×
20.05.2013
216.012.4050

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УВОДА ОТДЕЛЯЮЩЕЙСЯ ЧАСТИ РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ С ОРБИТЫ ПОЛЕЗНОЙ НАГРУЗКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к ракетно-космической технике, в частности к ракетам космического назначения (РКН) с жидкостными ракетными двигателями (ЖРД). Газовый ракетный двигатель (ГРД) предназначен для увода отделяющейса части (ОЧ) РКН с орбиты полезной нагрузки. ГРД обеспечивает вращение вокруг продольной оси и стабилизацию углового положения отделяющейся части РКН. Принцип работы ГРД основан на сбросе газа наддува до начала процесса газификации жидких остатков компонентов ракетного топлива (КРТ), что приводит к увеличению скорости истечения продуктов сгорания из сопла. Дополнительные электропневмоклапаны установлены перед смесительным коллектором и обеспечивают принцип работы ГРД. Изобретение позволяет повысить эффективность использования жидких остатков КРТ и газов наддува в топливных баках ОЧ ступеней РКН на момент выключения маршевого ЖРД. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к ракетно-космической технике, в частности к ракетам космического назначения (РКН) с жидкостными ракетными двигателями (ЖРД), турбонасосной системой подачи компонентов ракетного топлива (КРТ) и системой наддува топливных баков.

Одной из основных проблем, возникающих при эксплуатации РКН, является наличие остатков топлива после выключения маршевого ЖРД. Эти остатки обусловлены различными причинами и могут составлять до 3% от начальных запасов топлива, а остатки сжатого газа в шар-баллонах могут составлять до 30% от начальных запасов, представляя потенциальную угрозу взрыва отделяющихся частей (ОЧ) на орбитах выведения полезных нагрузок или преждевременного взрыва при спусках в районы падения.

В качестве одного из мероприятий, рекомендованных Международным межагентским комитетом по космическому мусору для исключения взрыва ОЧ на орбитах, предусматривается пассивация всех источников энергии, в том числе сброс остатков топлива, сжатого газа, обнуления электрических батарей, остановка маховиков.

Известны способ и устройство использования энергетических ресурсов, заключенных в невыработанных остатках жидкого топлива и газа наддува в баках после выключения маршевого ЖРД для обеспечения придания импульса разведения полезной нагрузки и ОЧ верхней ступени (блок «И») РКН «Союз», описанные на стр.107-108 статьи «Оценка возможности управляемого схода с орбиты верхней ступени РН "Союз" за счет использования остатков топлива в баках» // Вестник Самарского аэрокосмического университета / И.В.Белоконов, Г.Е.Круглов, В.И.Трушляков, В.В.Юдинцев - Самара, 2010. - №2 (22). - С.105-112.

Способ включает обеспечение закрутки верхней ступени РКН «Союз» (блок И) и сообщение ей дополнительного импульса для безопасного увода от космического аппарата.

Устройство, содержащее реактивное сопло, расположенное под углом к продольной оси ракеты, предназначено для сброса газа наддува из бака окислителя и газифицированного в результате сброса давления наддува из бака некоторой части жидкого кислорода, с целью закрутки блока «И» и сообщения ему дополнительного импульса для безопасного увода от космического аппарата.

Однако применение данного технического решения малоэффективно, т.к. не используется значительный ресурс, заключенный в жидких остатках топлива, а также невыработанный газ, находящийся в шар-баллонах.

Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемому способу и устройству для его осуществления является способ увода отделившейся части ракеты-носителя с орбиты полезной нагрузки и двигательная установка для его осуществления (патент РФ на изобретение №2406856 от 11.06.2008 г. Опубл. 20.12.2010, Бюл. №35).

Способ включает обеспечение вращения ОЧ ступени РКН вокруг продольной оси до достижения стабилизации ее углового положения в пространстве, газификацию жидких остатков невыработанных КРТ в баках окислителя и горючего, обеспечение тормозного импульса за счет их сгорания в камере газового ракетного двигателя (ГРД) и высокоскоростное истечение продуктов сгорания в космическое пространство.

Устройство для осуществления способа представляет собой двигательную установку (ДУ), включающую в свой состав топливные баки окислителя и горючего, систему наддува баков, ГРД с системой питания и системой газификации остатков КРТ. Система питания содержит устройства отбора газа, снабженные пиромембранами, которые подсоединены к коллектору ГРД.

