КТДУ-80 - KTDU-80

КТДУ-80
Союз ТМ-32.jpg
"Союз ТМ-32" вылетает с МКС с закрытой сопловой крышкой SKD.
Страна происхожденияРоссия
ПроизводительКБ ХИММАШ
ПредшественникКТДУ-35
Положение делВ производстве
Жидкостный двигатель
ПропеллентN2О4 / UDMH
ЦиклПод давлением
Спектакль
Толкать2,95 кН
Давление в камере0,88 МПа
Удельный импульс302 с
Время горения890 с
Диапазон подвеса5
Размеры
Длина1,2 м
Диаметр2,1 м
Используется в
Союз

В КТДУ-80 (русский: Корректирующе-Тормозная Двигательная Установка, КТДУ) является последним из семейства интегрированных силовых установок, которые КБ ХИММАШ реализовал для Союз так как Союз-Т. Он объединяет главную двигательную установку, RCS и контроль отношения в единой системе под давлением от обычной двойной системы наддува с резервированием. Обычное топливо UDMH и N2О4 и главной силовой установкой, является S5.80 Главный двигатель. Он создает тягу 2,95 кН (660 фунт-сил) при давлении в камере 0,88 МПа (128 фунтов на кв. Дюйм) и расширении сопла 153,8, что позволяет ему достичь удельный импульс 302 с (2,96 км / с). Он рассчитан на 30 запусков с общим временем стрельбы 890 секунд. Интегрированная система без наддува и резервуаров весит 310 кг (680 фунтов) и представляет собой интегрированный блок длиной 1,2 м (47 дюймов) и диаметром 2,1 м (83 дюйма).[1][2][3]

Описание

Система КТДУ-80 объединяет в себе двухструнную дублирующую систему топлива и наддува, главную двигательную установку ( SKD), RCS (в ДПО-Б) и контроль отношения система ( ДПО-М). Все элементы силовой установки под давлением ракетные двигатели горящий UDMH и N2О4 с общей подачей топлива под давлением.[1]Механически КТДУ-80 разделен на две части:

  • Базовый блок (BB) (русский: ББ, Базовый Блок): Это главная силовая установка и включает в себя всю систему наддува и хранения топлива. Он подразделяется на три подсистемы:
    • Пневматическая система наддува: Это система, которая поддерживает все резервуары и трубопроводы под давлением и гарантирует поддержание правильного рабочего давления в хранилище и силовых подсистемах. Учитывая использование под давлением двигатели, эта подсистема имеет решающее значение, и отказ может означать, что экипаж застрянет в космосе.
    • Система подачи топлива: Он обеспечивает подачу топлива к двигателям орбитального маневра. Включает хранение и распределение топлива.
    • Орбитальный двигатель маневра (SKD) (русский: ББ, Сближающе-корректирующий двигатель (СКД)):
  • Подсистема подруливающего устройства для швартовки / ориентации (DPO) (русский: ДПО, Подсистема двигателей причаливания и ориентации): Это система управления реакцией и ориентацией. Он состоит из двух подсистем:
    • Подсистема резервной подачи топлива.
    • Двигатели для управления причалом и ориентацией (DPO) (русский: ДПО, Двигатели причаливания и ориентации): Все эти двигатели используются для управления движением по отношению и перемещению. Он имеет два разных комплекта двигателей:
      • Подруливающие устройства большой тяги (ДПО-Б) (русский: ДПО-Б): Они используются для ориентации, перемещения, стыковки и расстыковки, а также в качестве резервного двигателя спуска с орбиты.
      • Двигатели малой тяги (ДПО-М) (русский: ДПО-М): Они используются исключительно для управления отношением.

Каждая подсистема описана в следующих разделах.[1]

Пневматическая система наддува

Пневматическая система наддува выполняет три основные функции:

  1. Хранение высокого давления Он газ.
  2. Подача рабочего давления при незаполненном объеме топливного бака.
  3. Подача рабочего давления для срабатывания пневмоприводных клапанов главной двигательной установки (СКД).

Система имеет четыре сферических резервуара для газа под давлением в двух отдельных контурах. Каждый контур соединяет два резервуара и имеет свой индивидуальный датчик давления, клапаны, регулятор давления и клапаны с электрическим приводом. Цепи разделены двумя пиропатрон приводные клапаны, которые позволяют использовать оба контура совместно, использовать один или использовать обе системы независимо. Гелий первоначально хранится при 34,32 МПа (4978 фунтов на квадратный дюйм) и регулируется до 1,75 МПа (254 фунтов на квадратный дюйм) с максимальным давлением 2,15 МПа (312 фунтов на квадратный дюйм) и минимум 1,37 МПа (199 фунтов на квадратный дюйм), что является минимальным давлением, требуемым для приведения в действие клапанов с пневматическим приводом на SKD.[1]

Подача топлива

Функция подсистемы подачи топлива состоит в том, чтобы гарантировать подачу топлива в пределах требуемых рабочих параметров двигателей. Он использует два бака с горючим и два бака окислителя в двух отдельных контурах. Он разделен на три контура подачи пороха:

  1. Контур главной силовой установки (SKD): он питает SKD (главный двигатель S5.80) через серию клапанов с пневматическим приводом по двум резервным линиям.
  2. Первый контур DPO: он питает все двигатели большой тяги (первоначально 14 DPO-B, позже 16) и половину двигателей малой тяги (шесть DPO-M) через линию, управляемую электрогидравлический привод клапаны.
  3. Второй контур DPO: он подает топливо в другую половину (шесть DPO-M) двигателей малой тяги, также через клапаны с электрогидравлическим приводом.

