Способ подачи рабочих компонентов в реактивный двигатель и устройство для его осуществления
Изобретение относится к ракетной технике , в частности к способам стендовой отработки жидкостных ракетных двигателей. Цель изобретения - повышение эффективности способа и надежности устройства. Цель достигается за счет того, что в период переключения эжектируют поток компонента из одной емкости потоком компонента из другой. Перед пуском двигателя открывают клапаны 13,14 и 15, наддувая тем самым баки 1 и 2 с жидкими рабочими компонентами . Открывают клапан 10 и топливо поступает из бака 1 по трубопроводу 3, коллектору 9 и патрубку 8 в расходную магистраль 5. После того как двигатель отработал заданное время на компоненте из бака 1, его переключают на питание от бака 2, для чего клапан 10 закрывают, а клапан 11 открывают . В течение переходного периода в расходную магистраль 5 поступают оба компонента, постепенно замещая (за счет эжекции) один компонент на другой при этом перетеканий компонентов из одного тракта (бака) в другой не происходит. 1 с. и 1 з.п.ф-л.), 2 ил. (Л С
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4855297/23 (22) 31.07.90 (46) 07.11.92. Бюл, М 41 (71) Конструкторское бюро энергетического машиностроения (72) В.А.Макаров, А.Ф.Воронков, В,В,Елфимов, В.В.Кузнецов и B.Ô.Ñóâîðîâ (56) 1. Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели, M,: Машиностроение, 1968, с.209. 2. Энциклопедия "Космонавтика", M.: Сов.энциклопедия, 1985, с.217, ст.ЛР-89— НА. (54) СПОСОБ ПОДАЧИ РАБОЧИХ КОМПОНЕНТОВ В РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к ракетной технике, в частности к способам стендовой отработки жидкостных ракетных двигателей. Цель изобретения — повышение эффектив»5U 1774047 А1 ности способа и надежности устройства. Цель достигается за счет того, что в период переключения эжектируют поток компонента из одной емкости потоком компонента иэ другой. Перед пуском двигателя открывают клапаны 13,14 и 15, наддувая тем самым баки 1 и 2 с жидкими рабочими компонентами. Открывают клапан 10 и топливо поступает из бака 1 по трубопроводу 3, коллектору 9 и патрубку 8 в расходную магистраль 5. После того как двигатель отработал заданное время на компоненте из бака 1, его переключают на питание от бака 2, для чего клапан 10 закрывают, а клапан 11 открывают. В течение переходного периода в расходную магистраль 5 поступают оба компонента, постепенно замещая (за счет эжекции) один компонент на другой при этом перетеканий компонентов из одного тракта (бака) в другой не происходит. 1 с. и 1 з.п.ф-л ), 2 ил. 1774047 20 30 Изобретение относится к реактивной технике и может быть использовано в двига гелях реактивных летательных аппаратов и в стендовых установках. Известен способ подачи рабочих компонентов в реактивный двигатель, основанный на последовательном подключении расходных емкостей к общей расходной магистрали двигателя (1). Известно устройство для осуществления указанного способа, содержащее два бака с рабочими компонентами, подводящие трубопроводы, подсоединенные к общей расходной магистрали двигателя, и пускоотсечные клапаны, установленные в подводящих трубопроводах(21. Известный способ подачи рабочих компонентов B реактивный двигатель является неэффективным, поскольку в процессе переключения работающего двигателя с одной расходной емкости на другую происходит перетекание рабочего компонента из одной емкости в другую, например, вследствие разности гидравлических столбов (по принципу сообщающихся сосудов) при одинаковых давлениях наддува емкостей, когда один пускоотсечной клапан (расположенный за первой емкостью) еще полностью не закрылся, а другой (расположенный за второй емкостью) не открылся. Происходящее перетекание компонентов приводит к их перемешиванию в рабочих емкостях, что нежелательно, а в некоторых случаях и просто недопустимо (например, попадание в емкость с пусковым горючим несамовоспламеняющегося основного горючего для жидкостно-ракетного двигателя многократного запуска). Известное устройство является ненадежным, поскольку в процессе переключения не исключает перетекания компонентов между