RU2247687C1 - Method of fire prevention in tail compartments of launch vehicles and fire prevention system in these compartments - Google Patents

Method of fire prevention in tail compartments of launch vehicles and fire prevention system in these compartments Download PDF

Info

Publication number
RU2247687C1
RU2247687C1 RU2003117766/11A RU2003117766A RU2247687C1 RU 2247687 C1 RU2247687 C1 RU 2247687C1 RU 2003117766/11 A RU2003117766/11 A RU 2003117766/11A RU 2003117766 A RU2003117766 A RU 2003117766A RU 2247687 C1 RU2247687 C1 RU 2247687C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
manifold
air
mains
nozzles
main
Prior art date
Application number
RU2003117766/11A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003117766A (en
Inventor
И.В. Бармин (RU)
И.В. Бармин
В.Н. Климов (RU)
В.Н. Климов
В.П. Сборец (RU)
В.П. Сборец
Ж.Р. Рахманов (RU)
Ж.Р. Рахманов
А.Е. Зверев (RU)
А.Е. Зверев
В.Е. Пашков (RU)
В.Е. Пашков
А.М. Павливкер (RU)
А.М. Павливкер
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро общего машиностроения им. В.П. Бармина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро общего машиностроения им. В.П. Бармина" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро общего машиностроения им. В.П. Бармина"
Priority to RU2003117766/11A priority Critical patent/RU2247687C1/en
Publication of RU2003117766A publication Critical patent/RU2003117766A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2247687C1 publication Critical patent/RU2247687C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

FIELD: protective and emergency equipment for servicing ground launch structures.
SUBSTANCE: in launching the vehicle, compressed gas is fed through collector nozzles to engine zone via one of mains to main circular main where pressure more than 0.6 Mpa is maintained. Simultaneously, air is fed to engine zone through nozzles of additional collectors via two mains. As pressure drops below 0.6 Mpa, air is fed via two other mains supplying gas to main collector and via three mains of additional collector. In case of repeated drop of pressure to 0.6 Mpa, air is fed via two remaining mains of main collector. Proposed system includes compressed gas bottles and gas supply mains with controllable shut-off fittings. Mains are combined (five mains) by means of main and additional collectors. Additional collector is provided with two or more divergent nozzles. Fittings are made in form of normally closed pneumatic valves controlled by separate groups. Circular collector nozzles are conical in shape and are located at angles of 30 deg. and 45 deg. relative to vertical axis of launch vehicle.
EFFECT: enhanced efficiency of fire prevention.
3 cl, 6 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к ракетно-космической технике, а точнее к пожаропредупреждению в хвостовых отсеках ракет-носителей при проведении штатных работ на наземных стартовых комплексах.The present invention relates to rocket and space technology, and more specifically to a fire warning in the rear compartments of launch vehicles during routine work on ground launch complexes.

Известны способы пожаропредупреждения, осуществляемые пламягасящим устройством согласно описанию изобретения РСТ WO 95/28205, кл. А 62 С 31/00, 35/02, 35/62, 39/00, 1995 г. и установкой для тушения огня согласно описанию изобретения РСТ WO 93/25276, кл. А 62 С 3/00, 35/58, 1993 г.Known methods of fire prevention, carried out flame extinguishing device according to the description of the invention PCT WO 95/28205, class. A 62 C 31/00, 35/02, 35/62, 39/00, 1995 and a fire extinguishing apparatus according to the description of the invention PCT WO 93/25276, cl. A 62 C 3/00, 35/58, 1993

Известные способы заключаются в пожаропредупреждении различных объектов. Системы, осуществляющие известные способы, состоят из нескольких параллельных магистралей выдачи с установленной на них управляемой запорной арматурой, объединенных в общий коллектор с соплами. Однако данные способы и системы не обеспечивают пожаропредупреждение в хвостовых отсеках ракет-носителей при проведении штатных работ на ракетно-космических комплексах.Known methods are fire prevention of various objects. Systems implementing the known methods consist of several parallel delivery lines with a controlled shut-off valve installed on them, combined into a common manifold with nozzles. However, these methods and systems do not provide fire warning in the tail compartments of launch vehicles during routine work on space-rocket complexes.

Известен также способ пожаропредупреждения, осуществляемый газовой системой пожаротушения, согласно описанию, изложенному в книге М.М.Аграновский и др. Силовые пневмоавтоматические системы, под редакцией В.П.Бармина, М., 1965 г. - 188 с., см. с.10, рис.6. Известный способ заключается в автоматическом пожаротушении различных объектов. Система, осуществляющая известный способ, состоит из баллона со сжатым газом, магистрали выдачи с установленной на ней управляемой запорной арматурой, коллектора с сопловыми отверстиями.There is also a known method of fire prevention carried out by a gas fire extinguishing system, as described in the book by M.M.Agranovsky and others. Power pneumatic systems, edited by V.P. Barmin, M., 1965 - 188 pp., See .10, Fig. 6. A known method is to automatically extinguish various objects. A system implementing the known method consists of a cylinder with compressed gas, a delivery line with a controlled shut-off valve installed on it, a manifold with nozzle openings.

Указанные способ и система являются наиболее близкими к заявляемому техническому решению.The specified method and system are closest to the claimed technical solution.

