RU2200866C2 - Controlled liquid-propellant rocket engine - Google Patents
Controlled liquid-propellant rocket engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2200866C2 RU2200866C2 RU2000130148A RU2000130148A RU2200866C2 RU 2200866 C2 RU2200866 C2 RU 2200866C2 RU 2000130148 A RU2000130148 A RU 2000130148A RU 2000130148 A RU2000130148 A RU 2000130148A RU 2200866 C2 RU2200866 C2 RU 2200866C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- valves
- hydraulic
- liquid
- fluid flow
- rocket engine
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
- F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
- F02K9/44—Feeding propellants
- F02K9/56—Control
- F02K9/58—Propellant feed valves
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
Description
Область техники
Изобретение относится к ракетному двигателестроению и может быть использовано в авиадвигателестроении.Technical field
The invention relates to rocket propulsion and can be used in aircraft engine construction.
Предшествующий уровень техники
В технике нашли широкое распространение жидкостные ракетные двигатели (ЖРД) с регулированием тяги путем регулирования расходов компонентов топлива, подаваемых в камеру, и газогенератор ЖРД.State of the art
Liquid rocket engines (LRE) with thrust regulation by controlling the flow of fuel components supplied to the chamber and the LRE gas generator are widely used in technology.
Так, известна схема регулирования тяги ЖРД путем регулирования расходов компонентов топлива в газогенератор на основе регуляторов давления и изменения соотношения компонентов топлива в камере по сигналу системы опорожнения баков с помощью регулятора. В этом ЖРД имеются не менее двух жидкостных магистралей топлива высокого давления с регуляторами потока жидкости (см. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей. /Под общей редакцией проф. Г.Г.Гахуна. М.: Машиностроение, 1989, стр. 51, 52, параграф "Регулирование тяги двигателя"). Это техническое решение принимаем за аналог предлагаемого изобретения. Недостаток аналога в том, что в нем сложно обеспечить высокое быстродействие системы регулирования в реальных габаритах ЖРД. So, there is a known scheme for regulating the thrust of a liquid propellant rocket engine by regulating the flow of fuel components to a gas generator based on pressure regulators and changing the ratio of fuel components in the chamber according to the signal from the tank emptying system using a regulator. This LRE has at least two liquid high-pressure fuel lines with fluid flow controllers (see Design and Design of Liquid Rocket Engines. / Under the General Edition of Prof. GG Gakhun. M: Mechanical Engineering, 1989, pp. 51, 52 paragraph "Regulation of engine thrust"). This technical decision is taken as an analogue of the invention. The disadvantage of the analogue is that it is difficult to provide a high-speed regulation system in the actual dimensions of the LRE.
Кроме того, представленный на стр. 51 указанной монографии исполнительный механизм дросселя как регулятор потока жидкости во многих случаях требует мощного электропривода, что не только приводит к большим габаритам и массе, но и требует специального электротехнического производства для его изготовления. Это бывает трудно организовать на ракетных двигателестроительных заводах. Еще один недостаток аналога в сложности схемы регулирования, основанной на использовании трех регуляторов в ЖРД, работающем на двух компонентах топлива. In addition, the throttle actuator shown on
Известен ЖРД РД-253 (см. энциклопедию: Космонавтика. /Под редакцией В.П. Глушко. М., 1985, стр. 331) на двухкомпонентном топливе. Этот ЖРД принимаем за прототип предлагаемого изобретения. Прототип имеет камеру, газогенератор, турбонасосный агрегат с турбиной и центробежными насосами, систему автоматики с клапанами, регуляторами потока жидкости и устройством для стабилизации потока жидкости, имеет топливные магистрали высокого и низкого давления, при этом не менее двух магистралей являются топливными жидкостными магистралями высокого давления, в которых установлены регуляторы потока жидкости. Недостаток прототипа в том, что у него невелико быстродействие системы регулирования при реальных габаритах ЖРД. Кроме того, регуляторы потока жидкости (дроссель и регулятор расхода) снабжены электроприводами, разработка и изготовление которых требует специального производства, что усложняет и удорожает процесс изготовления ЖРД. Known rocket engine RD-253 (see encyclopedia: Cosmonautics. / Edited by V.P. Glushko. M., 1985, p. 331) on two-component fuel. This LRE is taken as a prototype of the invention. The prototype has a chamber, a gas generator, a turbopump unit with a turbine and centrifugal pumps, an automation system with valves, fluid flow controllers and a device for stabilizing the fluid flow; it has high and low pressure fuel lines, and at least two lines are high pressure fuel liquid lines, in which fluid flow controllers are installed. The disadvantage of the prototype is that it has a small speed control system with the actual dimensions of the rocket engine. In addition, the fluid flow regulators (throttle and flow regulator) are equipped with electric drives, the development and manufacture of which requires special production, which complicates and increases the cost of manufacturing the rocket engine.
