Проектирование пневмогидросистемы первой ступени баллистической ракеты (стр. 5 из 11)
Масса конструкции шарбаллона (включая массу дополнительных устройств и элементов крепежа):
Масса рабочего тела (азота):
,где
– газовая постоянная для азота; 
– температура газа наддува.Масса «холодной» системы наддува для бака горючего:
.5.1.6 Расчёт “холодной” системы наддува с подогревом для бака окислителя
Потребный объём аккумулятора давления:
,где
– температура входа газа наддува в бак.Радиус шарбаллона:
.Толщина стенки шарбаллона:
.Внешний объём шарбаллона:
.Объём оболочки шарбаллона:
.Масса конструкции шарбаллона (включая массу дополнительных устройств и элементов крепежа):
Масса рабочего тела (азота):
.Масса “холодной” системы наддува с подогревом для бака горючего:
.5.2 Оценочный расчёт массы и габаритов “горячей” системы наддува
Выполнение расчёта
5.2.1 Бак горючего
Бак горючего надувается отобранным после турбины «мятым» газом от основного газогенератора.
Для определения массы конструкции горячей системы наддува существует эмпирическая зависимость:
.Принимаем:
. 
,где
– масса рабочего тела: 
; 
– эффективная работоспособность газа, при 
определяется по формуле: 
,где
.5.2.2 Бак окислителя
Бак окислителя надувается основным компонентом топлива (кислородом), прошедшем через теплообменник.
; 
; – эффективная работоспособность кислорода при 
: 
. 
.Вывод:
Масса холодной системы наддува для обоих баков:
.Масса холодной системы наддува с подогревом газа для обоих баков:
.Масса горячей системы наддува:
.Как видно из результатов расчёта «холодная» система наддува даже с подогревом газа имеет значительную массу и размеры. Поэтому будем использовать «горячую» систему наддува:
для горючего - от основного ЖГГ с отбором газа до турбины;
для окислителя – с отбором части компонента после насоса и его испарением в теплообменнике.
6. Описание схемы ПГС и её работа на всех этапах функционирования
6.1 Описание схемы ПГС
ПГС – совокупность пневмогидравлических устройств ЖРДУ, состоящих из ПГС одного или нескольких ЖРД, топливных баков (ТБ), расходных магистралей, вспомогательных устройств и систем, обеспечивающих заправку ТБ компонентами топлива (КТ), зарядку аккумуляторов давления, хранения рабочих продуктов без изменения их свойств в заданном диапазоне параметров, предпусковой и основной наддувы баков, непрерывную подачу КТ в КС ДУ, работу агрегатов автоматики и регулирования в соответствии с циклограммой работы и программой полёта.
ПГС включает в себя следующие комплексные системы:
- топливная система - совокупность пневмогидравлических устройств, обеспечивающих хранение КТ, питание КТ ЖРД для их нормального функционирования при старте и в полёте. В неё входят баки окислителя и горючего (БО, БГ), газогенератор (ЖГГ), насосы окислителя и горючего (НО, НГ), расходные магистрали с электропневмоклапанами (ЭПК) и дросселями (Д).
- система заправки - совокупность устройств, обеспечивающих заправку, насыщение газом, дозаправку, слив и повторную заправку КТ. В неё входят магистрали 106, 107 с заправочно-сливными клапанами ЗСК1 и ЗСК2, а также ЭПК7 и Д12.
- система предварительного наддува - совокупность устройств, обеспечивающих наддув (поднаддув) ТБ до выхода на режим системы основного наддува. Состоит из магистралей 104, 105. БО надувается подогретым кислородом, а БГ – воздухом.
- система основного наддува - совокупность устройств, обеспечивающих наддув ТБ при работающей ДУ. Наддув БГ производится газом, отобранным до турбины. Система основного наддува БГ включает в себя обратный клапан КО1 и дроссель Д1. Наддув БО производится КТ (кислородом), прошедшим через испаритель И. Система основного наддува БО включает в себя КО2 и Д6.