Недостатком данного технического решения является низкая эффективность использования жидких остатков КРТ и газов наддува в топливных баках ОЧ на момент выключения маршевого ЖРД, что приводит к следующему:

- количество теплоты, которое необходимо подать в топливный бак для газификации остатков топлива (нагрев до кипения+испарение) пропорционально давлению в баке;

- наличие нейтральных газов наддува в газифицированной топливной смеси (газифицированные компоненты топлива+газы теплоносителя+остаточные газы наддува) приводят к ее разбавлению и, в конечном счете, снижению газовой постоянной R, температуры горения топливной смеси в камере, что в конечном итоге снижает скорость истечения продуктов сгорания из сопла ракетного двигателя.

Кроме того, не используются неизрасходованные остатки газа в шар-баллонах системы наддува топливных баков.

Техническим результатом изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение эффективности использования жидких остатков КРТ и газов наддува в топливных баках ОЧ ступеней РКН на момент выключения маршевого ЖРД.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе увода ОЧ ступени ракеты-носителя, основанном на вращении ОЧ ступени РКН вокруг продольной оси до достижения стабилизации ее углового положения в пространстве, газификации жидких остатков невыработанных КРТ в баках окислителя и горючего, обеспечении тормозного импульса за счет их сгорания в камере ГРД и высокоскоростного истечения продуктов сгорания в космическое пространство, согласно заявленному изобретению осуществляют сброс газа наддува, находящегося в топливной системе, через камеру ГРД до величины давления, определяемого из условия максимума характеристической скорости.

Технический результат в части устройства достигается также за счет того, что ДУ, включающая в свой состав топливные баки окислителя и горючего, систему наддува баков, ГРД с системой питания и системой газификации остатков компонентов ракетного топлива, согласно заявляемому изобретению ДУ дополнительно снабжена управляемыми электропневмоклапанами, расположенными непосредственно перед смесительным коллектором ГРД, для сброса газа наддува из топливной системы.

Сущность технического решения поясняется чертежом, на котором

изображено устройство для осуществления заявляемого способа, применительно к современным РКН, в том числе многоблочного типа (продольно-поперечная схема), например отечественные перспективные РКН «Русь-М», «Ангара», «Союз», американские «Ares», европейская «Ariane-5», японские «Н-II/IIA», индийская «GSLV».

Предложенный способ осуществляется следующим образом:

- открывается управляемый электропневмоклапан 1 и из баков горючего, с имеющимся давлением газа наддува, газ, попадая в смесительный коллектор 3, сбрасывается через ГРД 4 до величины давления, определяемой из условия максимума характеристической скорости;

- по достижении заданного давления в баках горючего электропневмоклапан 1 закрывается;

- открывается электропневмоклапан 2, и из баков окислителя, с имеющимся давлением газа наддува, газ, попадая в смесительный коллектор 3, сбрасывается через ГРД 4;

- через электропневмоклапан 5 газ наддува из шар-баллонов 6 поступает в смесительный коллектор 3 и сбрасывается через ГРД 4.

После сброса давления газа наддува осуществляется газификация жидких остатков невыработанных КРТ в баках окислителя и горючего, обеспечение тормозного импульса за счет их сгорания в камере ГРД и высокоскоростного истечения продуктов сгорания в космическое пространство.

Ресурсы энергетики, заключенные в невыработанных запасах топлива и газа, рассматриваются в величине характеристической скорости, определяемой по формуле К.Э.Циолковского:

В соответствии с предлагаемым техническим решением характеристическая скорость (1) может состоять из:

- ΔVисп за счет использования всех остатков газа наддува.

где Mo - масса ОЧ ступени РКН с остатками топлива Мост.топ, активной бортовой системы увода (АБСУ) и топлива для газогенератора сброса газа наддува Мгаз.наддува или отработки газифицированного топлива через ГРД;

Мк - масса ОЧ ступени РКН с остатками топлива Мост.топ, активной бортовой системы увода (АБСУ) и топлива для газогенератора , после сброса газа наддува Мгаз.наддува или отработки газифицированного топлива через ГРД;

- ΔVP за счет изменения скорости истечения газов наддува или продуктов сгорания ω, обусловленное увеличением удельного импульса ГРД, за счет повышения концентрации паров КРТ в газифицированной топливной смеси и уменьшения массы системы газификации жидких остатков КРТ (уменьшение запасов топлива для получения теплоносителя), т.к. предварительно был осуществлен сброс нейтрального газа наддува (азот, гелий).

