RU2815457C1 - Method for elements of launch vehicle discharger by supplying liquid - Google Patents

Method for elements of launch vehicle discharger by supplying liquid Download PDF

Info

Publication number
RU2815457C1
RU2815457C1 RU2023110567A RU2023110567A RU2815457C1 RU 2815457 C1 RU2815457 C1 RU 2815457C1 RU 2023110567 A RU2023110567 A RU 2023110567A RU 2023110567 A RU2023110567 A RU 2023110567A RU 2815457 C1 RU2815457 C1 RU 2815457C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
launch
elements
cooling
launch vehicle
coolant
Prior art date
Application number
RU2023110567A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Владимирович Козлов
Андрей Валерьевич Лагун
Дмитрий Викторович Садин
Игорь Олегович Кукушкин
Виктор Александрович Давидчук
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации
Application granted granted Critical
Publication of RU2815457C1 publication Critical patent/RU2815457C1/en

Links

Abstract

FIELD: rocketry.
SUBSTANCE: equipment for rocket launching systems, in particular a method for cooling elements of a launch vehicle discharger. To do this, when the launch vehicle is launched, the coolant constantly circulates through the heat removal channels in the metal lining of the launcher flue. The liquid is supplied simultaneously with the start of the propulsion system.
EFFECT: cooling of the elements of the starting device and ensuring their long-term operation.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию стартовых ракетных комплексов, в частности к способу снижения температурных нагрузок на элементы пускового устройства.The invention relates to equipment for missile launch systems, in particular to a method for reducing temperature loads on elements of the launch device.

При старте ракеты-носителя технологическое оборудование системы и сооружения стартовых ракетных комплексов работают в весьма специфических условиях, что определено действием ряда характерных нагрузок. К ним, прежде всего, следует отнести высокотемпературное воздействие газовой струи при запуске двигательной установки ракеты-носителя. Также физическую картину процессов нагружения, протекающих вблизи пускового оборудования перед запуском двигательной установки при пуске ракеты-носителя, усложняет пролив компонентов ракетных топлив и заполнение пространства газоходов их парами. Это негативно сказывается на техническом состоянии, возможности долговременной эксплуатации, как самих элементов пускового оборудования, так и элементов стартового сооружения.During the launch of a launch vehicle, the technological equipment of the system and structures of the launch rocket complexes operate under very specific conditions, which is determined by the action of a number of characteristic loads. These include, first of all, the high-temperature effects of a gas jet during launch of the launch vehicle propulsion system. Also, the physical picture of the loading processes occurring near the launch equipment before the launch of the propulsion system during launch of the launch vehicle complicates the spilling of rocket fuel components and filling the space of the gas ducts with their vapors. This negatively affects the technical condition and the possibility of long-term operation of both the elements of the launch equipment themselves and the elements of the launch structure.

Для нейтрализации таких факторов через патрубки данной системы охлаждения дополнительно вместе с водой можно вводить специальный состав. Такая смесь позволит компенсировать негативное воздействие от паров компонентов ракетных топлив и высокотемпературного воздействия газовой струи как на технологическое оборудование стартового комплекса, так и на элементы стартового сооружения, что также позволит увеличить время эксплуатации данного оборудования. Такое решение наиболее актуально при использовании токсичных компонентов ракетных топлив на стартовом комплексе.To neutralize such factors, a special composition can be additionally introduced through the pipes of this cooling system along with water. Such a mixture will compensate for the negative impact of vapors of rocket fuel components and the high-temperature effects of a gas jet on both the technological equipment of the launch complex and the elements of the launch structure, which will also increase the operating time of this equipment. This solution is most relevant when using toxic components of rocket fuels at the launch complex.

В настоящее время для снижения пусковых нагрузок на ракету-носитель и элементы стартового комплекса известен целый ряд способов и устройств.Currently, a number of methods and devices are known to reduce launch loads on the launch vehicle and elements of the launch complex.

Известна система охлаждения газовой струи ракетного двигателя стартового комплекса, включающая трубопроводы, проложенные от емкости с водой к патрубкам, снабженными щелевыми насадками, установленным на пусковом столе, через водоводы которых вода подается для охлаждения газоотражателя (см. книгу "Технологические объекты наземной инфраструктуры ракетно-космической техники" (инженерное пособие) под общей редакцией доктора технических наук, профессора И.В. Бармина. Москва, 2005 год).A known system for cooling the gas jet of a launch complex rocket engine includes pipelines laid from a container with water to nozzles equipped with slotted nozzles installed on the launch table, through the conduits of which water is supplied to cool the gas reflector (see the book "Technological objects of ground-based infrastructure of rocket and space technology" (engineering manual) under the general editorship of Doctor of Technical Sciences, Professor I.V. Barmin. Moscow, 2005).