рабочими емкостями. Цель изобретения — повышение эффективности способа и повышение надежности устройства. Цель достигается в способе за счет того, что в период переключения эжектируют поток компонента из одной емкости потоком компонента из другой, а устройство снабжено установленным в месте соединения подвоцящих трубопроводов с расходной магистралью эжектором, выполненным в виде коаксиальных патрубков равного проходного сечения. причем канал внутреннего патрубка соединен подводящим трубопроводом с одним баком, а кольцевой канал внешнего патрубка соединен с вторым баком. Кроме того, устройство снабжено эксцентрично установленным на внешнем патрубке кольцевым коллектором, ось которого смещена в сторону подводящего трубопровода, при этом его полость соединена с внешним кольцевым каналом, а длина внутреннего патрубка не менее трех диаметров его канала, На фиг, 1 схематично изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 — разрез А — А на фиг. 1, Устройство содержит баки (расходные емкости) 1 и 2 с рабочими компонентами (топливом), подводящие трубопроводы 3 и 4, которые подсоединены к общей расходной магистрали 5 реактивного двигателя. В месте соединения установлен эжектор 6, выполненный в виде двух коаксиальHûх патрубков: внутреннего 7, канал которого длиной I и диаметром d соединен подводящим трубопроводом 4 с баком 2, и внешнего 8, кольцевой канал которого соединен подводящим трубопроводом 3 с баком 1. На внешнем патрубке установлен кольцевой коллектор 9, ось которого а-а смещена относительно оси эжектора б — б в сторону подводящего трубопровода 3 на эксцентриситет я, В подводящих трубопроводах, эа баками, установлены пускоотсечные клапаны 10 и 11, открытие (закрытие которых приводит к началу) прекращению подачи s двигатель рабочих компонентов. Они вытесняются из баков газом высокого давления от источника (не показан) через редуктор 12, общий клапан наддува 13 и индивидуальные (для каждого бака) клапаны наддува 14 и 15. Предложенное устройство работает следующим образом, Непосредственно перед включением в работу (пуском) реактивного двигателя открывают клапаны 13,14 и 15, осуществляя таким образом наддув баков 1 и 2 с предварительно залитыми в них жидкими рабочими компонентами, При включении двигателя открывают клапан 10, и рабочий компонент (топливо) поступает из бака 1 по трубопроводу 3, ко лектору 9 и патрубку 8 в расходную магистраль 5. После того как двигатель отработал заданное время на компоненте от бака 1, двигатель переключают на питание от бака 2, для чего подают команды на закрытие клапана 10 и открытие клапана 11. В течение переходного периода, пока полностью не осуществится закрытие / от- крытие указанных клапанов, в расходную магистраль 5 поступают оба рабочих компонента. При этом в начальный момент переходного периода поток жидкости в канале внешнего эжекторного патрубка 8 подсасывает из внутреннего к"íàëà 7 жидкость,,поступающую сюда небольшим расходом из бака 2; в конце же переходного периода наблюдается обратная картина: жидкость, 1774047 все еще поступающая в канал 8, эжектируется возросшим потоком компонента в канале 7. Таким образом, в процессе переходного периода в расходной магистрали 5 происходит постепенное замещение одного рабочего компонента (топлива) другим, и в конечном счете двигатель полностью переходит на питание с бака 1 на бак 2. В процессе этого не происходит перетеканий компонентов из одного расходного бака (тракта) в другой. При необходимости вновь переключить двигатель на питание от бака 1 (с бака 2) подают команды на закрытие клапана 11 и открытие клапана 10; при этом в эжекторе происходят идродинамические процессы, аналогичные описанным, но в обратном порядке. Для надежной работы эжектора 6 необходимо, чтобы его внутренний и внешний каналы имели равное проходное сечение; надежность еще более повышается благодаря вышеупомянутому кольцевому коллектору 9 и вышеуказанному соотношению размеров (I/о) внутреннего патрубка. При этом каналы эжектора становятся абсолютно равноценными в гидродинамическом отношении, выполняя в процессе переключения активную и пассивную роль