Разгонный блок «КВРБ»

Разгонный блок КВРБ(КВТК)

Государственный космический научно-производственный центр имени М.В.Хруничева ведет разработку кисло­родно-водородного разгонного блока (КВРБ) (КВТК) для модернизированной ракеты-носителя
"Протон-М" и РКН «Ангара А5». Создание кисло­родно-водородного разгонного блока ба­зируется на основе разработанного в КБХМ жидкостного ракетного двигателя КВД-1.

Конструкция разгонного блока позволяет выполнять длительный полет в условиях космического пространства (до 7, 5 ча­сов) и осуществлять многократное (до 5 раз) включение маршевого двигателя в процессе полета.

Маршевый двигатель устанавливается неподвижно в конической нише, распо­ложенной на нижнем днище бака окис­лителя. В качестве маршевого двигате­ля КВРБ используется модернизиро­ванный жидкостный ракетный двига­тель КВД-1М с турбонасосной систе­мой подачи топлива и дожиганием ге­нераторного газа в камере сгорания. Для управления КВРБ на активных уча­стках полета используются две рулевые камеры, установленные в кардановых подвесах, допускающих отклонение ка­мер в двух плоскостях. Питание руле­вых камер основными компонентами топлива осуществляется от турбонасосного агрегата маршевого двигателя. На нижнем днище бака окислителя уста­новлены два блока двигательной уста­новки малой тяги для стабилизации и ориентации кислородно-водородного блока на пассивных участках полета, а также осадки топлива перед запусками маршевого двигателя. В качестве компонентов топлива в двигательной установ­ке малой тяги используются азотный тетраоксид и несимметричный диметилгидразин.

В составе двигательной установки име­ется система регулирования соотноше­ния расходуемых компонентов топлива, которая обеспечивает одновременное и полное расходование топлива из баков. Наддув бака окислителя и управление пневмоклапанами осуществляется гели­ем, хранящимся в шаробаллонах, распо­ложенных в баке окислителя. Наддув ба­ка горючего осуществляется газообраз­ным водородом, отбираемым от марше­вого двигателя.

Конструкция и характеристики КВРБ позволяют использовать его совместно не только с РН "Протон-М", но и с целым рядом существующих и перспективных РН среднего и тяжелого классов "Анга­ра", "Зенит", "Энергия-М", а также Ariane-5.

Двигатель КВД-1М выполнен по схеме с дожиганием восстановительного генераторного газа. Поддержание и из­менение режима работы двигателя по тяге и соотношению массовых расходов компонентов топлива осуществляется при помощи дросселей, установленных на магистралях питания окислителем генератора и камеры. Дросселирующие элементы дросселей перемещаются эле­ктрическими приводами по командам от системы управления разгонного блока. Запуск и останов двигателя осуществля­ется при помощи агрегатов автоматики, управляемых гелием, подаваемым через функционирующие по программе электропневмоклапаны пневмосистемы РБ. В процессе запуска и останова двигателя производится продувка полостей окис­лителя камеры и газогенератора гелием, подаваемым на из­менение режима работы двигателя по тяге и по соотношению массовых расходов компонентов топлива, которое осуществляется при помощи дросселей, установленных на магистралях питания окислителем генератора и камеры. Дросселирующие элементы дросселей перемещаются эле­ктрическими приводами по командам от системы управления разгонного блока. Запуск и останов двигателя осуществля­ется при помощи агрегатов автоматики, управляемых гелием, подаваемым через функционирующие по программе электропневмоклапаны пневмосистемы РБ. В процессе запуска и останова двигателя производится продувка полостей окис­лителя камеры и газогенератора гелием, подаваемым из пневмосистемы разгон­ного блока. Воспламенение компонентов топлива в камере и газогенераторе осу­ществляется при помощи пиротехничес­ких устройств.

Двигатель может работать совместно с бустерными турбонасосными агрегата­ми окислителя и горючего, создающими необходимые давления компонентов топлива для бескавитационной работы насосов его турбонасосного агрегата. Двигатель снабжен шар-баллоном для раскрутки ТНА при первом запуске ЖРД. Для последующих за­пусков шар-баллон может быть запол­нен водородом высокого давления, отби­раемым из выходного коллектора каме­ры двигателя.