Раскрытие изобретения
В основу настоящего изобретения ЖРД положена задача повышения быстродействия системы регулирования ЖРД с целью более быстрого изменения величины вектора тяги. Необходимость создания такого ЖРД продиктована целесообразностью большей маневренности ракетного летательного аппарата и более точного его выведения на орбиту.Disclosure of Invention
The basis of the present invention, the LRE is the task of increasing the speed of the control system of the LRE in order to more quickly change the magnitude of the thrust vector. The need to create such a rocket engine is dictated by the feasibility of greater maneuverability of the rocket aircraft and its more accurate launch into orbit.
Сущность изобретения регулируемого ЖРД заключается в том, что ЖРД включает в себя камеру, газогенератор, турбонасосный агрегат с центробежными насосами и турбиной. Имеются также система автоматики, которая содержит клапаны, регуляторы потока жидкости и устройство для стабилизации расхода жидкости, а также топливные магистрали высокого и низкого давления. При этом двигатель содержит не менее двух жидкостных топливных магистралей высокого давления, на которых установлены указанные регуляторы потока жидкости и устройство для стабилизации потока жидкости. Причем регуляторы потока жидкости управляются приводами путем подачи соответствующих электрических команд. Отличительной особенностью заявляемого ЖРД является то, что он снабжен электроклапанами регулирования, подача команд на которые обеспечивает возможность изменения режима работы ЖРД, то есть регулирования как по скорости ракеты, так и по опорожнению топливных баков ракетной двигательной установки. The essence of the invention of an adjustable LRE is that the LRE includes a chamber, a gas generator, a turbopump with centrifugal pumps and a turbine. There is also an automation system that contains valves, fluid flow controllers and a device for stabilizing fluid flow, as well as high and low pressure fuel lines. In this case, the engine contains at least two high-pressure liquid fuel lines, on which the specified fluid flow controllers and a device for stabilizing the fluid flow are installed. Moreover, fluid flow controllers are controlled by drives by submitting the appropriate electrical commands. A distinctive feature of the claimed LRE is that it is equipped with electro-control valves, the issuance of commands for which makes it possible to change the operating mode of the LRE, that is, regulation both in terms of missile speed and in emptying the fuel tanks of a rocket propulsion system.
Электроклапаны регулирования получают команды от имеющегося на двигателе блока формирования команд. Этот блок не обязательно должен быть монтирован на двигателе. Он может быть монтирован также и в каком-либо другом месте ракеты. The control electro-valves receive commands from the command-forming unit on the engine. This unit does not have to be mounted on the engine. It can also be mounted elsewhere in the rocket.
В заявляемом ЖРД не менее двух жидкостных топливных магистралей высокого давления выполнены разветвленными на параллельные ветви, имеющие общий вход и общий выход для каждой из магистралей. Каждый агрегат регулирования выполнен в виде установленных в соответствующих ветвях магистралей гидроклапанов. Эти гидроклапаны управляются электроклапанами регулирования (то есть электроклапаны регулирования могут подключать управляющие полости гидроклапанов к магистралям низкого или высокого давления, обеспечивая их открытие или закрытие, изменяя гидравлические сопротивления соответствующей магистрали). In the inventive rocket engine, at least two high-pressure liquid fuel lines are branched into parallel branches having a common input and a common output for each of the lines. Each control unit is made in the form of hydraulic valves installed in the corresponding branches of the main lines. These hydraulic valves are controlled by electro-control valves (i.e., electro-control valves can connect control cavities of hydraulic valves to low or high pressure lines, ensuring their opening or closing, changing the hydraulic resistance of the corresponding line).
Это приводит к соответствующему изменению величины вектора тяги двигателя и заданному согласованию в опорожнении баков ракетной двигательной установки. Как электроклапаны, так и гидроклапаны имеют два фиксированных положения "открыто" и "закрыто". Электроклапаны управляются путем подачи на их электромагниты электрического тока. Электроклапаны получают команды от блока формирования команд, который усиливает слаботочные команды, поступающие, например, от системы регулирования кажущейся скорости ракеты и системы опорожнения баков. В принципе наиболее эффективна схема с электрогидроклапанами в качестве электроклапанов, хотя возможно построение схем с газовым балоном и электропневмоклапанами. This leads to a corresponding change in the magnitude of the thrust vector of the engine and the given coordination in the emptying of the tanks of the rocket propulsion system. Both electrovalves and hydrovalves have two fixed positions "open" and "closed". The electrovalves are controlled by applying electric current to their electromagnets. Solenoid valves receive commands from the command generation unit, which amplifies low-current commands coming, for example, from a system for controlling the apparent speed of a rocket and a tank emptying system. In principle, the most effective scheme with electro-hydraulic valves as electro-valves, although it is possible to build circuits with a gas cylinder and electro-pneumatic valves.