где ω(p) - скорость истечения газов наддува или продуктов сгорания из ГРД, которая зависит от степени разбавленности газифицированных КРТ, например, для КРТ кислород - керосин ω=2750 м/с при химически чистых КРТ, а для разбавленных газами наддува и теплоносителем - в зависимости от степени разбавленности 10-30% составляет 1900-2000 м/с (см. кн.1 Омский научный вестник, статья Трушлякова В.И., Куденцова В.Ю. «Разработка критериев для оценки параметров процесса газификации жидкого ракетного топлива в условиях малой гравитации», стр.99).

Сброс давления газа наддува (p2-p1) приводит не только к снижению разбавленности газифицированных КРТ, но и к уменьшению массы АБСУ MАБСУ за счет уменьшения массы топлива для газогенератора и количества шар-баллонов под него.

Следовательно, масса АБСУ МАБСУ зависит от необходимого количества теплоты QΣ, подаваемой в бак ОЧ ступени РКН, для газификации заданных остатков топлива Мост.топ при давлении Р и температуре T газа наддува:

где T - температура жидких остатков КРТ;

р - давление в баке ОЧ ступени РКН;

M - масса жидких остатков КРТ и газа наддува,

и рассчитывается с привлечением кн.1 и кн.2 (Беляев Е.Н., Чванов В.К., Черваков В.В. Математическое моделирование рабочего процесса жидкостных ракетных двигателей: Учебник. / Под ред. В.К.Чванова.- М.: Изд-во МАИ, 1999. с 96-149).

Давление, до которого сбрасывается газ наддува, определяется из условия максимума характеристической скорости (1) и определяется из уравнения Менделеева-Клайперона:

где МГ - масса газа наддува;

Vб - объем бака, за исключением объема остатков КРТ;

R - универсальная газовая постоянная для газа наддува;

ТГ - температура газа наддува в баке.

Вместе со сбросом массы газа МГ с температурой TГ из бака происходит снижение температуры оставшегося топлива на величину ΔТ:

Реализация предлагаемого способа и устройства для его осуществления позволяет повысить эффективность использования энергетических характеристик остатков жидкого топлива и газов наддува в баках ракет на любых РКН, использующих жидкие КРТ, а также на разгонных блоках и космических аппаратах, использующих ЖРД.


СПОСОБ УВОДА ОТДЕЛЯЮЩЕЙСЯ ЧАСТИ РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ С ОРБИТЫ ПОЛЕЗНОЙ НАГРУЗКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 161-162 из 162.
17.02.2018
№218.016.2a78

Способ проведения лётно-конструкторских испытаний автономного стыковочного модуля для очистки орбит от космического мусора

Изобретение относится к ракетно-космической технике. Способ проведения летно-конструкторских испытаний (ЛКИ) автономного стыковочного модуля (АСМ) для очистки орбит от крупногабаритного космического мусора основан на выборе мишени из имеющихся на орбитах для их увода на орбиты утилизации,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002643020
Дата охранного документа: 29.01.2018
29.05.2018
№218.016.5565

Динамический гаситель колебаний

Изобретение относится к области машиностроения. Динамический гаситель колебаний содержит корпус. Инерционная масса расположена внутри корпуса в виде рабочей жидкости (6). Рабочая жидкость заключена в резинокордную оболочку (2) и сообщена с входными отверстиями инерционных трубок (3). Выходные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002654241
Дата охранного документа: 17.05.2018
Показаны записи 161-170 из 182.
17.02.2018
№218.016.2a00

Способ спуска отделяющейся части ракеты-носителя

Изобретение относится к ракетно-космической технике и касается отделяющихся частей (ОЧ) ступеней ракет-носителей (РН) при их движении по траектории спуска. Спуск ОЧ РН на жидких компонентах топлива в заданный район падения основан на стабилизации ОЧ, ориентации и управляемом движении ОЧ за счет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002643073
Дата охранного документа: 30.01.2018
17.02.2018
№218.016.2a78