Система подразумевает ввод с помощью патрубка охлаждающего водяного потока в центр сверхзвуковой газовой струи двигательной установки ракеты-носителя после выхода ее из сопла двигателя.The system involves introducing a cooling water flow through a pipe into the center of the supersonic gas jet of the launch vehicle propulsion system after it exits the engine nozzle.

Она предназначена для защиты газоотражателя от воздействия высокотемпературного газового потока, а также охлаждения этого потока и защиты хвостовой части ракеты космического назначения.It is designed to protect the gas reflector from the effects of high-temperature gas flow, as well as to cool this flow and protect the tail section of a space rocket.

Известен также «Способ снижения пусковых нагрузок на ракету-носитель при ее старте», включающий создание замкнутой водяной завесы вокруг хвостового отсека ракеты-носителя и струи продуктов сгорания (Патент РФ № 2320883, МПК F02K 1/34, А62С 2/08, B64G 5/00, от 2006 г.).Also known is the “Method of reducing launch loads on a launch vehicle during its launch,” which includes the creation of a closed water curtain around the tail section of the launch vehicle and a jet of combustion products (RF Patent No. 2320883, IPC F02K 1/34, A62C 2/08, B64G 5 /00, dated 2006).

В этом случае подачу воды осуществляют вверх и вниз параллельно ракете-носителю и газовой струе в виде водяной пелены замкнутой кольцевой формы.In this case, water is supplied up and down parallel to the launch vehicle and the gas jet in the form of a water film of a closed annular shape.

Недостаток этого способа заключается в снижении только акустических нагрузок на ракету-носитель при ее старте, также обеспечивается защита оборудования, установленного на стартовом столе и элементов стартового сооружения, находящегося за водяными завесами.The disadvantage of this method is that it only reduces the acoustic loads on the launch vehicle during its launch; it also provides protection for the equipment installed on the launch pad and elements of the launch structure located behind the water curtains.

Все вышеизложенные способы связаны с использованием патрубков для подачи охлаждающей жидкости, закрепленных на раме пускового устройства. В случае охлаждения газовой струи двигательной установки водяной поток вводится в центр сверхзвуковой струи под соплом двигательной установки. При выполнении задачи снижения акустической нагрузки на ракету-носитель и элементы пускового оборудования водяной поток распространяется для создания водяной завесы под хвостовым отсеком ракеты-носителя.All of the above methods involve the use of coolant supply pipes mounted on the frame of the starting device. In the case of cooling the gas jet of the propulsion system, the water flow is introduced into the center of the supersonic jet under the nozzle of the propulsion system. When performing the task of reducing the acoustic load on the launch vehicle and elements of the launch equipment, the water flow spreads to create a water curtain under the tail section of the launch vehicle.

Это не позволяет говорить о том, что полностью решается проблема долговременной эксплуатации пускового оборудования и стартового сооружения, а конкретно газоходов пускового устройства. Поэтому предлагается новый способ охлаждения элементов пускового устройства при старте ракеты-носителя путем подачи жидкости.This does not allow us to say that the problem of long-term operation of the launch equipment and launch facility, and specifically the gas ducts of the launch device, is completely solved. Therefore, a new method is proposed for cooling the elements of the launch device during launch of a launch vehicle by supplying liquid.

При разработке предлагаемого способа охлаждения элементов пускового устройства при старте ракеты-носителя учитывается способ охлаждения камеры жидкостных ракетных двигателей (см. «Конструкция и проектирование ракетных двигателей» под ред. В.П. Советского. - М.: Машиностроение, 1984).When developing the proposed method for cooling the elements of the launch device during the launch of a launch vehicle, the method of cooling the chamber of liquid rocket engines is taken into account (see “Design and design of rocket engines”, edited by V.P. Sovetsky. - M.: Mashinostroenie, 1984).