попеременно, в зависимости от и оследовател ь ности подкл ючения расходных емкостей к двигателю. Очевидно, что действие устройства не изменится, если баки 1 и 2 поменять местами. Пример. На стенде испытывают реактивный двигатель, использующий синтетическое углеводородное горючее, которое характеризуется высокими энергетическими характеристиками (обеспечивает получение высокого удельного импульса тяги), но представляет опасность для человека и окружающей среды ввиду повышенной токсичности. Эта опасность особенно велика при предпусковых и послепусковых операциях, когда тракты стенда и двигателя заполнены рабочими компонентами, которые к тому же необходимо дренировать и сливать. Весьма неблагоприятны в экологическом отношении переходные процессы запуска и останова двигателя, когда в реактивной струе содержится большое количество несгоревших токсичных веществ. По указанным причинам запуск и останов испытуемого двигателя осуществляют на нештатном горючем— керосине, экологически намного более безопасным, нежели вышеупомянутое штатное горючее. С этой целью в стендовой системе предусмотрен бак керосина (1) в дополнение к баку синтетического углеводородного горючего (2). Емкость первого бака составляет 500 кг, второго 40 т — в расчете на 55 расход 80 кг/с в течение 500 с. За 60 с до пуска двигателя осуществляют наддув обоих баков азотом при избыточном давлении 2 кгс/см — путем открытия клапанов 13 — 15. г По команде "Пуск" открывают клапан 10, вследствие чего керосин поступает из бака 1 в двигатель, и тот в течение 3 с выходит на установившийся режим работы. Затем, спустя 1 с, приступают к переключению двигателя на штатное горючее, для чего подают команды на закрытие клапана 10 и открытие клапана 11. Полное срабатывание их происходит в течение 5 с(время открытия / закрытия тйпичных пневмоклапанов для проходных сечений 200...400 мм), С началом этого процесса осуществляется зжектирование штатного горючего керосином, с постепенным переходом к эжектированию уменьшающегося потока керосина возрастающим расходом штатного горючего, В конечном счете двигатель полностью переходит на питание от бака 2 вместо бака 1. После этого как двигатель отработал заданное время на синтетическом углеводородном горючем, осуществляют его переключение на керосин путем закрытия клапана 11 и открытия клапана 10; затем закрывают клапан 10, осуществляя останов двигателя. В процессе одного испытания могут производиться многократные переключения реактивного двигателя с одного горючего на другое; перед остановом двигателя его — из экологических соображений— переключают на керосин. Формула изобретения 1, Способ подачи рабочих компонентов в реактивный двигатель, основанный на последовательном подключении расходных емкостей к общей расходной магистрали двигателя, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности за счет исключения перетекания компонента из одной емкости в другую в период переключения, эжектируют поток компонента из одной емкости потоком компонента из другой, 2, Устройство для подачи рабочих компонентов в реактивный двигатель, содержащее два бака с рабочими компонентами, подводящие трубопроводы, подсоединенные к общей расходной магистрали двигателя, и пускоотсечные клапаны, установленные в подводящих трубопроводах, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено установленным в месте соединения подводя- щих трубопроводов с расходной магистралью эжектором, выполненным в виде коаксиальных патрубков равного проходного сечения, причем канал внутрен него 1774047 Составитель В. Прищепа Техред M.Ìoðråíòàë Корректор Н. Слободяник Редактор Заказ 3913 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 патрубка соединен подводящим трубопроводом в одним баком, а кольцевой канал внешнего патрубка соединен с вторым баком. 3. Устройство по п.2, о т л и ч а ю щ е е- 5 с я тем, что оно снабжено эксцентрично установленным на внешнем патрубке кольцевым коллектором, ось которого смещена в сторону подводящего трубопровода, при этом его полость соединена с внешним кольцевым каналом, а длина внутреннего патрубка не меньше трех диаметров его канала.