Однако известные способ и система пожаротушения не обеспечивают пожаропредупреждение в хвостовых отсеках ракет-носителей при проведении штатных работ на ракетно-космических комплексах.However, the known method and fire extinguishing system does not provide fire warning in the tail compartments of launch vehicles during routine work on space-rocket complexes.

Задачей данного изобретения является обеспечение пожаропредупреждения в хвостовых отсеках ракет-носителей при проведении штатных работ на ракетно-космических комплексах.The objective of the invention is to provide fire prevention in the tail compartments of launch vehicles during routine work on space-rocket complexes.

Требуемый технический результат достигается тем, что в способе пожаропредупреждения в хвостовых отсеках ракет-носителей, заключающемся в подаче сжатого газа в зону двигателей в период пуска ракет-носителей по одной из магистралей выдачи в коллектор, в коллекторе поддерживают давление более 0,6 МПа и одновременно осуществляют подачу воздуха через две совместно управляемые магистрали выдачи в дополнительный коллектор, а при падении давления до 0,6 МПа подают воздух через две другие магистрали выдачи в основной коллектор и одновременно осуществляют подачу воздуха через три совместно управляемые магистрали выдачи в дополнительный коллектор, затем при повторном падении давления до 0,6 МПа подают воздух через две оставшиеся магистрали выдачи в основной коллектор.The required technical result is achieved by the fact that in the method of fire prevention in the tail compartments of the launch vehicles, which consists in supplying compressed gas to the engine area during the launch of the launch vehicles through one of the delivery lines to the collector, the pressure in the collector is more than 0.6 MPa and at the same time supply air through two jointly controlled delivery lines to an additional manifold, and when the pressure drops to 0.6 MPa, air is supplied through two other delivery lines to the main collector and at the same time They supply air through three jointly controlled delivery lines to an additional manifold, then, when the pressure drops again to 0.6 MPa, air is supplied through the two remaining delivery lines to the main collector.

Для осуществления данного способа пожаропредупреждения в хвостовых отсеках ракет-носителей предложена система пожаропредупреждения в хвостовых отсеках ракет-носителей, состоящая из баллонов со сжатым газом, магистралей выдачи с установленной на них управляемой запорной арматурой, объединенных в общий коллектор с соплами, и снабженная дополнительным коллектором, содержащим, по крайней мере, два расширяющихся сопла и объединяющим не менее пяти магистралей выдачи с установленной на них управляемой запорной арматурой, выполненной в виде нормально закрытых пневмоклапанов, два из которых управляются одним управляющим элементом, а три оставшиеся - другим управляющим элементом, при этом основной коллектор выполнен кольцевым и объединяет также не менее пяти магистралей выдачи, управляемая запорная арматура которых выполнена в виде нормально закрытых пневмоклапанов, а сопла кольцевого коллектора выполнены суживающимися и расположены попеременно под углами 30 и 45° относительно оси ракеты-носителя.To implement this method of fire prevention in the tail compartments of launch vehicles, a fire warning system is proposed in the tail compartments of launch vehicles, consisting of cylinders with compressed gas, delivery lines with controlled shutoff valves installed on them, combined into a common manifold with nozzles, and equipped with an additional collector, containing at least two expanding nozzles and combining at least five delivery lines with a controlled shut-off valve installed on them, made in the form e normally closed pneumatic valves, two of which are controlled by one control element, and the remaining three are controlled by another control element, while the main manifold is circular and also integrates at least five delivery lines, controlled shut-off valves of which are made in the form of normally closed pneumatic valves, and the nozzle is annular the collectors are made tapering and are located alternately at angles of 30 and 45 ° relative to the axis of the launch vehicle.

Отличительные от прототипа признаки заключаются в том, что в коллекторе поддерживают давление более 0,6 МПа и одновременно осуществляют подачу воздуха через две совместно управляемые магистрали выдачи в дополнительный коллектор, а при падении давления до 0,6 МПа подают воздух через две другие магистрали выдачи в основной коллектор и одновременно осуществляют подачу воздуха через три совместно управляемые магистрали выдачи в дополнительный коллектор, затем при повторном падении давления до 0,6 МПа подают воздух через две оставшиеся магистрали выдачи в основной коллектор. Кроме того, система пожаропредупреждения в хвостовых отсеках ракет-носителей снабжена дополнительным коллектором, содержащим, по крайней мере, два расширяющихся сопла и объединяющим не менее пяти магистралей выдачи с установленной на них управляемой запорной арматурой, выполненной в виде нормально закрытых пневмоклапанов, два из которых управляются одним управляющим элементом, а три оставшиеся - другим управляющим элементом, при этом основной коллектор выполнен кольцевым и объединяет также не менее пяти магистралей выдачи, управляемая запорная арматура которых выполнена в виде нормально закрытых пневмоклапанов, а сопла кольцевого коллектора выполнены суживающимися и расположены попеременно под углами 30 и 45° относительно оси ракеты-носителя.Distinctive features from the prototype are that the collector maintains a pressure of more than 0.6 MPa and simultaneously provides air through two jointly controlled delivery lines to an additional manifold, and when the pressure drops to 0.6 MPa, air is supplied through two other delivery lines to the main collector and simultaneously supply air through three jointly controlled delivery lines to the additional collector, then when the pressure drops again to 0.6 MPa, air is supplied through the two remaining rali issuing into the main manifold. In addition, the fire warning system in the rear compartments of the launch vehicles is equipped with an additional manifold containing at least two expanding nozzles and combining at least five delivery lines with controlled shut-off valves installed on them, made in the form of normally closed pneumatic valves, two of which are controlled one control element, and the remaining three - another control element, while the main collector is made circular and also combines at least five delivery lines, we manage I valves are designed as a normally closed pneumatic valves and the nozzle are made tapering annular manifold and are arranged alternately at angles of 30 and 45 ° relative to the axis of the carrier rocket.