В частном случае число электроклапанов регулирования для каждого агрегата регулирования соответствует числу независимых ветвей его гидромагистрали с установленными в них гидроклапанами. Следует отметить, что число электроклапанов не обязательно должно быть равно числу гидроклапанов соответствующей топливной магистрали. Возможно, когда электроклапан регулирования может управлять более чем одним гидроклапаном, например двумя гидроклапанами. Возможно также, когда одним гидроклапаном будут управлять более одного электроклапана регулирования, например два электроклапана. Это может объясняться условиями компоновки двигателя, а также технологическими соображениями. In the particular case, the number of control electro-valves for each control unit corresponds to the number of independent branches of its hydraulic line with the hydraulic valves installed in them. It should be noted that the number of solenoid valves does not have to be equal to the number of hydraulic valves of the corresponding fuel line. It is possible when the control solenoid valve can control more than one hydraulic valve, for example two hydraulic valves. It is also possible when more than one control solenoid valve, for example two solenoid valves, will control one hydraulic valve. This may be due to engine layout conditions as well as technological considerations.
Следует отметить, что для нас в настоящем случае важным являются независимые ветви с гидроклапанами соответствующего регулятора потока жидкости. Под такими ветвями мы подразумеваем ветви, открываемые по одной единичной команде, управляющей регулятором потока жидкости и поступаемой из блока формирования команд на соответствующий электроклапан (или электроклапаны). It should be noted that for us in the present case, important are independent branches with hydraulic valves of the corresponding fluid flow regulator. By such branches, we mean branches that are opened by one single command that controls the fluid flow regulator and comes from the unit for generating commands to the corresponding electrovalve (or electrovalves).
Гидравлически в открытом положении соответствующего гидроклапана (гидроклапанов) такая ветвь характеризуется соотношением
где индекс i обозначает соответствующую ветвь магистрали и ее гидроклапан;
Fi - площадь проходного сечения открытого соответствующего i-го гидроклапана;
ζi - суммарный коэфициент гидравлического сопротивления i-й ветви магистрали с ее гидроклапаном.Hydraulically in the open position of the corresponding hydraulic valve (s), such a branch is characterized by the ratio
where the index i denotes the corresponding branch of the highway and its hydraulic valve;
F i is the flow area of the corresponding corresponding i-th hydraulic valve;
ζ i is the total hydraulic resistance coefficient of the i-th branch of the pipeline with its hydraulic valve.
Для разных ветвей отношения образуют геометрическую прогрессию со знаменателем 2, то есть отношение для каждой ветви магистрали определяется выражением
где индекс 1 относится к 1-й ветви магистрали со своим гидроклапаном.For different branches of a relationship form a geometric progression with denominator 2, that is, the ratio for each branch of the highway is determined by the expression
where index 1 refers to the 1st branch of the highway with its hydraulic valve.
В качестве устройства для стабилизации потока жидкости может быть использован стабилизатор перепада давлений, по крайней мере, на одном из регуляторов потока жидкости. Для стабилизации потоков в магистралях заявляемого ЖРД могут быть использованы и специальные сопла. As a device for stabilizing the fluid flow, a differential pressure stabilizer can be used on at least one of the fluid flow regulators. To stabilize the flows in the highways of the claimed LRE, special nozzles can also be used.
Еще в одном частном случае разветвленная жидкостная топливная магистраль высокого давления может быть выполнена байпасно по отношению к основной магистрали подачи этого топлива. Следует отметить, что принципиальная схема заявляемого регулируемого ЖРД особого значения не имеет. ЖРД может быть выполнен как по схеме с дожиганием газогенераторного газа, так и по открытой схеме. Важно в ней выполнение жидкостной топливной магистрали разветвленной, а также установка в ветвях этой магистрали гидроклапанов и наличие электроклапанов регулирования. In yet another particular case, the branched high-pressure liquid fuel line can be bypassed with respect to the main line for supplying this fuel. It should be noted that the schematic diagram of the inventive adjustable rocket engine is not of particular importance. LRE can be performed both according to the scheme with afterburning of the gas-generating gas, and according to the open scheme. It is important in it that the implementation of a branched liquid fuel line, as well as the installation of hydraulic valves in the branches of this highway and the presence of control electrovalves.
Нужно сказать, что заявляемый регулируемый ЖРД для трехкомпонентного двигателя по существу не будет отличаться от рассмотренного нами принципиального решения по двухкомпонентному ЖРД. В этом случае целесообразно выполнять разветвленными три жидкостные топливные магистрали высокого давления, а каждый агрегат регулирования устанавливать в соответствующей магистрали в виде гидроклапанов в соответствующих ее параллельных ветвях. Это позволяет обеспечить надежное регулирование двигателя по кажущейся скорости ракеты и соответствующую одновременность опорожнения топливных баков ракеты. It must be said that the claimed adjustable LRE for a three-component engine will not essentially differ from the fundamental solution we considered for a two-component LRE. In this case, it is advisable to carry out branched three high-pressure liquid fuel lines, and each control unit to be installed in the corresponding line in the form of hydraulic valves in its corresponding parallel branches. This allows for reliable regulation of the engine at the apparent speed of the rocket and the corresponding simultaneous emptying of the fuel tanks of the rocket.