Характеристики двигателя:

Компоненты топлива - жидкий кислород и жидкий водород. Управляющий газ – гелий. Рп = 7,100тс(69,6кН)

In = 462 с

t = 800 с (одного включения - 600 с)

рк = 57 кгс/см²

ргг = 82,3 кгс/см²

Km = 6,0

птна = 42000 об./мин.

Токисл. = 81 К

Тгор. = 21,9 К

Число включений 3

Мдв. = 282 кг

Dдв. = 1580мм

hдв. = 2140 мм

Начало летных испытании КВРБ с мо­дернизированной РН "Протон-М" проводилось в 2003 г. Рп = 7,503 тс (73,58 кН);In = 461 с.

Количество включений - до 5. Впервые в мире в августе 1997 г. испы­тан ЖРД на основе КВД-1, в котором вместо жидкого водорода использовался сжиженный природный газ. В двигате­ле осуществлялось дожигание газогене­раторного газа (с избытком горючего) после турбины. Он оснащен системой обеспечения многократного запуска. Специально разработана рулевая каме­ра небольшой тяги, работающая на СПГ и ЖК.

Второе испытание двигателя на СПГ проведено в мае 1998 г. Рулевая камера прошла испытания на 5 включений об­щей продолжительностью
250 с. Рп = 5,500...6,800 тс (53,92...66,66 кН)

In = 355 с

рк = 3,2...4,4...6,ЗМПа

Km = 2,0...2,2

Для рулевой камеры:

Рп = 200кгс(1,96кН)

Кт = 1,4...1,6

1.4 Разгонный блок «ДМ»

Разгонный блок "ДМ" предназначен для применения на РН
"Протон-К", "Протон-М" и "Зенит-3"и может быть предложен на РКН «Ангара А5». При выведении КА на геостационарную орбиту РН может работать по двух - или трехимпульсной схеме.При этом в зависимости от заданной долготы стояния спутника на геостационарной орбите меняется время нахождения блока на промежуточных орбитах и соответственно общее время полета, которое может составлять от 7 до 21 часа.Во время полета разгонный блок может функционировать или полностью в автономном режиме, или управляться по радиоканалам с Земли.

Основные массово-габаритные параметры блока следующие:

• максимальная длина – 6,28 м;

• диаметр в средней части - 3,7м;

• диаметр по стыку с РН - 4,1 м;

• масса сухого блока без сбрасываемых элементов - 2200 кг;

• масса КРТ и газов - 15095 кг;

в том числе:

• окислитель - жидкий кислород - 10610 кг,

• горючее - керосин (РГ-1) - 4330 кг.

Конструктивно-компоновочная схема блока представлена на рисунке 7. Основным силовым элементом конструкции является межбаковый отсек, к верхнему шпангоуту которого стыкуется ферма крепления приборного контейнера. Эта же ферма используется и для крепления космического аппарата, который устанавливается на кольцевом шпангоуте, расположенном на внутреннем ярусе фермы. Межбаковый отсек в верхней своей части имеет узлы крепления фермы, к которой присоединен шаровый бак окислителя. К нижней части межбакового отсека пристыкована двухъярусная ферма, которая используется для крепления торового бака горючего и маршевого двигателя.

Бак окислителя, в котором размещается жидкий кислород, содержит внутреннюю арматуру, магистрали заправки и слива, наддува и дренажа, указатель наполнения бака при заправке и внутрибаковые перегородки. Внутри бака размещены два шар-баллона с гелием, который используется для наддува баков, продувок, раскрутки турбин бустерных насосных агрегатов и ряда других целей. Внешняя поверхность бака и расходные магистрали закрыты экранно-вакуумной теплоизоляцией (ЭВТИ) и гермочехлом. Внутренняя-полость под чехлом при подготовке к пуску продувается предварительно осушенным азотом и гелием.

