10.2. Схемы двигательных установок с вытеснительной системой подачи топлива

Для вытеснения компонентов топлива из баков можно использовать газ высокого давления, продукты сгорания ЖГГ, продукты сгорания ТТГГ. Возможно применение паров жидкости, образующихся в теплообменнике. В современных ДУ для вытеснения компонентов топлива используют заранее запасенный газ высокого давления, тогда легко обеспечить многочисленные циклы работы ДУ. Именно в двигателях многократного включения для управления КА применяют вытеснительную систему подачи топлива. ТТГТ применяют при одноразовом режиме работы и при малом времени работы. ЖГГ могут обеспечить многоцикловый режим работы ДУ, но усложняется конструкция ДУ: на каждом баке свой ЖГГ, требуются дополнительные топливные бачки для запуска самих ЖГГ и пр..

Применительно к двухкомпонентным ДУ с вытеснительной подачей реализованы следующие схемы:

• с монотонным падением давления в баках;

• с дополнительной общей подачей газа в баки в процессе монотонного падения давления в них;

• с дополнительной общей подачей газа в баки в процессе падения давления в каждом из них;

• с общим регулированием давления в баках;

• с автономным регулированием давления газа в баках.

Рассмотрим самую простую схему ДУ с монотонным падением давления в процессе работы двигателя - рис.10.1 a. Диапазон давления в баках 2,4... 10,0 МПа. Такие ДУ просты, обладают малой сухой массой, нет баллонов высокого давления и редукторов давления.

Рис. 10.1. Схемы ДУ с падением давления газа в баках:

а - с монотонным падением давления газа в баках; б – с дополнительной общей подачей газа в баках в процессе монотонного падения его давления; в - с дополнительной автономной подачей газа в баки, в процессе монотонного падения его давления;

1 - заправочно-дренажный газовый клапан; 2 - топливный бак; 3 -капиллярно-заборное устройство; 4 - заправочно-сливной топливный клапан; 5 - топливный фильтр; 6 - баллон с газом высокого давления; 7, 11 — нормально закрытые пироклапаны; 8 - расходная шайба; 9 - нормально открытый пироклапан; 10 - обратный клапан; 12 - сдвоенный пуско-отсечной клапан; 13 - счетверенный пуско-отсечной клапан камеры; 14 - камера; Ок - окислитель; Г - горючее

Рис. 10.2. Газодинамические контуры камер двигателей с одинаковыми значениями тяг в пустоте и давления в срезе, но разными давлениями в камере сгорания

Рис.10.3. Зависимость удельной массы "сухого" двигателя от тяги

Для ДУ с большой массой топлива (сотни кг) более эффективной является схема с дополнительной подачей газа в баки (рис.10.1.б и в). Такая подача происходит при достижении в одном из баков заданного минимального давления - соединение газовой полости баков с баллоном, содержащим газ высокого давления. Данная схема позволяет обеспечить более полную заправку бака топливом и уменьшить диапазон изменения давления на входе в двигатель. Дополнительная подача газа происходит после срабатывания нормально закрытых клапанов 7 и 11 (эти клапаны предотвращают соприкосновение паров окислителя и горючего до начала дополнительной подачи). После завершения процесса дополнительного наддува подается команда на срабатывание нормально открытых клапанов 9, при этом герметизируется газовая область каждого бака и предотвращается проникновение компонентов топлива в гелиевый баллон высокого давления.