Не составляет труда использование предложенного технического решения и в однокомпонентном ЖРД с балонной системой подачи топлива. В этом случае может оказаться целесообразным использование в таком ЖРД только одного регулятора потока жидкости или вообще любой текучей среды, выполненного аналогично предложенному в настоящей заявке техническому решению. It is not difficult to use the proposed technical solution in a single-component rocket engine with a balloon fuel supply system. In this case, it may be appropriate to use in such a liquid-propellant rocket engine only one fluid flow regulator or in general any fluid medium, made similar to the technical solution proposed in this application.
Технический результат от предлагаемого изобретения заключается в том, что прежде всего повышается быстродействие агрегатов регулирования, особенно при перекладке регулятора из одного крайнего положения в другое (на два порядка). Точность регулирования по сравнению с регуляторами, управляемыми аналоговыми приводами, возрастает в два раза. В связи с отсутствием электропривода в заявленном ЖРД обеспечивается снижение массы. При этом обеспечивается также упрощение конструкции. Следует отметить, что заявляемое изобретение имеет преимущества по сравнению с цифровым электрогидроприводом, который требует специальной сложной гидросистемы. Заявленное устройство и проще, и легче. The technical result of the present invention lies in the fact that, first of all, the speed of the control units is increased, especially when the controller is shifted from one extreme position to another (by two orders of magnitude). The accuracy of regulation in comparison with the regulators controlled by analog drives doubles. Due to the lack of an electric drive in the declared rocket engine, mass reduction is provided. This also provides simplification of the design. It should be noted that the claimed invention has advantages compared to a digital electrohydraulic actuator, which requires a special complex hydraulic system. The claimed device is both simpler and easier.
Заявляемый регулируемый ЖРД удобно изготавливать на ракетно-двигательном заводе, в то время как для ЖРД с известной системой регулирования требуется специальное производство, где мог бы быть спроектирован и изготовлен электропривод. Следует отметить, что предложенный ЖРД позволяет обеспечить практически любые изменения программы его запуска и останова без внесения каких-либо изменений в конструкцию двигателя. Это все является дополнительным техническим результатом. The inventive adjustable LRE is conveniently manufactured at a rocket and engine plant, while a LRE with a well-known regulatory system requires special production, where an electric drive could be designed and manufactured. It should be noted that the proposed liquid propellant rocket engine can provide almost any change in the program of its start and stop without making any changes to the design of the engine. This is all an additional technical result.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 изображена принципиальная схема регулируемого ЖРД;
на фиг. 2 - блок формирования команд с подключенными к нему электрогидроклапанами;
на фиг.3 - электрогидроклапан;
на фиг.4 - регулятор потока жидкости в разветвленной магистрали;
на фиг. 5 - регулятор потока жидкости в разветвленной магистрали со стабилизатором перепада давлений;
на фиг. 6 - регулятор потока жидкости в разветвленной магистрали, подключенный байпасно.Brief Description of the Drawings
Figure 1 shows a schematic diagram of an adjustable rocket engine;
in FIG. 2 - a unit for generating commands with electrohydro valves connected to it;
figure 3 - electrohydrovalve;
figure 4 - fluid flow regulator in a branched line;
in FIG. 5 - fluid flow regulator in a branched line with differential pressure stabilizer;
in FIG. 6 - fluid flow regulator in a branched line, connected bypass.