Способ проведения лётно-конструкторских испытаний автономного стыковочного модуля для очистки орбит от космического мусора

Изобретение относится к ракетно-космической технике. Способ проведения летно-конструкторских испытаний (ЛКИ) автономного стыковочного модуля (АСМ) для очистки орбит от крупногабаритного космического мусора основан на выборе мишени из имеющихся на орбитах для их увода на орбиты утилизации,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002643020
Дата охранного документа: 29.01.2018
10.05.2018
№218.016.4b5b

Способ моделирования процесса газификации остатков жидкого компонента ракетного топлива в баках отработавшей ступени ракеты-носителя и устройство для его реализации

Изобретение относится к ракетно-космической технике. Способ и устройство моделирования процесса газификации остатков жидкого компонента ракетного топлива в баках отработавшей ступени (ОС) ракеты-носителя, основанный на введении в экспериментальную модельную установку (ЭМУ) теплоносителя (ТН),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002651645
Дата охранного документа: 23.04.2018
29.05.2018
№218.016.55b6

Способ газификации невырабатываемых остатков жидкого кислорода и керосина в баках ступени ракеты-носителя и устройство для его реализации

Группа изобретений относится к ракетно-космической технике. Способ газификации невырабатываемых остатков жидкого кислорода и керосина в баках ступени ракеты-носителя после выключения маршевого жидкостного ракетного двигателя основан на подаче теплоты в баки с остатками компонентов топлива в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002654235
Дата охранного документа: 17.05.2018
12.07.2018
№218.016.6fbf

Способ газификации остатков жидкого компонента топлива в баке отработавшей ступени ракеты-носителя и устройство для его реализации

Группа изобретений относится к ракетно-космической технике. Способ газификации остатков жидкого компонента топлива (КТ) в баке отработавшей ступени ракеты-носителя (РН) основан на подаче горячих газов (теплоносителя) в топливный бак и сбросе продуктов газификации (ПГ) по достижении заданного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002661047
Дата охранного документа: 11.07.2018
21.11.2018
№218.016.9f18

Способ минимизации зон отчуждения отделяемых частей ракеты-носителя

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано для сокращения районов падения отделяющихся частей ступеней ракет-носителей. Технический результат - снижение площадей зон отчуждения из-за отделяемых частей за счет обеспечения их полного сгорания на атмосферном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002672683
Дата охранного документа: 19.11.2018
29.12.2018
№218.016.ad23

Способ очистки орбит от объектов космического мусора

Изобретение относится к методам и средствам очистки орбит от космического мусора, главным образом отработанных ступеней (ОС) ракет-носителей. Способ включает выведение в область очистки космического аппарата-буксира (КАБ) (1) и автономного стыковочного модуля (АСМ) (2) на тросе (4). АСМ (2)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002676368
Дата охранного документа: 28.12.2018
24.01.2019
№219.016.b338

Способ моделирования процесса тепло- и массообмена при испарении жидкости и устройство для его реализации

Группа изобретений относится к ракетно-космической технике и может быть использована при проведении экспериментальных исследований при физическом моделировании процессов испарения остатков жидкого топлива в баках отделяющихся частей ступеней ракет-носителей. Раскрыт способ моделирования...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002677868
Дата охранного документа: 22.01.2019
10.04.2019
№219.017.0744

Способ управления ракетами космического назначения

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано при расчете энергетически оптимальных программ управления выведением первых ступеней ракет космического назначения (РКН) исходя из снижения влияния ограничений, обусловленных обеспечением падения отделяющихся частей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002456217
Дата охранного документа: 20.07.2012
29.05.2019
№219.017.69f7

Способ увода космического мусора с орбит полезных нагрузок на основе использования отделившейся части ракеты-носителя, разгонного блока и устройство для его реализации

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано для очистки околоземного космического пространства от прекративших активное существование космических аппаратов, их обломков, отделившихся частей (ОЧ) последних ступеней ракет-носителей (РН) и разгонных блоков (РБ)....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002462399
Дата охранного документа: 27.09.2012
+ добавить свой РИД