ДРЕНАЖНОЕ УСТРОЙСТВО КРИОГЕННОГО КОМПОНЕНТА РАКЕТНОГО РАЗГОННОГО БЛОКА СО СЪЕМНЫМ ОТСЕКОМ
DRAIN DEVICE FOR CRYOGENIC COMPONENT OF ROCKET ACCELERATING UNIT WITH DISMOUNTABLE CELL

Изобретение относится к ракетно-космической технике, а именно к конструкции дренажа криогенного компонента из криогенного бака ракетного разгонного блока в составе ракеты космического назначения.
При заправке криогенного бака криогенным компонентом (например, жидким кислородом) в начальный момент происходит вскипание криогенного компонента с образованием большого количества газа, который необходимо сбрасывать с целью обеспечения необходимого давления в криогенном баке. В процессе заправки и подготовки ракетного разгонного блока к пуску для поддержания давления в криогенном баке возникает необходимость открывать дренажный клапан и сбрасывать давление из криогенного бака. Кроме того, криогенный компонент, например газообразный кислород, обладает способностью при смешивании с другими компонентами образовывать взрывоопасные смеси, поэтому его необходимо сбрасывать за пределы конструкции ракеты космического назначения.
В последнее время все чаще возникает необходимость в использовании в составе ракеты космического назначения головного обтекателя с диаметром более диаметра последней ступени ракеты-носителя, для этого на нее устанавливается, например, съемный отсек, в результате чего выход дренажного трубопровода не выходит за пределы последней ступени (например, ракетного разгонного блока), что недопустимо с позиций пожаровзрывобезопасности, особенно при использовании в ракетном разгонном блоке в качестве компонента топлива жидкого кислорода.
Чтобы обеспечить сбрасывание криогенного компонента из криогенного бака ракетного разгонного блока за его пределы, возникает необходимость дренажный трубопровод выводить через съемный отсек, в результате чего значительно увеличивается длина дренажного трубопровода, и в местах его креплений дополнительно возникают относительные рабочие и технологические продольные и поперечные перемещения, как в процессе заправки криогенного бака, так и в полете ракетного разгонного блока в составе ракеты космического назначения, а также в процессе автономного полета блока.
Для обеспечения работоспособности дренажного трубопровода новой конфигурации необходимо в его состав вводить дополнительные компенсирующие элементы. Кроме того, предлагаемый дренажный трубопровод должен содержать разделяемый в полете стык, позволяющий отделение с минимальными возмущающими факторами среднего переходника ракетного разгонного блока вместе со съемным отсеком от ракетного разгонного блока.
Известно дренажное устройство криогенного компонента ракетного разгонного блока по патенту RU 2456216 B64G 1/40, имеющее в своем составе дренажную магистраль, представляющую собой дренажный клапан, установленный на баке окислителя, компенсатор угловых перемещений и дренажный трубопровод, пристыкованный к дренажному клапану, - прототип.
Недостатком дренажного устройства прототипа является следующее.
В прототипе съемный отсек не предусмотрен. Однако с применением съемного отсека сброс криогенного компонента в варианте прототипа может привести к реализации пожаровзрывоопасной ситуации.
Задачей предложенного дренажного устройства является обеспечение пожаровзрывобезопасности ракетного разгонного блока со съемным отсеком за счет сброса криогенного компонента за пределы ракеты космического назначения через съемный отсек.
Задача решается за счет того, что в дренажном устройстве криогенного компонента ракетного разгонного блока со съемным отсеком, состоящем из дренажного клапана, дренажного трубопровода и компенсатора угловых перемещений в составе дренажного трубопровода, дренажный трубопровод выполнен из двух частей, связанных между собой разделяемым в полете стыком; первая часть дренажного трубопровода проходит внутри ракетного разгонного блока. В первую часть дренажного трубопровода введены гибкий элемент и дополнительный компенсатор угловых перемещений, при этом компенсатор угловых перемещений и дополнительный компенсатор угловых перемещений соединены гибким элементом. Вторая часть дренажного трубопровода снабжена компенсатором линейных перемещений, проходит через съемный отсек и выведена за пределы ракетного разгонного блока.
На фиг.1 изображен общий вид дренажного устройства криогенного компонента, на фиг.2 показан вид сверху на дренажное устройство, на фиг.3 представлен фрагмент дренажного устройства криогенного компонента на выходе из съемного отсека, на фиг.4 показана шарнирная тяга, где:
1 - ракетный разгонный блок;
2 - средний переходник;
3 - съемный отсек;
4 - дренажный клапан;
5 - криогенный бак;
6 - дренажный трубопровод;
7 - компенсатор угловых перемещений;
8 - выходной штуцер;
9 - стенка наружного контура съемного отсека;
10 - первая часть дренажного трубопровода;
11 - вторая часть дренажного трубопровода;
12 - гибкий элемент;
13 - дополнительный компенсатор угловых перемещений;
14 - компенсатор линейных перемещений;
15 - кронштейн;
16 - регулируемый кронштейн;
17 - шарнирная тяга;
18 - разделяемый в полете стык;
19 - неотделяемая часть разделяемого в полете стыка.