Бак горючего имеет торовую форму и размещен в нижней части разгонного блока.Он закреплен на внешнем ярусе двухъярусной фермы и имеет также дополнительное крепление по внутреннему контуру этой фермы. С целью уменьшения остатков незабора компонента бак горючего наклонен относительно продольной оси на 3 градуса. Внешняя ее поверхность частично закрыта ЭВТИ, а на верхнем его днище и на двухъярусной ферме размешены элементы системы управления и системы телеизмерений, а также арматура ПГС двигателя. ЖРД РД-58М многократного запуска, с турбонасосной системой подачи выполнен по схеме с дожиганием окислительного газа. Он закреплен в карданном подвесе на внутреннем ярусе двухъярусной фермы. Такая установка двигателя позволяет производить управление по каналам тангажа и рыскания. Для управления по крену используется поворотное сопло, работающее на горячем генераторном газе, частично отбираемом после турбины ТНА и обеспечивающем работу турбин бустерных насосных агрегатов окислителя и горючего. Последние располагаются непосредственно на выходе из соответствующих баков. В состав ЖРД РД58М входят также блок многократного запуска и агрегаты автоматики с пневмоуправлснием. Кроме того, на блоке "ДМ" установлены два двигателя системы обеспечения запуска, которые закреплены на нижнем днище бака горючего и предназначены для создания начальной осевой перегрузки. Они работают на гидразине и включаются перед запуском основного ЖРД. Для предотвращения теплового воздействия истекающей газовой струи на элементы конструкции и ЖРД используется донная защита, которая представляет собой сваренный из трубок каркас, обтянутый ЭВТИ. Приборный отсек выполнен в виде герметичного торообразного контейнера.Он закреплен на внутреннем и внешнем ярусах верхней фермы. Контейнер изготовлен разъемным и содержит приборы системы управления, а также воздушно-жидкостную систему терморегулирования. Разгонный блок комплектуется коническим и цилиндрическим переходниками, которые связывают его с РН. При отделении РБ от третьей ступени РН конический переходник отделяется вместе со ступенью, а через некоторое время сбрасывается и цилиндрический переходник.

Блок «ДМ» разработан и производится НПО "Энергия», эксплуатируется с РН «Протон» с 1974 года, а его прототип — блок»Д» - с 1967 года.

Блок «ДМ» существует в двух модификациях: с аппа­ратурой командно-измерительного комплекса, разме­щаемой в приборном отсеке, и без нее, когда для реше­ния задач управления и измерения используется аппара­тура космического аппарата.

Двигатель 11Д58М является представителем семей­ства кислородно-углеводородных ЖРД, разработанных НПО "Энергия» (1970-1973 гг.) для разгонных блоков, обеспечивших реализацию большинства национальных программ исследования космоса.

Компоненты топлива:

• окислитель — жидкий кислород с температурой от минус 194 до минус 177° С;

• горючее — нафтил (керосин) или синтин. Подтвержденная надежность двигателя 0,997 при до­верительном уровне 0.9. Каждый двигатель проходит контрольные испытания без переборки с использовани­ем прогрессивных средств диагностирования техничес­кого состояния.

Жидкостной ракетный двигатель 11Д58М разработан в НПО «Энергия» под руководством Б. А. Соколова. Се­рийно изготавливается на Воронежском механическом заводе.

Рисунок 7 - Разгонный блок «ДМ»:

1 - межбаковый отсек; 2 - ферма крепления приборного отсека, 3-приборный отсек, 4 - внутрибаковые перегородки, 5 - патрубок наддува и дренажа, 6 - указатель наполнения бака при заправке, 7 -баллон с гелием; 8 - сбрасываемый переходный отсек; 9 - бак окислителя; 10- двухярусная ферма; 11 - бак горючего; 12 - блок многократного запуска; 13-карданный подвес двигателя; 14-ЖРД РД-58М; 15-донная тепловая защита; 16-конический переходный отсек.

а б

Рисунок 8 - а – конструктивно-компоновочная схема разгонного блока«ДМ»; б – блок «ДМ» в МИКе космодрома на испытаниях

Блок «ДМ» состоит из:

• маршевого двигателя;

• двух двигательных установок стабилизации и ори­ентации;

• сферического бака окислителя;

• тороидального бака горючего;

• приборного отсека;

• аппаратуры командно-измерительного комплекса;

• отделяемых в полете нижнего и среднего переходников.

Поиск по сайту: