка 25 МПа.
Основным недостатком способа-прототипа является обеспечение сплошности топлива в окрестности заборного устройства.
Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности использования невырабатываемых остатков КРТ, находящихся в баках, после выключения маршевого ЖРД.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе реализации тяги ЖРД, основанном на газификации жидких КРТ и подаче их в камеру сгорания, вводят следующие действия: после останова маршевого ЖРД включают систему газификации КРТ, в шары-баллоны с дополнительными КРТ подают газ наддува и посредством окислительного и восстановительного газогенераторов в зависимости от конкретного топлива в баках осуществляют подачу теплоносителей (ТН) в баки с остатками КРТ.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, где изображена принципиальная схема реализации тяги ГзРД.
Устройство для реализации этой схемы содержит: 1 - баки с горючим с окислителем 2 для СГ, 3 - ГГ для газификации КРТ в баках окислителя и горючего, 4 - газ для СГ, 5 - ГзРД, 6 - приводы камер ГзРД, 7 - смесительный коллектор для ГзРД.
Предложенный способ реализации тяги ГзРД осуществляется следующим образом:
1. Предварительно выбирают параметры подачи ТН в баки (массовый секундный расход и циклограмму подачи, углы ввода, количество точек ввода и их расположение для каждого бака).
2. Выбирают составы ТН для каждого КРТ и параметры их подачи в топливные баки из условия обеспечения, максимального значения характеристической скорости, приобретаемой ОЧ, при сгорании газифицированных продуктов, подаваемых из каждого бака (ТН + остатки газов наддува + испарившийся КРТ), в ГзРД, и ограничений, определяемых прочностью баков, в которых происходит газификация остатков КРТ.
В таблице 1 представлены в качестве примера возможные варианты ГГ (КРТ, подаваемый с избытком, имеет символ ↑), топливные пары для СГ и газифицируемые остатки КРТ.
Таблица 1
Возможные топливные пары, типы газогенераторов
Газифицируемые остатки КРТ
а) схема с подачей ТН в бак с горючим
б) схема с раздельной подачей ТН в баки окислителя и горючего
Используемый ГГ
Топлива для ГГ
Используемый ГГ
Топлива для ГГ
АТ + НДМГ
ЖГГ
АТ ↑ + НДМГ
ЖГГ
AT ↑ + НДМГ
ЖГГ
АТ + НДМГ ↑
Керосин + O<sub>2</sub>
ЖГГ
Керосин + O<sub>2</sub> ↑
ЖГГ
Керосин ↑ + O<sub>2</sub>
ЖГГ
H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>
H<sub>2</sub>+O<sub>2</sub>
ТГГ
Пороховой заряд
ТГГ
Пороховой заряд
ЖГГ
H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>
3. После останова маршевого ЖРД включается система газификации КРТ.
4. В шары-баллоны с дополнительными КРТ 1, 2 поступает газ надува из шаров-баллонов 4.
5. Посредством восстановительного или окислительного ГГ 3 (зависит от конкретного топлива в каждом баке) осуществляется подача ТН в соответствующие баки с остатками жидкого КРТ.
Теоретически запас характеристической скорости, который может быть реализован с помощью ГзРД на основе невырабатываемых остатков КРТ для ОЧ ступеней РКН, находится в диапазоне 500-900 м/с.
Преимущества предлагаемого способа заключаются:
1. В повышении энергетической эффективности ЖРД за счет реализации энергетических ресурсов, заключенных в невырабатываемых остатках КРТ в топливных баках.
2. В повышении экологической безопасности ракетно-космической деятельности за счет очистки топливных баков от остатков топлива, что позволяет:
- избежать возможности взрыва ОЧ с жидкими остатками КРТ в баках на орбитах;
- устранить возможности проливов остатков топлива в районах падения ОЧ.
3. В реализации возможности маневра ступени после выполнения ее миссии, что в свою очередь позволяет:
- обеспечить спуск ОЧ с орбиты;
- снизить зависимость от привязки к конкретным районам падения при выборе схемы выведения и расчета программ выведения, что позволяет повысить массу выводимого полезного груза и расширить диапазон выводимых орбит;
- снизить площади районов падения ОЧ нижних ступеней РКН;
- смещать районы падения ОЧ ступеней РКН.