Авторам не известны технические решения с существенными признаками, приведенными в отличительной части формулы изобретений.The authors are not aware of technical solutions with the essential features given in the characterizing part of the claims.

Система, осуществляющая предлагаемый способ, поясняется чертежом, изображенным на фиг.1, 2. Циклограмма работы с изделием в процессе пуска ракет-носителей приведена на фиг.3. Графики изменения давления воздуха приведены на фиг.4... 6.The system that implements the proposed method is illustrated by the drawing shown in figure 1, 2. The sequence of work with the product during the launch of the launch vehicles is shown in figure 3. Graphs of changes in air pressure are shown in figure 4 ... 6.

Система пожаропредупреждения в двигателях ракет-носителей состоит из баллонов со сжатым газом (воздухом) 1, магистралей выдачи 2... 6 с установленной на них управляемой запорной арматурой 7... 11, объединенных в общий коллектор 12 с соплами 13, а также снабжена дополнительным коллектором 14, содержащим два расширяющихся сопла 15 и объединяющим пять магистралей выдачи 16... 20 с установленной на них управляемой запорной арматурой, выполненной в виде нормально закрытых пневмоклапанов 21... 25, два из которых 21, 22 управляются одним управляющим элементом 26, а три оставшиеся 23... 25 - другим управляющим элементом 27. Управляемая запорная арматура 7... 11 магистралей выдачи в основной коллектор 12 управляется управляющими элементами 28 (на фиг.1 условно показан только один управляющий элемент 28). Основной коллектор 12 выполнен кольцевым и объединяет также пять магистралей выдачи 2... 6, управляемая запорная арматура которых выполнена в виде нормально закрытых пневмоклапанов 7... 11. Сопла 13 кольцевого коллектора 12 выполнены суживающимися и расположены попеременно под углами 30 и 45° относительно оси ракеты-носителя.The fire warning system in the launch vehicle engines consists of cylinders with compressed gas (air) 1, delivery lines 2 ... 6 with controlled shut-off valves 7 ... 11 installed on them, combined into a common manifold 12 with nozzles 13, and also equipped an additional manifold 14 containing two expanding nozzles 15 and combining five delivery lines 16 ... 20 with a controlled shut-off valve installed on them, made in the form of normally closed pneumatic valves 21 ... 25, two of which 21, 22 are controlled by one control element 26 , a the three remaining 23 ... 25 - by another control element 27. The controlled shut-off valves 7 ... 11 of the delivery lines to the main collector 12 are controlled by control elements 28 (only one control element 28 is conventionally shown in Fig. 1). The main manifold 12 is circular and also combines five delivery lines 2 ... 6, controlled shut-off valves of which are made in the form of normally closed pneumatic valves 7 ... 11. Nozzles 13 of the annular manifold 12 are made tapering and are located alternately at angles of 30 and 45 ° relative to axis of the booster.

Конкретный пример реализации предложенных способа и системы пожаропредупреждения в хвостовых отсеках ракет-носителей (РН) рассмотрим при проведении работ по пуску ракеты-носителя с наземного стартового комплекса.A specific example of the implementation of the proposed method and fire warning system in the tail compartments of launch vehicles (LV) will be considered during the launch of the launch vehicle from the ground launch complex.

Исследование газодинамики ракетных стартов показывает, что одним из опаснейших явлений, могущих вызвать пожар и взрыв РН с космическим аппаратом (КА) на стартовой позиции при запуске ракетных двигателей (РД), является возникновение обратных (возвратных) потоков высокотемпературных газов РД и импульсных давлений, отраженных от поверхности газоотражателя и действующих на днище и хвостовую часть РН во время набора ею расчетной тяги. Опыты показывают, что обратные потоки, окутывая РН облаком горячих газов, имеющих температуру порядка 2000 К, могут подниматься вверх на значительную высоту (до 20 м и более). Как показал анализ, образование возвратных потоков газов, направленных в сторону стартующей РН, происходит:A study of the gas dynamics of rocket launches shows that one of the most dangerous phenomena that can cause a fire and explosion of a spacecraft with a spacecraft (SC) at the starting position when rocket engines (RD) are launched is the occurrence of reverse (return) flows of high-temperature gases of the taxiway and pulsed pressures reflected from the surface of the gas deflector and the launch vehicles that act on the bottom and tail of the launch vehicle during the design draft. Experiments show that reverse flows, enveloping the LV with a cloud of hot gases having a temperature of the order of 2000 K, can rise up to a considerable height (up to 20 m or more). As analysis has shown, the formation of return flows of gases directed towards the launch vehicle, occurs:

- при недостаточности площади поперечного сечения газохода (при неправильном ее выборе) и, как следствие этого, низкой пропускной способности газохода, не позволяющей отводить газовые потоки работающих РД в зону, безопасную для оборудования стартовой системы и РН с КА;- if there is insufficient cross-sectional area of the gas duct (if it is improperly selected) and, as a result, a low gas duct capacity that does not allow the gas flows of operating taxiways to be diverted to a zone that is safe for launching equipment and LV with spacecraft;