Пример реализации изобретения
Принципиальная схема предложенного двухкомпонентного регулируемого ЖРД представлена на фиг.1, где 1 - камера, а 2 - газогенератор, который сообщен с камерой 1 через газоводы 3 и 4 и турбину 5 турбонасосного агрегата, включающего также центробежный насос окислителя 6 и центробежный насос горючего первой ступени 7 и второй ступени 8. На входе в газогенератор 2 установлен клапан горючего 9 и клапан окислителя 10. С рубашкой охлаждения (позиция не обозначена) камеры 1 сообщен главный клапан горючего 11. На ЖРД имеется трубопровод высокого давления окислителя 12, установленный на выходе из центробежного насоса окислителя 6 перед газогенератором 2. Имеется также магистраль высокого давления горючего 13, расположенная на выходе из второй ступени центробежного насоса горючего. На выходе из первой ступени 7 центробежного насоса горючего расположена магистраль высокого давления горючего 14, которая гидравлически сообщена со входом во вторую ступень 8 насоса горючего трубопроводом 15, а между выходом насоса горючего первой ступени 7 и камерой 1 установлен также трубопровод высокого давления 16. Со стороны входа в ЖРД расположены трубопроводы пониженного давления - входные в ЖРД трубопроводы окислителя 17 и горючего 18, которые гидравлически сообщены со входами в насос окислителя 6 и первую ступень насоса горючего 7 соответственно.An example implementation of the invention
The schematic diagram of the proposed two-component adjustable LPRE is presented in figure 1, where 1 is the chamber, and 2 is the gas generator, which is in communication with the chamber 1 through the gas ducts 3 and 4 and the turbine 5 of the turbopump assembly, which also includes a centrifugal oxidizer pump 6 and a centrifugal fuel pump of the first stage 7 and the second stage 8. At the inlet of the gas generator 2, a fuel valve 9 and an oxidizer valve 10 are installed. With the cooling jacket (not indicated) of the chamber 1, the main valve of the fuel 11 is connected. The LPRE has a high pressure pipeline oxidized Itel 12 installed at the outlet of the centrifugal pump of the oxidizing agent 6 in front of the gas generator 2. There is also a high-pressure fuel line 13 located at the outlet of the second stage of the centrifugal fuel pump. At the outlet of the first stage 7 of the centrifugal fuel pump, there is a high-
В магистрали высокого давления горючего первой ступени 8 насоса между трубопроводами 14 и 16 установлен регулятор потока жидкости 19 (см. также фиг. 4), а в трубопроводе высокого давления горючего 13 установлен регулятор потока жидкости 20 со стабилизатором перепада давлений на нем 21, объединенные в блок 22 (см. также фиг.5). Регуляторы потока жидкости 19 и 20 в принципиальном конструктивном отношении аналогичны. В нашем случае они содержат по восемь гидроклапанов. В принципе это число может быть и другим целым числом. In the high-pressure highway of the fuel of the first stage 8 of the pump between the
Конструктивная схема регулятора потока жидкости 19 представлена на фиг. 4, где магистраль высокого давления горючего 14 разветвлена на параллельные ветви 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, которые имеют также общий выход 16 (здесь и далее позиции восьми ветвей данной гидравлической магистрали и элементов ее ветвей располагаем в порядке уменьшения их гидравлических сопротивлений, кроме трех последних ветвей из указанных восьми, которые по конструктивным соображениям в нашем конкретном случае имеют равные между собой гидравлические сопротивления). В указанных ветвях соответственно установлены гидравлические шайбы 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 (в принципе возможно конструктивное исполнение и без гидравлических шайб) и гидроклапаны 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46. К этим гидроклапанам, к их управляющим полостям (позициями не обозначены) подведены соответствующие магистрали 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54 подачи управляющего давления (см. также фиг.2, 3). A structural diagram of a
В рассматриваемой конструкции регулятора потока жидкости 19 (равно, как и регулятора потока жидкости 20) важным является то, что соответствующие их ветви между выходом из магистрали 14 и входом в магистраль 16 включают также входящие в каждую соответствующую ветвь гидравлические шайбы (если они имеются) и гидроклапаны. Так, например, первая ветвь 23 (см. фиг.4) с наибольшим гидравлическим сопротивлением с шайбой 31 и гидроклапаном 39 определяется некоторым соотношением
где F1- площадь проходного сечения открытого гидроклапана;
а ζ1 - суммарный коэфициент гидравлического сопротивления этой первой ветви, включая eе гидравлическую шайбу и гидроклапан.In the design of the
where F 1 - the area of the bore of the open hydraulic valve;
and ζ 1 is the total hydraulic resistance coefficient of this first branch, including its hydraulic washer and hydraulic valve.
Соотношение других ветвей определяется как
где индекс i обозначает соответствующую ветвь с гидроклапаном и шайбой (если таковая имеется);
F - площадь проходного сечения открытого гидроклапана;
ζ - суммарный коэфициент гидравлического сопротивления ветви с гидроклапаном и гидравлической шайбой (если такая имеется).The ratio of other branches is defined as
where the index i denotes the corresponding branch with a hydraulic valve and a washer (if any);
F is the flow area of an open hydraulic valve;
ζ is the total coefficient of hydraulic resistance of the branch with a hydraulic valve and a hydraulic washer (if any).
