Беседы о ракетных двигателях

Автоматика ЖРД

АВТОМАТИКА жидкостного ракетного двигателя — совокупность устройств, обеспечивающих управление, регулирование и обслуживание ЖРД. По выполняемым функциям автоматику ЖРД можно условно разделить на агрегаты управления (рис. 1-6) и агрегаты регулирования (рис. 7-9). Первые из них представляют собой клапаны, при помощи которых осуществляются пуск и отсечка потока жидкости (газа) в магистралях ЖРД. Агрегаты регулирования используются для поддержания или для изменения параметров потока.

Рис. 1. Автоматический клапан (открывается давлением рабочей среды) с дренажным пироклапаном для камеры ЖРД РД-216: 1 — клапан; 2 — срезаемая перемычка дренажного пироклапана; 3 — гнездо под пироклапан	Рис. 2. Отсечной пироклапан для газогенератора ЖРД РД-216: 1 — гнездо под пиропатрон; 2 — клапан со срезаемым буртиком а; 3 — мембрана свободного прорыва (для дренажа жидкости с целью гашения гидроудара)

Рис. 3. Пиромембранный разделительный клапан для входных магистралей ЖРД РД-216, РД-219: 1 — крюк для удерживания срезанной мембраны; 2 — мембрана; 3 — пиропатроны

Рис. 4. Электропневмоклапан непрямого действия для управления редуктором давления ЖРД РД-119: 1 — фильтр; 2 — клапан; 3 — управляющий электроклапан

Клапаны (агрегаты управления), применяемые в ЖРД, могут быть автоматические и управляемые. В автоматических клапанах исполнительный орган перемещается под действием давления потока в той линии, в которой установлен клапан (например, мембрана свободного прорыва, обратный клапан). Управляемый клапан срабатывает от внешнего командного сигнала, причём в клапанах прямого действия исполнительный орган перемещается за счёт энергии командного сигнала (например, под давлением пороховых газов). В типичном управляемом клапане непрямого действия энергия командного сигнала воздействует на стопорное устройство; освободившийся исполнит, орган перемещается пружиной или напором среды. По виду привода управляемые клапаны делятся на пневмо-, пиро-, электро-, электропневмо- и электрогидроклапаны. Пневмоклапаны срабатывают от давления газа, поступающего от баллонов пневмоблока ЖРД. Пироклапаны срабатывают от давления пороховых газов, генерируемых обычно пиропатронами (см. Пиротехнические устройства). В некоторых случаях пороховые газы поступают к клапану от твёрдотопливного газогенератора по трубопроводу. Электроклапаны приводятся в действие электромагнитами. В электропневмо- и электрогидроклапанах электромагниты управляют подачей к исполнительному органу рабочей среды, под действием которой он и срабатывает. Выбор типа клапана определяется назначением, рабочими параметрами ЖРД, используемым топливом, источниками энергии, содержащимися на борту КА. Особенностью автоматики ЖРД является широкое использование клапанов однократного срабатывания: пироклапанов, мембран свободного прорыва и т. д.

Агрегаты регулирования ЖРД делятся по выполняемым функциям на дроссели и регуляторы. Дроссели осуществляют плавное изменение местного гидравлического сопротивления, магистрали (например, путём её частичного перекрытия, как в случае дросселя системы опорожнения баков). Регуляторы обеспечивают поддержание или изменение по определенному закону расхода, давления и соотношения этих параметров. По принципу действия агрегаты регулирования также могут быть прямого и непрямого действия: в первом случае регулирующий орган перемещается непосредственно чувствительным элементом, с которым он жёстко связан; во втором случае чувствительный элемент управляет подачей рабочей среды к регулирующему органу. Как правило, в регуляторах имеется задающее устройство, служащее для введения заданного значения регулируемого параметра.

Рис. 5. Клапан с управляемой заслонкой (США): 1 — корпус; 2 — заслонка; 3 — шток для поворота заслонки; 4 — индикатор положения заслонки; 5 — инертный газ или топливный компонент для открытия клапана; 6 — поршень; 7 — пружина для фиксации заслонки в исходном положении; 8 — инертный газ пли топливный компонент для закрытия клапана	Рис. 6. Шаровой клапан для камеры ЖРД ССМЭ (SSME, США): 1 — кулачок механизма отвода уплотнения; 2 — вал, вращаемый от электрогидроприпода; 3 — сфера; 4 — отводящееся уплотнение
Рис. 7. Редуктор давления с мембраной свободного прорыва для газогенератора ЖРД РД-111: 1 — разделительный сильфон; 2 — штуцер подачи управляющего воздуха; 3 — травящее устройство; 4 — золотник; 5 — мембрана свободного прорыва	Рис. 8. Дроссель системы опорожнения топливных баков (ЖРД РД-111): 1 — неподвижная решетка; 2 — подвижная решётка; 3 — полумуфта для присоединения электропривода; 4 — шток для поворота решётки

Рис. 9. Регулятор расхода для газогенератора ЖРД РД-253: 1 — задающее устройство с приводом от электродвигателя; 2 — золотник стабилизирующего устройства

Среди устройств, выполняющих аналогичные функции, агрегаты автоматики ЖРД выделяются быстротой и точностью срабатывания, высокой герметичностью, малым гидравлическим сопротивлением, небольшими массой и размерами, хотя и работают в условиях химически активных сред, температур от криогенных до сотен °С, давлений до десятков МПа, высоких перегрузок и вибраций и т. д. Так, например, клапан с проходным сечением 45 мм, использующийся для выключения газогенератора ЖРД РД-253, имеет массу 7 кг при максимальном размере 240 мм; стендовый отсечный клапан равного проходного сечения для той же рабочей среды имеет массу 50 кг при максимальном размере 600 мм.
 
Источник: Космонавтика: Энциклопедия / Гл. ред. В. П. Глушко…