- при большом угле между вертикалью и прямолинейным участком наклонной грани газоотражателя, значительно превышающем его оптимальное значение, равное ~35° , в результате чего возникает возвратное течение газов по грани газоотражателя вверх в сторону стартующей РН;- at a large angle between the vertical and the rectilinear portion of the inclined face of the gas reflector, significantly exceeding its optimal value of ~ 35 °, as a result of which there is a return flow of gases along the face of the gas reflector up towards the launch vehicle;

- при малом давлении в камере сгорания (когда РД работают в режиме предварительной тяги) и недостаточности кинетической энергии газовых струй для преодоления сил гравитации и отвода газов от РН;- at low pressure in the combustion chamber (when the RDs are operating in the preliminary draft mode) and the kinetic energy of the gas jets is insufficient to overcome the forces of gravity and the removal of gases from the LV;

- при отсутствии или недостаточности эжекции при пуске РН, то есть процесса засасывания атмосферного воздуха в газоход стартовой системы реактивной (эжектирующей) струей РД, вследствие чего коэффициент эжекции ничтожно мал:- in the absence or insufficiency of ejection during the launch of the launch vehicle, i.e. the process of aspirating atmospheric air into the gas duct of the starting system with a reactive (ejecting) jet of the taxiway, as a result of which the ejection coefficient is negligible:

Figure 00000002
Figure 00000002

где К - коэффициент эжекции M1 - массовый расход эжектирующего газа РД, кг/с; М2 - массовый расход эжектируемого атмосферного воздуха, кг/с.where K is the ejection coefficient M 1 is the mass flow rate of the RD ejection gas, kg / s; M 2 - mass flow rate of ejected atmospheric air, kg / s.

При проведении штатных работ по пуску ракеты-носителя с наземного стартового комплекса для защиты нижней части корпуса как самой ракеты, так и арматуры и другого оборудования от воздействия высокой температуры газовой струи в период работы двигателей от момента их запуска до главного зажигания двигателей осуществляют следующие операции согласно циклограмме работы (фиг.3):When carrying out regular work on launching the launch vehicle from the ground-based launch complex to protect the lower part of the hull of both the rocket itself and the valves and other equipment from the effects of the high temperature of the gas stream during the operation of the engines from the time they are started to the main ignition of the engines, the following operations are carried out according to work flow diagram (figure 3):

- подают сжатый газ (воздух) в зону двигателей РН по магистрали выдачи 2 в основной коллектор 12 и поддерживают давление не менее 0,6 МПа, для чего посредством управляющего элемента, например электропневмоклапана (ЭПК) 28, установленного на трубопроводе управления, подается управляющее давление на пневмоклапан (ПК) 7, который открывается, и воздух от баллонов 1 по магистрали выдачи 2 через ПК 7 поступает в кольцевой коллектор 12. Равномерно распределяясь по кольцевому коллектору 12, воздух через равномерно расположенные по периметру коллектора суживающиеся сопла 13 поступает в зону действия газовой струи;- supply compressed gas (air) to the area of the LV engines along the delivery line 2 to the main manifold 12 and maintain a pressure of at least 0.6 MPa, for which, by means of a control element, such as an electro-pneumatic valve (EPC) 28 installed on the control pipe, a control pressure is supplied to the pneumatic valve (PC) 7, which opens, and the air from the cylinders 1 through the delivery line 2 through the PC 7 enters the annular manifold 12. Evenly distributed along the annular manifold 12, the air through the evenly distributed along the perimeter of the collector vayuschiesya nozzle 13 enters the coverage area of the gas jet;

- одновременно осуществляют подачу воздуха через две совместно управляемые магистрали выдачи 16, 17 в дополнительный коллектор 14, для чего также посредством управляющего элемента (ЭПК) 26 открываются ПК 21, 22, установленные на магистралях выдачи 16, 17, и воздух от баллонов 1 поступает в основной коллектор 14 и далее через расширяющиеся сопла 15 в зону действия газовой струи;- at the same time, air is supplied through two jointly controlled delivery lines 16, 17 to the additional manifold 14, for which PC 21, 22 installed on the delivery lines 16, 17 are also opened by means of a control element (EPC) 26, and air from the cylinders 1 enters the main manifold 14 and further through the expanding nozzles 15 into the zone of action of the gas stream;

- при падении давления до 0,6 МПа подают воздух через две другие магистрали выдачи 3, 4 в основной коллектор 12, для чего посредством управляющих ЭПК (на черт. не показаны) открываются ПК 8, 9, установленные на магистралях выдачи 3, 4, и воздух от баллонов 1 через основной коллектор 12 и суживающиеся сопла 13 поступает в зону действия газовой струи;- when the pressure drops to 0.6 MPa, air is supplied through two other delivery lines 3, 4 to the main manifold 12, for which PC 8, 9 installed on the delivery lines 3, 4 are opened by means of control EPKs (not shown), and air from the cylinders 1 through the main manifold 12 and the tapering nozzle 13 enters the zone of action of the gas stream;