Это значит, что, например, для ветви 28
Ветви 29 и 30 в принципе могут иметь такое же значение этого соотношения, как и ветвь 28, что справедливо для фиг.4
Впрочем работоспособность устройства может быть обеспечена и при замене этого выражения выражением
так как в нашем случае на гидроклапаны 45 и 46 подается одна общая команда. Они могут функционировать от общего электрогидроклапана регулирования, например 61. Магистрали 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54 соответственно сообщены с злектрогидроклапанами регулирования 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62. Принципиальное конструктивное исполнение одного из этих клапанов (а именно электрогидроклапана 55) представлено на фиг.3, где 63 - корпус, 64 - электромагнит, 65 - золотник, 66 - пружина, 67 - штуцер высокого давления, 68 - штуцер низкого давления, например, в дренаж или в трубопровод 18.This means that, for example, for
The
However, the operability of the device can be ensured by replacing this expression with the expression
since in our case, one common command is given to
Гидроклапаны 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46 регуляторов потока жидкости 19 и 20 имеют затворы, в закрытом положении гидроклапана обозначенные позицией 69а, а в открытом положении - позицией 69в (см. фиг.4). Стрелками показано направление потоков жидкости при открытых соответствующих клапанах. The
Следует отметить, что настройка ветвей 23, 24, 25 и т.д. может быть произведена или за счет изменения гидравлического сопротивления соответствующих гидроклапанов 39, 40, 41 и т.д., или за счет соответствующих гидравлических шайб 31, 32, 33 и т.д., или за счет каналов ветвей магистрали путем проведения соответствующих проливок, либо путем теоретических расчетов. It should be noted that setting the
На фиг.5 дана конструктивная схема блока 22, содержащего регулятор потока жидкости 20 и стабилизатор перепада давлений 21 на этом регуляторе (см. также фиг.1). Хотя на фиг.4 и фиг.5 гидроклапаны 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46 выполнены одинаковыми, они могут отличаться и по габаритам, и по конструктивному исполнению для обеспечения оптимальных массовых характеристик, так как рассчитаны на различные гидравлические сопротивления и рабочие давления при различных гидравлических шайбах 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 как в регуляторах потока жидкости 19, так и в регуляторах потока жидкости 20. Figure 5 is a structural diagram of a
ЖРД имеет блок формирования команд 70 (см. фиг.1, 2) на электроклапаны, на которые подаются сигналы 71, 72 для управления клапанами и регуляторами соответственно с ракетного летательного аппарата (на чертежах не приводится). Эти сигналы преобразуются и усиливаются в блоке формирования команд 70. Этот блок электрически соединен также с электрогидроклапанами 73, управляющими гидроклапанами регуляторов потока жидкости 19 и 20, и с электроклапанами 74, управляющими топливными клапанами 9, 10, 11. К блоку формирования команд 70 подведено также электропитание 75. The liquid propellant rocket engine has a command generation unit 70 (see FIGS. 1, 2) for electrovalves, to which signals 71, 72 are supplied for controlling valves and controllers from a rocket aircraft, respectively (not shown in the drawings). These signals are converted and amplified in the
В схеме ЖРД опущены из рассмотрения ряд элементов и систем, не имеющих в данном случае принципиального значения (таких как система зажигания, аварийного включения ЖРД и другие). В этом случае блок формирования команд 69 будет электрически соединен также и с другими соответствующими элементами и агрегатами автоматики, которые в схеме ЖРД на фиг.1 отсутствуют, а дополнительными электроклапанами управления, например, могут быть дополнены электрогидроклапаны группы 74. In the LRE scheme, a number of elements and systems are omitted from consideration that are not of fundamental importance in this case (such as the ignition system, emergency start of the LRE and others). In this case, the command generating unit 69 will also be electrically connected with other corresponding elements and automation units, which are absent in the liquid-propellant rocket engine circuit in Fig. 1, and, for example, the electrohydro valves of
В качестве варианта конструктивного исполнения установки регулятора потока жидкости на ЖРД на фиг.6 приведено байпасное расположение этого регулятора в магистрали высокого давления. Ветви магистрали высокого давления здесь в принципе аналогичны изображенным на фиг.1 регуляторам потока жидкости 19 и 20. Однако регулятор потока жидкости (см. фиг.6) установлен байпасно основной магистрали 76 и может содержать гидравлическую шайбу 77. As an embodiment of the installation of the installation of the fluid flow regulator on the LRE in Fig.6 shows the bypass location of this regulator in the high-pressure line. The branches of the high-pressure line are basically similar to the
Настоящее изобретение может быть использовано и в однокомпонентом, и в трехкомпонентном ЖРД с требуемой корректировкой количества соответствующих регуляторов. The present invention can be used both in a single component and in a three-component liquid-propellant rocket engine with the required adjustment of the number of corresponding controllers.
