Устройство для управления выведением ракеты космического назначения

Устройство для управления выведением ракеты космического назначения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано при разработке или модернизации ракет космического назначения (РКН) с маршевыми жидкостными ракетными двигателями (ЖРД) исходя из учета требований по обеспечению сокращения площадей районов падения отработанных ступеней (ОС).

После отделения ОС в топливных баках находятся невырабатываемые остатки топлива, масса которых может составлять до 3% от начальной заправки. Предлагается использовать эти энергетические ресурсы, заключенные в невырабатываемых остатках топлива, для задач сокращения площадей районов падения путем стабилизации ОС с помощью получаемых продуктов газификации в топливных баках. Известны системы повторного запуска маршевого ЖРД в условиях невесомости, см. кн. В.К. Сердюк «Проектирование средств выведения КА». М.: Машиностроение, с. 448-457, основанные на различных системах запуска, например капиллярных системах, выжимных мембран и т.д. Использование такого устройства для реализации невырабатываемых остатков топлива связано со значительными затратами и в конечном счете нецелесообразно.

Известно техническое решение по патенту №2414391, МПК B64G 1/26, опубл. 20.03.2011, где ОС, включающая в свой состав систему управления и навигации, систему газификации, отличается тем, что на верхнем днище топливного отсека установлены четыре камеры, каждая из которых оснащена приводом, а система газификации имеет автономный газогенератор с мембранной системой подачи компонентов топлива, возбудители акустических колебаний, размещенные на штуцерах ввода теплоносителя в топливные баки.

Для получения теплоносителей используют отдельные запасы топлива, которые выбираются из условия полной газификации невырабатываемых остатков топлива в баках ОС. Это приводит к тому, что на борту ступени к имеющимся запасам топлива необходимо добавлять еще запасы топлива для газификации невырабатываемых остатков этого же топлива. Кроме того, эти дополнительные запасы топлива необходимо хранить в отдельных емкостях с выжимной системой подачи, что приводит к утяжелению конструкции ОС.

Целью предлагаемого решения является снижение массы топлива для газификации невырабатываемых остатков топлива в баках, которое достигается тем, что в известное устройство, содержащее систему управления и навигации, систему газификации, четыре камеры, каждая из которых оснащена приводом, а система газификации имеет автономный газогенератор с мембранной системой подачи компонентов топлива, возбудители акустических колебаний, размещенные на штуцерах ввода теплоносителя в топливные баки дополнительно вводят магистрали подачи продуктов газификации из каждого топливного бака, соединенные через управляемые заслонки с соответствующими емкостями для топлива для газогенераторов.

На фиг. 1 приведена схема выведения, поясняющая участок функционирования предлагаемого технического устройства: траектория выведения первой ступени 1, второй ступени 2, траектории спуска отработанной первой ступени 3 и соответствующая координата ее точки падения 4, не соответствующая разрешенной зоне падения 5;

- приложение импульса 6 с использованием извлеченной энергетики;

- измененная траектория 7 спуска отработанной первой ступени после приложения импульса 6, обеспечивающая приведение отработанной первой ступени в разрешенную зону падения 5.

На фиг. 2 приведена пневмогидравлическая схема системы газификации, содержащая емкости с горючим 8 и окислителем 9 газогенератора 10 для получения теплоносителя для подачи в бак горючего 11 с невыработанными остатками горючего 12; магистраль подачи газифицированных продуктов из бака горючего 13 в коллектор 14 газового ракетного двигателя.

Аналогичная система получения теплоносителя для бака окислителя, содержащая емкости с горючим 15 и окислителем 16 газогенератора 17 для получения теплоносителя для подачи в бак окислителя 18 с невыработанными остатками окислителя 19; магистраль 20 подачи газифицированных продуктов из бака окислителя 18 в коллектор газового ракетного двигателя 14.

Дополнительно вводятся магистраль 21 от бака горючего 11 с управляемыми заслонками 22, 23 до емкостей с горючим 8 и 15, а также магистраль 24 от бака окислителя 18 с управляющими заслонками 25, 26 до емкостей с окислителем 9, 16 и управляющими заслонками на магистралях от емкостей с горючим и окислителем для каждого топливного бака до соответствующих газогенераторов 29, 30, 31, 32.

Устройство работает следующим образом. После отделения ОС по команде из бортовой системы спуска ступени открываются клапаны 29, 30, 31, 32, запускаются газогенераторы 10, 17 и подают теплоносители в баки 11, 18. По достижении заданного давления в баках горючего 11 и окислителя 18 открывают клапаны 27, 28 для подачи газифицированных продуктов из баков горючего 11 и окислителя 18 в газовый ракетный двигатель (или сопла газореактивной системы стабилизации) 14.

В течение процесса газификации невыработанных остатков топлива 12, 19, находящихся в условиях невесомости и неопределенности граничного положения, происходит увеличение концентрации компонентов топлива в составе газифицированных продуктов и по достижении в их составах требуемой концентрации компонентов топлива часть газифицированных продуктов через магистрали 21, 24 через управляющие заслонки 22, 23, 25, 26 направляют в емкости 8, 9, 15, 16, где хранятся запасы топлива для получения теплоносителей.

Моменты времени, в которых достигаются необходимые концентрации компонентов топлива в газифицированных продуктах для каждого бака, определяются предварительно на основе математического и физического моделирования процесса газификации.

Таким образом, необходимые запасы топлива для получения теплоносителей для каждого бака можно существенно снизить за счет использования остатков топлива 12, 19, которые газифицируются, соответственно, количество топлива в емкостях 8, 9, 15, 16 для получения теплоносителей для каждого бака определяется из условия запуска процесса газификации, типа пускового запаса топлива для раскрутки насосов в системах подачи топлива ЖРД.

Использование предлагаемого технического решения позволяет снизить автономные запасы топлива, используемые для получения горячих газов для газификации, соответственно, снизить массу активной бортовой системы спуска отработанной ступени.

Устройство для управления выведением ракеты космического назначения, содержащее в своем составе систему управления и навигации, газореактивные сопла, систему газификации с автономным газогенератором с мембранной системой подачи компонентов топлива, возбудителями акустических колебаний, размещенных на штуцерах ввода теплоносителя в топливные баки, отличающееся тем, что магистрали подачи продуктов газификации соединены через управляемые заслонки с системой подачи топлива в соответствующие газогенераторы.