- одновременно осуществляют подачу воздуха через три совместно управляемые магистрали выдачи 18... 20 в дополнительный коллектор 14, для чего подачей управляющего давления от ЭПК 27 открываются ПК 23... 25, и воздух от баллонов 1 через магистрали выдачи 18... 20, дополнительный коллектор 14 и расширяющиеся сопла 15 поступает в зону действия газовой струи;- simultaneously supply air through three jointly controlled delivery lines 18 ... 20 to the additional manifold 14, for which PC 23 ... 25 are opened by supplying control pressure from EPK 27, and air from cylinders 1 through the delivery lines 18 ... 20 , an additional manifold 14 and expanding nozzles 15 enters the zone of action of the gas stream;

- при повторном падении давления до 0,6 МПа подают воздух через две оставшиеся магистрали выдачи 5, 6 в основной коллектор 12, для чего также посредством управляющих ЭПК открываются ПК 10, 11, установленные на магистралях выдачи 5, 6, и воздух от баллонов через основной коллектор 12 и суживающиеся сопла 13 поступает в зону действия газовой струи.- when the pressure drops again to 0.6 MPa, air is supplied through the two remaining delivery lines 5, 6 to the main manifold 12, for which PC 10, 11 installed on the delivery lines 5, 6 are also opened by means of EPK controllers, and the air from the cylinders through the main manifold 12 and the tapering nozzle 13 enters the zone of action of the gas stream.

Благодаря предложенным техническим решениям эффективность эжекции при пуске РН с КА существенно возрастает, что видно из диапазона коэффициента эжекции, полученного опытный путем 0,5≤ К≤ 10.Thanks to the proposed technical solutions, the ejection efficiency when launching a launch vehicle with a spacecraft increases significantly, which can be seen from the range of the ejection coefficient obtained experimentally by 0.5 ≤ K ≤ 10.

Наличие эжекции является важным критерием правильного выбора площади поперечного сечения газохода и, следовательно, отсутствия обратных течений высокотемпературных газов работающих РД. Другим критерием отсутствия обратных течений является оптимальный диапазон угла между прямолинейным участком грани газоотражателя и вертикалью, который в настоящем изобретении выбран в пределах 34° ≤ α ≤ 36° (в среднем 35° ). При меньших углах α увеличивается высота газоотражателя и всей стартовой системы, что экономически и технически невыгодно.The presence of an ejection is an important criterion for the correct choice of the cross-sectional area of the gas duct and, consequently, the absence of reverse flows of high-temperature gases of working taxiways. Another criterion for the absence of reverse flows is the optimal range of the angle between the rectilinear portion of the face of the gas reflector and the vertical, which in the present invention is selected within 34 ° ≤ α ≤ 36 ° (average 35 °). At smaller angles α, the height of the gas reflector and the entire starting system increases, which is economically and technically disadvantageous.

Вся работа системы пожаропредупреждения в хвостовых отсеках РН, которая продолжается в течение 15 с, протекает в нестационарном режиме, в результате чего параметры воздуха (давление, расход, температура, плотность) в баллонах и кольцевом коллекторе изменяются по времени.All work of the fire warning system in the tail compartments of the LV, which lasts for 15 s, proceeds in an unsteady mode, as a result of which the air parameters (pressure, flow, temperature, density) in the cylinders and the annular manifold change in time.

В качестве примера на фиг.4 показан график изменения давления воздуха в баллонах (Рб) по времени τ . (Количество баллонов равно 52; емкость каждого баллона 0,4 м3; начальное номинальное давление 26 МПа; начальная температура воздуха 293 К). На графике "0" соответствует моменту начала работы системы, а интервал времени 0... -3 соответствует времени заполнения трубопроводов системы воздухом от баллонов до ПК, установленных перед кольцевым коллектором. Отрезок времени 0... 15 с отражает фактическое время работы системы. Из графика видно, что давление воздуха в баллонах в конце работы системы составляет 16 МПа.As an example, figure 4 shows a graph of changes in air pressure in cylinders (R b ) over time τ. (The number of cylinders is 52; the capacity of each cylinder is 0.4 m 3 ; the initial nominal pressure is 26 MPa; the initial air temperature is 293 K). On the graph, "0" corresponds to the moment the system starts to work, and the time interval 0 ... -3 corresponds to the time for filling the system pipelines with air from cylinders to a PC installed in front of the ring collector. The time span of 0 ... 15 s reflects the actual operating time of the system. The graph shows that the air pressure in the cylinders at the end of the system is 16 MPa.

По опытным данным давление воздуха в кольцевом коллекторе (перед суживающимися соплами) должно быть не менее 0,6 МПа, но кратковременно может повышаться до 0,85 МПа. График изменения по времени давления воздуха в кольцевом коллекторе (перед суживающимися соплами) показан на фиг.5. При таком изменении давления воздуха в кольцевом коллекторе направленная вниз струя воздуха, выходящая из суживающегося сопла, не только обеспечивает требуемый максимально возможный расход воздуха, но и имеет мощную кинетическую энергию, способную полностью подавить и направлять в газоход возвратные потоки газовых струй РД, отраженных от поверхности газоотражателя. При этом в устье каждого суживающегося сопла, работающего при сверхкритическом перепаде давлений Рак≤ 0,528 (где Pa - давление на выходе за соплом, Рк - давление в коллекторе), скорость истечения воздуха равна местной скорости звука (340... 350 м/с), давление равно критическому ~0,32 МПа, а за соплом скорость потока сверхзвуковая, так как поток расширяется: давление падает от 0,32 МПа до 0,1 МПа, а скорость увеличивается. Опыты показали, что для повышения эффективности работы струя воздуха, выходящая из суживающегося сопла кольцевого коллектора, должна иметь строгую направленность по отношению к поверхности газоотражателя, то есть углы наклона суживающихся сопел должны быть оптимальными и составлять попеременно (поколлекторно - по отдельным секторам кольцевого коллектора) 30 и 45°((фиг.2).According to experimental data, the air pressure in the annular collector (in front of the tapering nozzles) should be at least 0.6 MPa, but may briefly increase to 0.85 MPa. The time course of the air pressure in the annular manifold (in front of the tapering nozzles) is shown in FIG. With such a change in air pressure in the annular manifold, a downward directed air stream emerging from the tapering nozzle not only provides the required maximum air flow rate, but also has powerful kinetic energy capable of completely suppressing and directing return flows of RD gas jets reflected from the surface into the gas duct gas reflector. At the same time, at the mouth of each tapering nozzle operating at a supercritical pressure drop of P a / P k ≤ 0.528 (where P a is the pressure at the outlet of the nozzle, P k is the pressure in the manifold), the air velocity is equal to the local speed of sound (340 .. 350 m / s), the pressure is critical ~ 0.32 MPa, and behind the nozzle the flow velocity is supersonic, as the flow expands: the pressure drops from 0.32 MPa to 0.1 MPa, and the speed increases. The experiments showed that in order to increase the efficiency of operation, the air stream leaving the tapering nozzle of the annular manifold should have a strict directivity with respect to the surface of the gas deflector, i.e., the angles of inclination of the tapering nozzles should be optimal and be alternating (on a unit-by-sector basis for individual sectors of the annular collector) 30 and 45 ° ((figure 2).

Анализ показал, что для полной ликвидации восходящих (возвратных) токов струй РД необходимо ниже среза сопел РД установить, как минимум, два дальнобойных расширяющихся сопла типа сопла Лаваля, обеспечивающих отвод газов РД в зону, безопасную для старта РН с КА и оборудования стартового комплекса. При этом установлено, что для обеспечения требуемого максимально возможного расхода воздуха через сопло Лаваля (18... 37 кг/с) диаметр его критического (минимального) сечения должен составлять 100 мм. График изменения по времени давления воздуха на входе в сопло Лаваля показан на фиг.6. Как видно из него, давление воздуха на входе в сопло Лаваля изменяется в пределах 1,0... 2,0 МПа, что обеспечивает вышеуказанный диапазон расходов. При нормальной работе сопла Лаваля (расчетный режим) скорость потока непрерывно увеличивается. Расчетный режим характеризуется сверхзвуковой скоростью истечения и равенством внешнего давления (Ра) и давления (Рвых) в выходном сечении сопла Лаваля (Равых). Внешнее давление, соответствующее расчетному режиму, равно Ра=0,1 МПа. Требуемый расход воздуха зависит от конструкции стартовой системы, числа и направлений газоотводных каналов (газоходов), расходов компонентов топлива РД и др. и колеблется, как правило, в пределах 40... 140 кг/с. К примеру, для обеспечения безопасного пуска РН типа "Союз" требуемый расход воздуха составляет порядка 110... 126 кг/с.The analysis showed that for the complete elimination of the upward (return) currents of the taxiway jets, it is necessary to install at least two long-range expanding nozzles of the Laval nozzle type below the nozzle exit of the taxiway, providing for the removal of taxiway gases into the safe zone for launching the spacecraft from the spacecraft and the equipment of the launch complex. It was found that to ensure the required maximum possible air flow through the Laval nozzle (18 ... 37 kg / s), the diameter of its critical (minimum) section should be 100 mm. The time course of the air pressure at the inlet to the Laval nozzle is shown in Fig.6. As can be seen from it, the air pressure at the inlet to the Laval nozzle varies within 1.0 ... 2.0 MPa, which ensures the above flow rate range. During normal operation of the Laval nozzle (design mode), the flow rate continuously increases. The design mode is characterized by a supersonic flow rate and the equality of the external pressure (P a ) and pressure (P o ) in the output section of the Laval nozzle (P a = P o ). The external pressure corresponding to the design mode is P a = 0.1 MPa. The required air flow rate depends on the design of the launch system, the number and directions of gas exhaust channels (gas ducts), fuel consumption of RD components, etc., and usually ranges from 40 ... 140 kg / s. For example, to ensure the safe launch of Soyuz type LVs, the required air flow rate is about 110 ... 126 kg / s.

Таким образом, предлагаемые способ и система пожаропредупреждения в хвостовых отсеках РН не только предотвращают возможность возникновения пожара в хвостовых отсеках РН, но и эффективно защищают РН с КА от теплового воздействия газовых струй РД в процессе проведения пусков на ракетно-космических комплексах.Thus, the proposed fire warning method and system in the LV tail compartments not only prevent the possibility of a fire in the LV tail compartments, but also effectively protect the LV with the spacecraft from the thermal effect of the RD gas jets during launches at the rocket and space complexes.

