Система опорожнения баков

Система опорожнения баков (СОБ) — часть системы автоматического управления жидкостным реактивным двигателем. СОБ предназначена для обеспечения одновременной выработки горючего и окислителя из баков ракеты и уменьшения неиспользуемых запасов топлива. На ступенях ракет, построенных по схеме с продольным разделением, в задачи СОБ входит также равномерная выработка топлива на одновременно работающих блоках, в таком случае её называют системой опорожнения баков и синхронизации — СОБИС.

Назначение СОБ

Жидкостный реактивный двигатель рассчитывается на расход компонентов топлива (горючего и окислителя) в определенном соотношении^[1], поддерживаемом с точностью 2—4 %. В реальности под действием различных возмущений это соотношение может меняться в ещё больших пределах. При избытке или недостатке одного из компонентов система управления двигателем может увеличить подачу другого для поддержания заданной тяги. В результате один из компонентов топлива может закончится раньше, что приведет к преждевременной остановке или даже разрушению двигателя. Для предотвращения преждевременной выработки компонентов топлива в баки ракеты заливаются дополнительные («гарантийные») объемы горючего и окислителя. Но после окончания работы двигателя невыработанные гарантийные запасы фактически уменьшают массу полезного груза ракеты. Для уменьшения необходимых гарантийных запасов применяются автоматические системы управления соотношением компонентов топлива, подаваемого в ЖРД. Эту задачу выполняет система опорожнения баков^[2]. В ступенях ракет-носителей, построенных по пакетной схеме, требуется не только поддержание оптимального расхода компонентов в каждом из блоков, но и синхронное опорожнение баков на всех блоках, что требует управления расходом топлива во всех блоках единой системой, называемой СОБИС (система опорожнения баков и синхронизации)^[3].

Принцип действия и типы СОБ

Системы опорожнения баков делятся на два основных типа — уровнемерные и расходомерные, называемые также системами регулирования соотношения компонентов (РСК). На различных ступенях многоступенчатых ракет-носителей могут использоваться различные типы СОБ^[4]. Работа СОБ теоретически позволяет полностью избавиться от необходимости иметь гарантийный запас компонентов топлива в баках ракеты, однако из-за неизбежных случайных разбросов в работе системы необходимость сохранения небольших запасов остается. В логике работы СОБ требуется учитывать наличие избытков, чтобы на начальном этапе полёта не происходил ускоренный расход компонентов топлива^[5].

Уровнемерные СОБ

Уровнемерная система использует датчики уровня, расположенные в баках горючего и окислителя. По этим датчикам определяется время прохождения заданных значений уровней компонентов топлива. По данным измерений определяется, какой из компонентов расходуется с опережением и подается сигнал на управление дроссельными заслонками, регулирующими поступление компонентов в двигатель. В нескольких последовательных измерениях рассогласование скорости поступления компонентов постепенно уменьшается и к моменту их израсходования становится равным нулю^[4].

СОБИС

Системы синхронного опорожнения баков определяют рассогласование расхода одноименного компонента (горючего или окислителя) на различных блоках ракетной ступени и изменяют режим работы двигателей отдельных блоков так, чтобы к моменту их выключения рассогласование уровней этого компонента на разных блоках было минимальным. Таким образом, при совместной работе СОБ на каждом блоке и общей системы СОБИС обеспечивается одновременный слив окислителя и горючего из баков всех блоков^[4].

Расходомерные СОБ

Датчики расходомерной СОБ непрерывно производят измерение расхода из баков каждого из компонентов. Система вычисляет фактическое соотношение расходов и их отклонение от заданного. По результатам измерений регулируется расход одного из компонентов (обычно горючего) с помощью дросселя. Современные расходомерные системы прогнозируют момент полной выработки компонентов топлива и регулируют их соотношение таким образом, чтобы максимально полно использовать располагаемые запасы к моменту выключения двигателя^[2]^[4].

Примечания

↑ B.C. Егорычев, B.C. Кондрусев. Жидкие ракетные топлива // Топлива химических ракетных двигателей. — Самара: СГАУ, 2007. — С. 11—19. — ISBN 978-5-7883-0512-7.
↑ ¹ ² А. Р. Ишбулатов, Н. Д. Кузнецова. Система управления расходованием топлива (рус.) // Технические науки в России и за рубежом : материалы VII Междунар. науч. конф. : сборник. — М.: Буки-Веди, 2017. — С. 29—31. — ISBN 978-5-4465-0943-0. Архивировано 11 мая 2021 года.
↑ А.Я. Андриенко, В.П. Иванов. Совершенствование энергетических характеристик жидкостных ракет средствами автоматического управления. Ч. II. Бортовые системы управления расходованием топлива (рус.) // Проблемы управления : журнал. — 2009. — № 2.
↑ ¹ ² ³ ⁴ Космонавтика:Энциклопедия, 1985.
↑ И.И. Шунейко. Система опорожнения баков // Пилотируемые полеты на Луну, конструкция и характеристики Saturn V Apollo (рус.). — ВИНИТИ, 1973. — Т. 3. — (Ракетостроение).

Литература

Система опорожнения баков (рус.) // Космонавтика : Энциклопедия / Гл. ред. В. П. Глушко; Редколлегия: В. П. Бармин, К. Д. Бушуев, В. С. Верещетин и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1985. — С. 356.

[1] B.C. Егорычев, B.C. Кондрусев. Жидкие ракетные топлива // Топлива химических ракетных двигателей. — Самара: СГАУ, 2007. — С. 11—19. — ISBN 978-5-7883-0512-7.

[СУРТ-2] ¹ ² А. Р. Ишбулатов, Н. Д. Кузнецова. Система управления расходованием топлива (рус.) // Технические науки в России и за рубежом : материалы VII Междунар. науч. конф. : сборник. — М.: Буки-Веди, 2017. — С. 29—31. — ISBN 978-5-4465-0943-0. Архивировано 11 мая 2021 года.

[3] А.Я. Андриенко, В.П. Иванов. Совершенствование энергетических характеристик жидкостных ракет средствами автоматического управления. Ч. II. Бортовые системы управления расходованием топлива (рус.) // Проблемы управления : журнал. — 2009. — № 2.

[_2e9abb958e5d8756-4] ¹ ² ³ ⁴ Космонавтика:Энциклопедия, 1985.

[5] И.И. Шунейко. Система опорожнения баков // Пилотируемые полеты на Луну, конструкция и характеристики Saturn V Apollo (рус.). — ВИНИТИ, 1973. — Т. 3. — (Ракетостроение).

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]