Для охлаждения стенок камер сгорания жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) в этом случае используется внешнее проточное охлаждение. При таком способе охлаждения тепловые потоки отводятся от стенок камер с помощью охладителя, протекающего по охлаждающему тракту соответствующей формы внутри стенок камеры ЖРД. После охлаждающего тракта охладитель в ЖРД без дожигания вводится через головку внутрь камеры сгорания.In this case, external flow cooling is used to cool the walls of the combustion chambers of liquid rocket engines (LPRE). With this cooling method, heat flows are removed from the chamber walls using a coolant flowing through a cooling path of an appropriate shape inside the walls of the liquid-propellant rocket engine chamber. After the cooling path, the coolant is introduced into the liquid-propellant rocket engine without afterburning through the head into the combustion chamber.

Эффективность внешнего проточного охлаждения в существенной степени зависит от размеров и формы охлаждающего тракта, которые должны обеспечивать требуемые значения скорости охладителя и коэффициента теплоотдачи со стороны охладителя по длине тракта.The efficiency of external flow cooling largely depends on the size and shape of the cooling path, which must provide the required values of the cooler speed and heat transfer coefficient from the cooler along the length of the path.

Недостатком данного способа охлаждения камеры ЖРД является то, что его можно использовать в системах охлаждения только для снижения температурных нагрузок камер ЖРД, имеющих небольшие габаритные размеры.The disadvantage of this method of cooling a liquid-propellant rocket engine chamber is that it can be used in cooling systems only to reduce the temperature loads of liquid-propellant rocket engine chambers that have small overall dimensions.

Наиболее близким по технической сути (прототипом) к предлагаемому способу охлаждения элементов пускового устройства при старте ракеты-носителя путем подачи жидкости является способ снижения деструктивного воздействия на элементы пускового устройства и стартовое сооружение при старте ракеты-носителя (см. патент РФ № 2773482, МПК А62С 35/00, B64G 5/00, от 06.06.2022 г.).The closest in technical essence (prototype) to the proposed method of cooling the elements of the launch device during the launch of a launch vehicle by supplying liquid is a method for reducing the destructive effect on the elements of the launch device and the launch structure during the launch of the launch vehicle (see RF patent No. 2773482, IPC A62S 35/00, B64G 5/00, dated 06/06/2022).

Сущность данного способа и средства защиты заключается в создании на поверхности металлооблицовки газохода пускового устройства пленочной водяной завесы путем подачи воды из проема стартового сооружения перед запуском двигателя при старте ракеты-носителя.The essence of this method and means of protection is to create a film water curtain on the surface of the metal lining of the gas duct of the launching device by supplying water from the opening of the launch structure before starting the engine at the launch of the launch vehicle.

Технический результат в этом способе защиты достигается синхронным построением пленочных защитных дисперсных образований на металлооблицовке газохода пускового устройства.The technical result in this method of protection is achieved by the synchronous construction of film protective dispersed formations on the metal lining of the gas duct of the starting device.

Недостатком данного способа является то, что его можно использовать в системах охлаждения для небольших по габаритам конструкций, так как реализация способа требует расхода значительных объемов воды. Кроме того, стартовые сооружения дополнительно необходимо оснащать системами сбора и нейтрализации отработавшей жидкости, а системы хранения запасов воды занимают значительный объем в сооружениях.The disadvantage of this method is that it can be used in cooling systems for small-sized structures, since the implementation of the method requires the consumption of significant volumes of water. In addition, launch facilities must additionally be equipped with systems for collecting and neutralizing waste liquid, and water storage systems occupy a significant amount of space in the structures.

Все вышеизложенные способы не полностью решают задачу снижения тепловых нагрузок на элементы пускового оборудования и стартового сооружения, что снижает долговечность этих объектов.All of the above methods do not fully solve the problem of reducing thermal loads on elements of launch equipment and launch structures, which reduces the durability of these objects.

Задачей предложенного изобретения является решение проблемы негативного воздействия от тепловых нагрузок газовой струи ракетного двигателя на элементы пускового оборудования и стартового сооружения больших размеров, при котором техническим результатом будет являться увеличение времени эксплуатации данных элементов стартового комплекса.The objective of the proposed invention is to solve the problem of the negative impact of thermal loads of a gas jet of a rocket engine on elements of launch equipment and large launch facilities, in which the technical result will be an increase in the operating time of these elements of the launch complex.

Сущность предлагаемого способа заключается в создании в металлооблицовке газохода пускового устройства теплоотводящих каналов с замкнутым контуром, путем подачи в них охлаждающей жидкости из расходной емкости, размещенной в стартовом сооружении, перед запуском двигателя при старте ракеты-носителя.The essence of the proposed method is to create heat-removing channels with a closed loop in the metal lining of the launching device by supplying coolant into them from a supply container located in the launch structure before starting the engine at the launch of the launch vehicle.

Технический результат в этом способе защиты достигается охлаждением металлооблицовки газохода пускового устройства за счет отвода тепла охлаждающей жидкостью, постоянно циркулирующей внутри плит газохода пускового устройства.The technical result in this method of protection is achieved by cooling the metal lining of the starting device flue due to heat removal by a coolant constantly circulating inside the starting device flue plates.

Суть изобретения также можно пояснить с использованием фиг.1, 2.The essence of the invention can also be illustrated using Figs. 1, 2.

Струя 2, выходящая из сопла двигательной установки 1 при старте ракеты-носителя, через доли секунды достигает металлооблицовки 10 газохода 14 пускового устройства, создавая при этом тепловое деструктивное воздействие на элементы пускового устройства и стартового сооружения 3, в котором размещено пусковое устройство (фиг. 1).The jet 2 coming out of the nozzle of the propulsion system 1 at the launch of the launch vehicle, in a fraction of a second reaches the metal lining 10 of the gas duct 14 of the launch device, thereby creating a thermal destructive effect on the elements of the launch device and the launch structure 3 in which the launch device is located (Fig. 1 ).

Для снижения этого теплового воздействия через трубопроводы 12 обеспечивается подача охлаждающей жидкости в теплоотводящие каналы 11 в металлооблицовке 10 газохода пускового устройства (фиг. 2).To reduce this thermal effect, coolant is supplied through pipelines 12 to the heat removal channels 11 in the metal lining 10 of the starting device flue (Fig. 2).

В качестве охладителя используется вода или специальная смесь.Water or a special mixture is used as a coolant.

Для создания необходимого давления в трубопроводе 4 создается система из насосов 9 и запорных вентилей 7 и 8 (фиг. 1). Необходимый запас охлаждающей жидкости для выполнения задачи хранится в емкости 5, подача охлаждающей жидкости из нее осуществляется через фильтр 6 (фиг. 1). Движение охлаждающей жидкости внутри металлооблицовки 10 газохода пускового устройства осуществляется по теплоотводящим каналам 11 (фиг. 2) и выполняется в направлении 13, что позволяет обеспечить замкнутую кольцевую схему движения охлаждающей жидкости (фиг. 1). По кольцевой схеме охлаждающая жидкость по обратному трубопроводу после выполнения задачи возвращается в емкость 5 (фиг. 1). Таким образом создается возможность отвода тепла от нагревающихся плит металлооблицовки 10 газохода 14 пускового устройства (фиг. 1) без дополнительного создания систем сбора и нейтрализации отработавшей жидкости.To create the required pressure in pipeline 4, a system of pumps 9 and shut-off valves 7 and 8 is created (Fig. 1). The necessary supply of coolant to complete the task is stored in container 5, and coolant is supplied from it through filter 6 (Fig. 1). The movement of the coolant inside the metal lining 10 of the gas duct of the starting device is carried out through heat removal channels 11 (Fig. 2) and is carried out in direction 13, which allows for a closed annular circuit of the movement of the coolant (Fig. 1). According to the ring circuit, the coolant through the return pipeline, after completing the task, returns to container 5 (Fig. 1). In this way, it is possible to remove heat from the heating plates of the metal lining 10 of the flue 14 of the starting device (Fig. 1) without additionally creating systems for collecting and neutralizing the waste liquid.

Технически такой способ охлаждения элементов пускового устройства при старте ракеты-носителя путем подачи жидкости можно реализовать, используя технологическое оборудование стартового комплекса.Technically, this method of cooling the elements of the launch device during the launch of a launch vehicle by supplying liquid can be implemented using the technological equipment of the launch complex.

Таким образом, предложенный способ обеспечивает технический результат, заключающийся в снижении температурных нагрузок на элементы пускового устройства с целью обеспечения долговременной эксплуатации элементов пускового устройства и стартового сооружения.Thus, the proposed method provides a technical result consisting in reducing temperature loads on the elements of the starting device in order to ensure long-term operation of the elements of the starting device and the launch structure.