Работает заявляемый регулируемый ЖРД следующим образом. В исходном положении магистрали горючего и окислителя заполнены через трубопроводы пониженного давления горючего 18 и окислителя 17 вплоть до клапанов 9, 10, 11, которые в исходном положении закрыты. Регуляторы потока жидкости 19 и 20 поставлены в положение запуска. Это значит, что подано питание только на те электроклапаны 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62 (73), которые обеспечивают закрытое положение соответствующих гидроклапанов 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46 (как у регуляторов 19, так и у регуляторов 20) и, следовательно, соответсвующее гидравлическое сопротивление регуляторов потоков жидкости 19 и 20 их ветвей 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 вместе с шайбами 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38. The claimed adjustable rocket engine works as follows. In the initial position, the fuel and oxidizer lines are filled through the reduced pressure pipelines of the fuel 18 and oxidizer 17 up to valves 9, 10, 11, which are closed in the initial position. The
На запуске ЖРД осуществляется подача в соответствующей последовательности команд на клапан группы 74, управляющие клапанами 9, 10, 11. Это обеспечивает открытие указанных клапанов. At the start of the liquid propellant rocket engine, the corresponding commands are issued to the valve of
В ЖРД обеспечивается воспламенение компонентов топлива и завязывание процессов в газогенераторе 2 и камере 1, а также разгон турбонасосного агрегата от турбины 5, приводящей в действие центробежные насосы 6, 7, 8 и запуск ЖРД. In the LRE, the ignition of the fuel components and the initiation of processes in the gas generator 2 and chamber 1, as well as the acceleration of the turbopump assembly from the turbine 5, which drives the centrifugal pumps 6, 7, 8 and the launch of the LRE, are ensured.
В процессе запуска возможно изменение гидравлических сопротивлений магистралей, в которых установлены регуляторы потока жидкости 19 и 20, путем подачи соответствующих команд через блок формирования команд 70 на электрогидроклапаны 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62 (73), управляющие соответствующими гидроклапанами регуляторов 19 и 20. During the startup process, it is possible to change the hydraulic resistances of the mains in which the
ЖРД выходит на режим. При необходимости изменения режима работы ЖРД через блок формирования команд 70 подаются команды по системе "да-нет" через электрогидроклапаны 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62 (73) на гидроклапаны 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46 регуляторов потока жидкости 19 и 20. Из указанных гидроклапанов открытыми и закрытыми бывают только те, которые обеспечивают заданные гидравлические сопротивления магистралей горючего, в которых установлены регуляторы 19 и 20. Электрогидроклапаны 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62 (73) все одновременно или заданная часть из них могут находиться в открытом или закрытом положении, что обеспечивает различные режимы работы ЖРД благодаря различным сочетаниям гидравлических сопротивлений регуляторов потока жидкости 19 и 20 из-за соответствующих в них положений "открыто" или "закрыто" гидроклапанов 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46. Одним из таких режимов может быть режим конечной ступени ЖРД. LRE goes into mode. If it is necessary to change the operating mode of the liquid propellant rocket engine, the yes-no system commands are sent via the electro-
Стабилизатор перепада давлений 21 обеспечивает заранее настроенную величину перепада давлений на регуляторе потока жидкости 20. Таким образом, в заявляемом ЖРД использованы по существу цифровые регуляторы 19 и 20. Это дает возможность прежде всего обеспечить быстродействие перекладки ЖРД с одного режима на другой. The
В принципе такой ЖРД может иметь не турбонасосную систему подачи, а балонную систему подачи. Кроме того, возможно применение в заявляемом ЖРД приводимых жидкостью или газом бустерных насосных агрегатов и подбаковых клапанов на входе в двигатель. В ряде случаев бустерные насосные агрегаты необходимы для обеспечения повышенной величины входных давлений в центробежные насосы для обеспечения их бескавитационной работы. In principle, such a rocket engine may not have a turbopump supply system, but a balloon supply system. In addition, it is possible to use in the inventive LRE driven by liquid or gas booster pump units and side valves at the engine inlet. In some cases, booster pump units are necessary to provide an increased input pressure to centrifugal pumps to ensure their cavitation-free operation.
Промышленная применимость
Изобретение предназначено для применения в ЖРД различной тяги и работающих на различных компонентах топлива. Изобретение готово к промышленному использованию.Industrial applicability
The invention is intended for use in liquid propellant rocket engines of various thrusts and operating on various fuel components. The invention is ready for industrial use.
Claims (4)
где индекс i обозначает соответствующую ветвь и гидроклапан, Fi - площадь проходного сечения открытого соответствующего гидроклапана, а ζi- суммарный коэффициент гидравлического сопротивления ветви с ее гидроклапаном, для разных ветвей образуют геометрическую прогрессию со знаменателем 2, то есть отношение
для каждой ветви магистрали определяется выражением
где индекс 1 - относится к 1-й ветви магистрали со своим гидроклапаном.2. A liquid-propellant rocket engine according to claim 1, characterized in that the number of solenoid valves for each fluid flow regulator corresponds to the number of independent branches of its hydraulic line with installed hydraulic valves, and hydraulically characterizing these branches and their hydraulic valves in the open position
where the index i denotes the corresponding branch and hydraulic valve, F i is the flow area of the corresponding open hydraulic valve, and ζ i is the total hydraulic resistance coefficient of the branch with its hydraulic valve, they form a geometric progression with denominator 2 for different branches, i.e., the ratio
for each branch of the highway is determined by the expression
where index 1 - refers to the 1st branch of the highway with its hydraulic valve.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000130148A RU2200866C2 (en) | 2000-12-04 | 2000-12-04 | Controlled liquid-propellant rocket engine |
PCT/RU2001/000496 WO2002046594A1 (en) | 2000-12-04 | 2001-11-21 | Adjustable liquid rocket engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000130148A RU2200866C2 (en) | 2000-12-04 | 2000-12-04 | Controlled liquid-propellant rocket engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2000130148A RU2000130148A (en) | 2002-11-20 |
RU2200866C2 true RU2200866C2 (en) | 2003-03-20 |
Family
ID=20242862
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000130148A RU2200866C2 (en) | 2000-12-04 | 2000-12-04 | Controlled liquid-propellant rocket engine |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2200866C2 (en) |
WO (1) | WO2002046594A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2731077C2 (en) * | 2015-07-13 | 2020-08-28 | Аэроджет Рокетдайн, Инк. | Flow control system with a network of parallel connected fuel channels |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101984240B (en) * | 2010-11-11 | 2013-04-24 | 西北工业大学 | Method and device for improving working frequency of pulse detonation rocket engine |
CN105404317B (en) * | 2015-12-10 | 2017-11-21 | 西安航天动力研究所 | A kind of constant-current type multistage flow regulator |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3082600A (en) * | 1958-07-23 | 1963-03-26 | Bendix Corp | Rocket engine thrust control system |
US3144877A (en) * | 1961-11-07 | 1964-08-18 | John R Prybylski | Clustered dual valve control for rocket liquid fuel system |
FR2524938A1 (en) * | 1982-04-08 | 1983-10-14 | Centre Nat Etd Spatiales | METHOD FOR REGULATING THE MIXING RATIO OF PROPERGOLS FOR A LIQUID PROPERGOLS ENGINE BY MEASURING FLOW RATES AND REGULATORS FOR ITS IMPLEMENTATION |
US4942733A (en) * | 1987-03-26 | 1990-07-24 | Sundstrand Corporation | Hot gas generator system |
US4825650A (en) * | 1987-03-26 | 1989-05-02 | Sundstrand Corporation | Hot gas generator system |
RU2115009C1 (en) * | 1995-06-28 | 1998-07-10 | Московский государственный авиационный институт (технический университет) | Multiple-action oxygen-hydrogen propulsion system |
RU2158839C2 (en) * | 1999-01-21 | 2000-11-10 | Открытое акционерное общество "НПО Энергомаш им. акад. В.П. Глушко" | Liquid-propellant rocket reheat engine |
-
2000
- 2000-12-04 RU RU2000130148A patent/RU2200866C2/en not_active IP Right Cessation
-
2001
- 2001-11-21 WO PCT/RU2001/000496 patent/WO2002046594A1/en active Application Filing
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
ГАХУН Г.Г. и др. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей. - М.: Машиностроение, 1989, с. 51, рис.3.3. * |
ГАХУН Г.Г. и др. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей. - М.: Машиностроение, 1989, с. 91-95 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2731077C2 (en) * | 2015-07-13 | 2020-08-28 | Аэроджет Рокетдайн, Инк. | Flow control system with a network of parallel connected fuel channels |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2002046594A1 (en) | 2002-06-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3083522B2 (en) | Fluid multiplexer and device having the same | |
US9353688B2 (en) | High pressure, multiple metering zone gas turbine engine fuel supply system | |
US6230734B1 (en) | Flow-rate controller | |
EP2063087A2 (en) | Fuel staging system | |
CN102239325A (en) | Fuel delivery and control system including a variable displacement actuation pump supplementing a fixed displacement main pump | |
US3332234A (en) | Fuel delivery systems | |
KR20070021100A (en) | Regulated pressure supply for a variable displacement reversible hydraulic motor | |
JPS6410681B2 (en) | ||
US5003772A (en) | Turbo hydraulic unitized actuator | |
RU2200866C2 (en) | Controlled liquid-propellant rocket engine | |
JP2008514473A (en) | Steering assist system | |
US3311130A (en) | Thrust vectoring system and control valve therefor | |
US3308619A (en) | Incremental thrust control system | |
RU2232915C2 (en) | Reheat liquid-propellant rocket engine | |
US3257911A (en) | Fluid powered servomechanism of a redundant, majority voting type | |
US3433016A (en) | Fuel delivery system | |
US3442218A (en) | Dual purpose pump | |
US3737103A (en) | Digital liquid vector control system | |
US5315818A (en) | Fuel control system | |
US3456881A (en) | Fluid pressure control system | |
RU2065985C1 (en) | Three-component liquid-fuel rocket engine | |
US3819117A (en) | Thrust vector {13 {11 jet interaction vehicle control system | |
US2984968A (en) | Automatic control of oxidizer and fuel turbopump system for a rocket engine | |
RU2709243C1 (en) | Multi-chamber liquid-propellant rocket engine with afterburning with controlled thrust vector | |
RU2040703C1 (en) | Liquid rocket engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181205 |