В настоящее время способ и система пожаропредупреждения в двигателях ракет-носителей прошли заводские испытания и в дальнейшем предполагается их использование на наземных стартовых комплексах космодромов "Байконур" и "Плесецк".At present, the fire warning method and system in launch vehicle engines has undergone factory tests and their further use is expected to be used on the ground launch complexes of the Baikonur and Plesetsk cosmodromes.

Источники информацииSources of information

1. Описание изобретения РСТ WO 95/28205, кл. А 62 С 31/00, 35/02, 35/62, 39/00, 1995 г. - аналог.1. Description of the invention PCT WO 95/28205, cl. A 62 C 31/00, 35/02, 35/62, 39/00, 1995 - analogue.

2. Описание изобретения РСТ WO 93/25276, кл. А 62 С 3/00, 35/58, 1993 г. - аналог.2. Description of the invention PCT WO 93/25276, cl. A 62 S 3/00, 35/58, 1993 - analogue.

3. Аграновский М.М. и др. Силовые пневмоавтоматические системы. Под редакцией В.П.Бармина. М.: 1965 г., с.10, рис.6 - прототип.3. Agranovsky M.M. and other Power pneumatic systems. Edited by V.P. Barmin. M .: 1965, p.10, Fig. 6 - prototype.

4. Дейч М.Е. Техническая газодинамика. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1961 г. - 671 с.4. Deutsch M.E. Technical gas dynamics. M.-L.: Gosenergoizdat, 1961 - 671 p.

5. Кириллин В.А. и др. Техническая термодинамика. М.: Наука, 1979 г. - 512 с.5. Kirillin V.A. et al. Technical thermodynamics. M .: Nauka, 1979 - 512 p.

6. Противопожарные нормы проектирования зданий и сооружений. СНиП II - 80. М.: Стройиздат, 1981 г. - 16 с.6. Fire safety standards for the design of buildings and structures. SNiP II - 80. M .: Stroyizdat, 1981 - 16 p.

7. Бесчастнов М.В., Соколов В.М. Предупреждение аварий в химических производствах. М.: Химия, 1979 г. - 392 с.7. Beschastnov MV, Sokolov VM Prevention of accidents in chemical industries. M .: Chemistry, 1979 - 392 p.

8. Водямик В.И. Взрывозащита технологического оборудования. Киев, 1979 г. - 144 с.8. Vodyamik V.I. Explosion protection of technological equipment. Kiev, 1979 - 144 p.

9. Космодром. Под общей редакцией А.Л.Вольского. М.: Воениздат, 1977 г.9. The spaceport. Under the general editorship of A.L. Volsky. M .: Military Publishing, 1977

10. Ракеты-носители. Под редакцией С.О.Осипова. М.: Воениздат, 1981 г.10. Launch vehicles. Edited by S.O. Osipov. M .: Military Publishing, 1981

11. Космонавтика. Энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1985 г.11. Cosmonautics. Encyclopedia. M .: Soviet Encyclopedia, 1985

12. Жирицкий Г.С. и др. Газовые турбины двигателей летальных аппаратов. М.: Машиностроение, 1971 г. - 620 с.12. Zhiritsky G.S. and other gas turbines of aircraft engines. M .: Mechanical engineering, 1971 - 620 p.

13. Основы теории и расчета ЖРД. Под редакцией В.М.Кудрявцева. М.: Высшая школа, 1975 г. - 656 с.13. Fundamentals of the theory and calculation of rocket engines. Edited by V.M. Kudryavtsev. M .: Higher school, 1975 - 656 p.

14. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1970 г. - 904 с.14. Loitsyansky L.G. Mechanics of fluid and gas. M .: Nauka, 1970 - 904 p.

Claims (2)

1. Способ пожаропредупреждения в хвостовых отсеках ракет-носителей, заключающийся в подаче сжатого газа через сопла коллектора в зону двигателей в период пуска ракет-носителей по одной из магистралей выдачи газа в основной коллектор, отличающийся тем, что в указанном коллекторе поддерживают давление более 0,6 МПа и одновременно осуществляют подачу воздуха в зону двигателей через сопла дополнительного коллектора по двум совместно управляемым магистралям его выдачи в дополнительный коллектор, при падении давления до 0,6 МПа подают воздух по двум другим магистралям выдачи газа в основной коллектор и одновременно осуществляют подачу воздуха по трем другим совместно управляемым магистралям его выдачи в дополнительный коллектор, а при повторном падении давления до 0,6 МПа подают воздух по двум оставшимся магистралям выдачи газа в основной коллектор.1. The method of fire prevention in the tail compartments of launch vehicles, which consists in supplying compressed gas through the nozzle of the manifold to the engine area during the launch of the launch vehicles through one of the gas delivery lines to the main manifold, characterized in that the pressure in the manifold is maintained at more than 0, 6 MPa and at the same time supply air to the engine area through nozzles of the additional manifold along two jointly controlled lines for its delivery to the additional manifold, when the pressure drops to 0.6 MPa, air is supplied about two other gas supply lines to the main manifold and at the same time supply air through three other jointly controlled supply lines to the additional manifold, and when the pressure drops again to 0.6 MPa, air is supplied through the two remaining gas supply lines to the main collector. 2. Система пожаропредупреждения в хвостовых отсеках ракет-носителей, содержащая баллоны со сжатым газом и магистрали выдачи газа с установленной на них управляемой запорной арматурой, объединенные в общий основной коллектор с соплами, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным коллектором, имеющим по меньшей мере два расширяющихся сопла и объединяющим пять магистралей выдачи газа с установленной на них управляемой запорной арматурой, выполненной в виде нормально закрытых пневмоклапанов, два из которых управляются одним управляющим элементом, а три оставшихся - другим управляющим элементом, при этом основной коллектор выполнен кольцевым и также объединяет пять магистралей выдачи газа, управляемая запорная арматура которых выполнена в виде нормально закрытых пневмоклапанов, а сопла данного кольцевого коллектора выполнены суживающимися и расположены попеременно под углами 30 и 45° относительно вертикальной оси ракеты-носителя.2. Fire alarm system in the tail compartments of launch vehicles containing compressed gas cylinders and gas delivery lines with controlled shutoff valves installed on them, combined into a common main manifold with nozzles, characterized in that it is equipped with an additional manifold having at least two expanding nozzles and combining five gas delivery lines with controlled shutoff valves installed on them, made in the form of normally closed pneumatic valves, two of which are controlled by one control and the remaining three by another control element, while the main manifold is circular and also combines five gas supply lines, controlled shut-off valves of which are made in the form of normally closed pneumatic valves, and the nozzles of this annular manifold are tapered and are located alternately at angles of 30 and 45 ° relative to the vertical axis of the launch vehicle.
RU2003117766/11A 2003-06-18 2003-06-18 Method of fire prevention in tail compartments of launch vehicles and fire prevention system in these compartments RU2247687C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003117766/11A RU2247687C1 (en) 2003-06-18 2003-06-18 Method of fire prevention in tail compartments of launch vehicles and fire prevention system in these compartments