В дренажном устройстве криогенного компонента ракетного разгонного блока 1 со съемным отсеком 3, состоящем из дренажного клапана 4, дренажного трубопровода 6 и компенсатора угловых перемещений 7 в составе дренажного трубопровода 6, дренажный трубопровод 6 выполнен из двух частей, связанных между собой разделяемым в полете стыком 18.
Первая часть дренажного трубопровода 10 проходит внутри ракетного разгонного блока 1. В первую часть дренажного трубопровода 10 введены гибкий элемент 12 и дополнительный компенсатор угловых перемещений 13, при этом компенсатор угловых перемещений 7 и дополнительный компенсатор угловых перемещений 13 соединены гибким элементом 12.
Вторая часть дренажного трубопровода 11 снабжена компенсатором линейных перемещений 14, проходит через съемный отсек 3 и выведена за пределы ракетного разгонного блока 1.
Разделяемый в полете стык 18 обеспечивает отделение среднего переходника 2 вместе со съемным отсеком 3 и второй частью дренажного трубопровода 11 от ракетного разгонного блока 1.
Гибкий элемент 12 может быть выполнен, например, в виде двух гофрированных труб, расположенных под углом друг к другу, при этом гибкий элемент 12 и дополнительный компенсатор угловых перемещений 13 вместе с компенсатором угловых перемещений 7 обеспечивают компенсацию рабочих и технологических перемещений этого участка.
Компенсатор линейных перемещений 14, введенный в состав второй части дренажного трубопровода 11, обеспечивает компенсацию рабочих и технологических перемещений второй части дренажного трубопровода 11. Дренажный трубопровод 6 проходит через съемный отсек 3 и своим выходным штуцером 8 закреплен на стенке наружного контура съемного отсека 9.
Разделяемый в полете стык 18 своей неотделяемой частью 19 неподвижно закреплен с помощью кронштейна 15 на среднем переходнике 2.
При большой протяженности участка дренажного трубопровода 6 от регулируемого кронштейна 16 до кронштейна 15 требуется подкрепление дренажного трубопровода 6, обеспечивающее свободное перемещение дренажного трубопровода 6 при компенсации относительных перемещений. Такое подкрепление может быть выполнено, например, в виде шарнирной тяги 17, закрепленной одним концом на дренажном трубопроводе 6, а другим концом - к неподвижной конструкции ракетного разгонного блока 1.
Дренажное устройство криогенного компонента ракетного разгонного блока 1 со съемным отсеком 3 работает следующим образом.
В процессе заполнения криогенного бака 5 криогенным компонентом оболочка криогенного бака 5 охлаждается и сжимается, в процессе наддува криогенного бака 5, а также в процессе полета ракетного разгонного блока 1 под воздействием перегрузок в дренажном трубопроводе 6 возникают относительные перемещения между дренажным клапаном 4 и кронштейном 15 ракетного разгонного блока 1, которые отрабатываются проскальзыванием и поворотом первой части дренажного трубопровода 10 относительно регулируемого кронштейна 16, изменением углов поворота компенсатора угловых перемещений 7 и дополнительного компенсатора угловых перемещений 13, а также деформацией гибкого элемента 12 и изменением положения шарнирной тяги 17.
Компенсатор линейных перемещений 14 обеспечивает компенсацию технологических перемещений в процессе монтажа второй части дренажного трубопровода 11 и компенсацию рабочих перемещений в процессе эксплуатации ракетного разгонного блока 1.
В процессе отделения среднего переходника 2 вместе со съемным отсеком 3 вторая часть дренажного трубопровода 11 разделяется с помощью разделяемого в полете стыка 18 с первой частью дренажного трубопровода 10, в результате чего дренаж криогенного компонента на участке полета ракетного разгонного блока 1 происходит за его пределы.
Сброс криогенного компонента ракетного разгонного блока 1 в целях пожаровзрывобезопасности за пределы ракеты космического назначения обеспечивается за счет прохождения дренажного трубопровода 6 через съемный отсек 3, чем исключается возникновение аварийной ситуации на этапах полета ракеты космического назначения.
Кроме того, обеспечивается надежная эксплуатация дренажной магистрали 6 ракетного разгонного блока 1 в составе ракеты космического назначения за счет введения в ее состав дополнительных компенсирующих элементов 12, 13 и 14.