Система наддува топливных баков ракет-носителей

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(национальный исследовательский университет)»

Кафедра «Стартовые комплексы»

РЕФЕРАТ

по дисциплине:

«Аэрогидрогазодинамика»

на тему: «Система наддува топливных баков ракет-носителей»

Выполнил студент: Иванова А.И.

Группа: 2РКК-2ДБ-292

Руководитель курсовой работы:Бокша Л.В.

Москва - 2016

Введение

Система наддува предназначена для создания в газовои? подушки топливного бака необходимого давления как при подготовке РН к пуску (предстартовыи? наддув), так и в полете (основнои?, бортовои? наддув).

Задачи наддува:?

- обеспечить бескавитационную работу насосов;?

- разгрузить топливные баки от деи?ствия сжимающих сил;?

- устранить провал давления при запуске двигателя

Система наддува топливных баков ракеты-носителя

Система наддува топливных баков ракет - носителей (РН) проектируется для поддержания избыточного давления в газовой подушке баков в соответствии с расчётной зависимостью, определяемой требованиями подачи компонентов топлива и конструкцией баков.

Обычно условия подачи топлива представляют в виде избыточного давления на входе в насос, обеспечивающего бескавитационные условия работы и определяемого как полное давление на входе минус давление насыщенных паров. Для анализа работы системы наддува удобно выразить избыточное давление на входе в насос в зависимости от потребного для его поддержания давления наддува баков.

Потребное давление наддува определяется как Рб=ДРвх+Ртр+Рs, где ДРвх ? избыточное давление на входе в насос; Ртр ? потери на трение в топливных магистралях; Рs ? давление насыщенных паров.

В двигателях, имеющих турбонасосную систему подачи топлива, величина тяги незначительно зависит от изменения параметров в системе наддува. В двигателях, имеющих вытеснительную систему подачи, тяга двигателя пропорциональна давлению наддува, следовательно, в этом случае требуется особенно тщательный контроль давления в самом баке.

Существуют следующие системы наддува баков:

- с газовым аккумулятором давления;

- автогенераторные;

- газогенераторные;

- испарительные, с жидкостным аккумулятором давления;

- с инжекцией в основной бак;

- с политропным расширением;

- с пороховым аккумулятором давления;

- со вспомогательной насосной системой.

Чаще всего используется система наддува топливных баков с газовым аккумулятором давления. Простейшая схема такой системы приведена на рис. 1 а.

наддув топливный бак ракета

Для увеличения удельного объёма газа наддува и, следовательно, уменьшения веса системы довольно часто применяют теплообменный аппарат, который значительно повышает эффективность системы наддува баков. Для достижения максимальной эффективности системы наддува необходимо повышать температуру газа (гелия) на выходе из теплообменника, однако температуру гелия следует ограничивать для предотвращения разрушения наиболее теплонапряженных элементов системы наддува.

На рис. 2 приведена зависимость потребного для наддува баков расхода гелия от его температуры для типичной РН.

В настоящее время на РН применяются теплообменники рекуперативного (перекрестно-поточного) типа. Типичный теплообменник, применяемый в системе с хранением сжатого газа (гелия) в баке криогенного топлива (окислителя), показан на рис.1 б.

Блок теплообменника представляет собой неразъёмную паяно-сварную конструкцию, состоящую из фланца 1, теплообменника горючего 2, теплообменника окислителя 3, корпусов 5, 6, цилиндров 7, 8, штуцеров подвода гелия для наддува баков окислителя 9 и горючего 10 и штуцеров отвода гелия 11, 12 из теплообменника. Все детали блока теплообменника сделаны из нержавеющей стали Х18Н9Т.

Теплообменный аппарат (ТА) работает следующим образом. Гелий через штуцеры подвода подаётся в тракты нагрева теплообменников. Проходя по каналам, гелий нагревается генераторным газом (ГГ), а затем подаётся в баки РН для потребного наддува. ГГ выбрасывается через сопло в атмосферу.

Известен способ наддува топливного бака газообразным кислородом, который образуется в результате испарения компонента топлива в специальном теплообменнике, например, наддув бака окислителя первой ступени ракеты-носителя "Сатурн-5" или наддув бака окислителя ракеты \/-2.

Известны способы наддува кислородных баков более высокоэффективным рабочим телом гелием (его работоспособность в 7 раз больше при прочих равных условиях). Например, на первой ступени ракеты.

Способы наддува

Способ наддува осуществляется следующим образом:

Во время работы двигательной установки верхней ступени на режиме большой тяги топливный бак наддувается подогретым газом. После перехода двигательной установки на режим малой тяги часть газа наддува охлаждают до температуры, ниже температуры верхнего слоя топлива в баке, вводят эту часть газа в бак над поверхностью топлива, а образовавшийся при этом конденсат изолируют от верхнего слоя топлива, баллоне, размещенном вне полезного объема топливного бака.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ наддува бака с жидким кислородом третьей ступени ракеты-носителя "Сатурн-5", где наддув бака окислителя производится газообразным гелием, баллоны которого находятся в топливном баке с жидким водородом. Гелий газифицируется в нагревателе и теплообменнике и поступает в бак окислителя через газоввод, установленный на верхнем днище бака.

Наддув баков при реализации указанного способа обычно происходит следующим образом. При работе двигательных установок первых ступеней под воздействием аэродинамического нагрева и других источников тепла кислород в баке окислителя третьей ступени нагревается и частично испаряется. Двигательная установка верхней ступени в основном работает в двух режимах: сначала в режиме большой тяги, а затем по достижению ракетой-носителем заданной скорости, переходит к работе в режиме малой тяги.При работе двигательной установки третьей ступени в режим большой тяги вводимый в бак окислителя горячий газ наддува ускоряет процесс испарения кислорода. При этом происходит практически равномерное по объему бака перемешивание гелия и пара кислорода.При переходе с режима большой тяги двигателя на режим малой тяги потребности в газе наддува пропорционально уменьшающемуся расходу компонента топлива из бака заметно снижаются. Перемешивание из-за малого расхода гелия на наддув прекращается и под действием продольной перегрузки происходит расслоение газа в баке; в верхней части собирается легкий и теплый гелий, в нижней части более холодный и тяжелый кислород.

Библиографический список литературы

Двигательные установки ракет на жидком топливе [Текст]/под ред. О.Н. Прядкина. - М.: Мир, 1966. - 404 с.

Добровольский, М.В. Жидкостные ракетные двигатели [Текст]/М.В. Добровольский - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. - 488 с.

Коваленко, Л.М. Теплообменники с интенсификацией теплоотдачи [Текст] /Л.М. Коваленко, А.Ф. Глушков. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 240 с.

Фраас, А. Расчет и конструирование теплообменников [Текст]/А. Фраас, М. Оцисик - М.: Атомиздат, 1971. - 361 с.

Размещено на Allbest.ru