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003117766/11A RU2247687C1 (en) 2003-06-18 2003-06-18 Method of fire prevention in tail compartments of launch vehicles and fire prevention system in these compartments

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003117766A RU2003117766A (en) 2004-12-20
RU2247687C1 true RU2247687C1 (en) 2005-03-10

Family

ID=35364594

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003117766/11A RU2247687C1 (en) 2003-06-18 2003-06-18 Method of fire prevention in tail compartments of launch vehicles and fire prevention system in these compartments

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2247687C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108216688A (en) * 2017-12-27 2018-06-29 北京控制工程研究所 A kind of depleted shutdown method for dual mode satellite propulsion system
CN112539679A (en) * 2020-12-07 2021-03-23 北京航天发射技术研究所 Heavy carrier rocket launching support system and use method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АГРАНОВСКИЙ М.М. и др. Силовые пневмоавтоматические системы. Под ред. В.П.БАРМИНА. 1965. С.10, рис.6. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108216688A (en) * 2017-12-27 2018-06-29 北京控制工程研究所 A kind of depleted shutdown method for dual mode satellite propulsion system
CN108216688B (en) * 2017-12-27 2019-11-29 北京控制工程研究所 A kind of depleted shutdown method for dual mode satellite propulsion system
CN112539679A (en) * 2020-12-07 2021-03-23 北京航天发射技术研究所 Heavy carrier rocket launching support system and use method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3423716B1 (en) A system of using compressed air as a force source and method thereof; airplane
US6293091B1 (en) Axisymmetrical annular plug propulsion system for integrated rocket/ramjet or rocket/scramjet
US9046057B2 (en) Method and device to increase thrust and efficiency of jet engine
US4560121A (en) Stabilization of automotive vehicle
WO2009142674A1 (en) Rocket nozzles for unconventional vehicles
US6536350B2 (en) Stagnation pressure activated fuel release mechanism for hypersonic projectiles
RU2247687C1 (en) Method of fire prevention in tail compartments of launch vehicles and fire prevention system in these compartments
US5485787A (en) Gas gun launched scramjet test projectile
JPH0849999A (en) Missile by air suction type propulsion assistance
AU2006228511B2 (en) Steering system and method for a guided flying apparatus
FR2613639A1 (en) Device for pulsing and spraying, together with gases, substances or mixtures
Nagata et al. Development and flight demonstration of 5 kN thrust class CAMUI type hybrid rocket
RU2714582C1 (en) Method for arrangement of working process in straight-flow air-jet engine with continuous-detonation combustion chamber and device for implementation thereof
RU2556672C1 (en) Method of creation of gas-droplet jet, and device for its implementation
Akiba et al. Experiments with solid rocket technology in the development of M-3SII
RU2090454C1 (en) Saucer-type flying vehicle for planetary and interplanetary navigation
Stadler et al. The dual pulse motor for LFK NG
US3216357A (en) Thrust reversal system
Carlotti et al. Development of a probe for particle collection in high-temperature, supersonic flow: conceptual and detailed design
RU95110350A (en) Missile take-off and orientation actuating system
RU2201329C1 (en) Method for thermoabrasive cleaning of article surfaces and apparatus for performing the same
RU61858U1 (en) MISSILE COMPLEX OF SEMI-DEPTH TYPE
RU2319032C1 (en) Method of forming ram-jet thrust for small number of peripheral tactical missiles in missile carrier cluster
US20230279825A1 (en) Multimodal Compressed Air Propulsion Systems for an Aerial Vehicle for Suppressing Widespread Fires
WO2006056742A1 (en) Satellite launch system

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20110908

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120619

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20130727

PD4A Correction of name of patent owner