- система пневмоуправления агрегатами состоит из бортбаллона ББ1, магистралей подвода управляющего давления 101, 102, 103.
- система регулирования кажущейся скорости (РКС) - совокупность устройств, обеспечивающих конечные параметры ЛА в конце активного участка траектории (АУТ) за счёт изменения тяги ДУ. РКС состоит из дросселей Д2 и Д3, регулирующих по командам системы управления подачу КТ в ЖГГ.
- система одновременного опорожнения баков (СОБ) - обеспечивает одновременное израсходование КТ из баков к моменту выключения двигателя путем изменения в допустимых пределах коэффициента соотношения КТ (
). Система включает в себя два датчика ДСОБ1 и ДСОБ2. Регулирование коэффициента осуществляется с помощью регулируемых дросселей Д5 и Д8.- система контроля уровня – предназначена для дистанционного измерения уровней КТ в ТБ и выдачи командных сигналов на заправочные средства. Состоит из датчиков ДСКУ1 и ДСКУ2, размещённых на верхних днищах ТБ.
6.2 Описание работы ПГС
6.2.1 Подготовка ракеты к запуску
Подготовка ракеты к заправке
Перед заправкой ракеты в пневмомагистрали 101, 102 и 103 подаётся сжатый воздух. Затем подаётся напряжение на нормально закрытые электропневмоклапаны ЭПК8 и ЭПК10, вследствие чего они открываются и сжатый воздух через фильтры Ф1, Ф3 и дроссели Д7, Д15 поступает к дренажно-предохранительным клапанам ДПК1 и ДПК2. Под воздействием сжатого воздуха ДПК1 и ДПК2 открываются, обеспечивая дренаж находящегося в ТБ газа в атмосферу. Поданный по пневмомагистрали 101 сжатый воздух, проходя через дроссель Д10 открывает заправочно-сливной клапан ЗСК1.
Заправка ракеты топливом
Так как один из КТ (окислитель) является криогенным, то предварительно нужно произвести захолаживание БО и подводящих трубопроводов. Для этого подаётся напряжение на нормально закрытые ЭПК 15 и ЭПК 7, вследствие чего они открываются, и окислитель в определённом количестве поступает в бак по магистрали 106. После чего с ЭПК7 и ЭПК15 снимается напряжение и они закрываются.
Подаётся напряжение на нормально закрытый ЭПК9, вследствие чего он открывается, и сжатый воздух, проходя по пневмомагистрали 102 через фильтр Ф2 и дроссель Д11, открывает ЗСК2.
После открытия ЗСК2 начинается подача КТ в линии 106 и 107. Подаётся напряжение на нормально закрытые ЭПК15 и ЭПК16, после чего они открываются и КТ, проходя через ЭПК15, ЭПК16, ЗСК1 и ЗСК2, поступают в баки ракеты.
Для измерения уровня КТ в ТБ при заправке используются датчики системы контроля уровня ДСКУ1 и ДСКУ2. После подачи сигналов датчиками СКУ снимается напряжение с электропневмоклапанов ЭПК15 и ЭПК16 (клапаны закрываются) – прекращается поступление КТ в ТБ. Одновременно со снятием напряжения с ЭПК15 и ЭПК16, снимается напряжение с ЭПК8, ЭПК9 и ЭПК10 – клапаны закрываются; прекращается поступление сжатого воздуха к ЗСК1, ЗСК2, ДПК1 и ДПК2, что приводит к их закрытию. Заправка завершена.
Зарядка бортбаллона производится после подачи напряжения на нормально закрытый ЭПК13, при этом клапан открывается. Сжатый воздух по пневмомагистрали 108 нагнетается в ББ1 через обратный клапан КО5. Величина давления в бортбаллоне контролируется датчиком давления ДД5. При превышении давлением допустимой величины открывается предохранительный клапан ЭПК18 и воздух стравливается в атмосферу. При достижении давлением заданной величины напряжение с ЭПК13 снимается и он закрывается. Зарядка бортбаллона завершена.