Claims (1)

Способ охлаждения элементов пускового устройства при старте ракеты-носителя путем подачи жидкости, отличающийся тем, что постоянная циркуляция охлаждающей жидкости осуществляется по теплоотводящим каналам, созданным внутри плит в металлооблицовке газохода пускового устройства, при этом охлаждающая жидкость подается одновременно с запуском двигательной установки.A method for cooling the elements of a launch device during the launch of a launch vehicle by supplying liquid, characterized in that constant circulation of the coolant is carried out through heat-removing channels created inside the plates in the metal lining of the gas duct of the launch device, while the coolant is supplied simultaneously with the start of the propulsion system.
RU2023110567A 2023-04-24 Method for elements of launch vehicle discharger by supplying liquid RU2815457C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2815457C1 true RU2815457C1 (en) 2024-03-18

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU81475U1 (en) * 2008-10-29 2009-03-20 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" STARTING COMPLEX FOR SPACE MISSILE Rocket
UA106244C2 (en) * 2012-04-13 2014-08-11 Государственное Предприятие "Конструкторское Бюро "Пивденне" Им.М.К. Янгеля Protective structure of launch facility for prelaunch preparation and launching space launch vehicle
KR101705659B1 (en) * 2013-12-27 2017-02-10 한국항공우주연구원 Combustion flame guide for rocket engine testing equipment
US10150580B1 (en) * 2016-11-10 2018-12-11 Peter Nicholas Renzi Launch pad flame deflector structure and method of making the same
RU2773482C1 (en) * 2021-07-07 2022-06-06 Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации Method for reducing the destructive effect on elements of the launch pad and the launch structure during the launch of a launch vehicle

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU81475U1 (en) * 2008-10-29 2009-03-20 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" STARTING COMPLEX FOR SPACE MISSILE Rocket
UA106244C2 (en) * 2012-04-13 2014-08-11 Государственное Предприятие "Конструкторское Бюро "Пивденне" Им.М.К. Янгеля Protective structure of launch facility for prelaunch preparation and launching space launch vehicle
KR101705659B1 (en) * 2013-12-27 2017-02-10 한국항공우주연구원 Combustion flame guide for rocket engine testing equipment
US10150580B1 (en) * 2016-11-10 2018-12-11 Peter Nicholas Renzi Launch pad flame deflector structure and method of making the same
RU2773482C1 (en) * 2021-07-07 2022-06-06 Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации Method for reducing the destructive effect on elements of the launch pad and the launch structure during the launch of a launch vehicle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8776494B2 (en) System, method and apparatus for cooling rocket motor components using a saturated liquid vapor coolant mixture
RU2642938C2 (en) Rocket engine assembly
RU2014113685A (en) REACTIVE MOTOR INSTALLATION AND FUEL SUPPLY METHOD
RU2815457C1 (en) Method for elements of launch vehicle discharger by supplying liquid
Chen et al. An innovative thermal management system for a Mach 4 to Mach 8 hypersonic scramjet engine
US3116603A (en) Combined nozzle cooling and thrust vectoring
RU2773482C1 (en) Method for reducing the destructive effect on elements of the launch pad and the launch structure during the launch of a launch vehicle
Lemieux Nitrous oxide cooling in hybrid rocket nozzles
RU2459971C1 (en) Carrier rocket, liquid-propellant rocket engine and roll nozzle block
US2799988A (en) Catapult device
RU2287076C1 (en) Engine plant of hypersonic craft
RU2378166C1 (en) Multi-stage rocket carrier, method of its launching and nuclear rocket engine
Lemieux (Hornung Invited Session) Development of a Reusable Aerospike Nozzle for Hybrid Rocket Motors
RU2531833C1 (en) Liquid propellant rocket engine
US6880342B1 (en) Structure and method for controlling inlet shock position of a hypersonic vehicle
Belyakov et al. Design of the cooling system of a reasuble liquid rocket engine with three-component fuel
RU2390476C1 (en) Multi-stage
RU2176744C2 (en) Liquid- propellant rocket engine
RU2806412C2 (en) Liquid rocket engine
RU2562315C1 (en) Three-component liquid propellant rocket engine
RU2495273C1 (en) Liquid propellant rocket engine
Daines et al. Computational analysis of mixing and jet pumping in rocket ejector engines
RU2806413C2 (en) Liquid rocket engine
RU2806413C9 (en) Liquid rocket engine
RU2381152C1 (en) Multi-stage carrier rocket with nuclear rocket engines