Первый и второй контуры DPO подключаются через клапаны с электрогидравлическим приводом, которые позволяют перекачивать топливо между линиями в случае отказа одного контура наддува или накопления топлива. Таким образом, система имеет двойные и резервные схемы на всех этапах. Полная нагрузка пороха может варьироваться от 440 кг (970 фунтов) до 892 кг (1967 фунтов).[1]

Главный двигатель (SKD)

Его главная силовая установка использует одиночный S5.80 Главный двигатель (SKD). Он установлен на электромеханическом приводе. подвес что позволяет ему поворачиваться на ± 5 ° по тангажу и рысканью. Он также имеет крышку сопла двигателя с электромеханическим приводом, которая открывается за 15 секунд и за 25 секунд для закрытия. Вся подача топлива имеет резервные цепи.[1] S5.80 создает тягу 2,95 кН (660 фунт-сил) при давлении в камере 0,88 МПа (128 фунтов на кв. Дюйм) и расширении сопла 153,8, что позволяет ему достичь удельный импульс 302 с (2,96 км / с). Он рассчитан на 30 запусков с общим временем стрельбы 890 секунд.[3]

Двигатели для швартовки / контроля ориентации (DPO)

Подсистема подруливающего устройства для швартовки и ориентации состоит из двух типов двигателей:

  1. Высокая тяга ДПО-Б (русский: ДПО-Б): Оригинальный КТДУ-426 использовал 11D428 (обозначение производителя РДМТ-135). КТДУ-80 изначально использовал 11D428A, более поздняя версия использует улучшенную эффективность 11D428A-16. Все версии были поставлены НИИМАш. Начиная с оригинального КТДУ-426 до Союз ТМА-4 КТДУ использовали 14 ДПО-Б. С Союз ТМА-5 и все Союз-ТМА-М использовали 16 подруливающих устройств ДПО-Б. Они могут использоваться для маневров при стыковке и расстыковке, для управления ориентацией и, в случае отказа главного двигателя SKD, для выгорания с орбиты. При использовании в этой функции они называются DPO-BT (русский: ДПО-Бт).[1] 11D428A-16 создает тягу 129,16 Н (29,04 фунт-силы) при давлении на входе 1,76 МПа (255 фунтов на кв. Дюйм) и достигает удельный импульс 291 с (2,85 км / с). Он рассчитан на 500 000 воспламенений с общей максимальной продолжительностью горения 2 000 секунд.[4]
  2. Низкая тяга ДПО-М (русский: ДПО-М): КТДУ-426 использовал 11D427, а КТДУ-80 изначально использовала улучшенную 11Д427М но более поздние версии изменены на S5.142 (название производителя ДСТ-25). DPO-M можно использовать только для ориентации.[1] S5.142 создает тягу 25 Н (5,6 фунт-силы) при давлении в камере 0,8 МПа (120 фунт / кв. Дюйм) и достигает удельный импульс 285 с (2,79 км / с). Он рассчитан на 300 000 воспламенений с общим временем горения 25 000 секунд.[5]

История

Оригинал Союз имел раздельную систему коррекции орбиты (КТДУ-35 ) от его системы ориентации. Последний, интегрированный система управления реакцией называется DPO и контроль отношения система, называемая ДЕЛАТЬ. КТДУ-35 имел главный двигатель коррекции орбиты. SKD, то S5.60 и резервный двигатель коррекции орбиты DKD, то S5.35. Эти двое были газогенератор горящие двигатели UDMH и AK27I. Двигатели DPO и DO, с другой стороны, были одноразовое топливо под давлением ракеты, которые использовали каталитический разложение ЧАС2О2 для создания тяги. Наличие таких непохожих систем с разными циклами, топливом и системами подачи добавляло режимов отказа и требовало тяжелого резервного оборудования, такого как резервный двигатель спуска с орбиты S5.35.[4]

Для Союз-Т (первый полет в 1979 г.), Исаев с ОКБ-2 разработан для ЦКБЭМ интегрированная двигательная установка, КТДУ-426. Одним из преимуществ этой системы является то, что, поскольку DPO можно было использовать в качестве резервного основного двигателя для коррекции орбиты и маневров смещения с орбиты, не было необходимости добавлять резервную главную двигательную установку (DKD S5.35 в предыдущей системе). Но что еще более важно, они могли реализовать более обширное резервирование, сохраняя при этом массу системы. А переключив все двигатели на одно и то же топливо, можно было бы консолидировать все резервы, уменьшив массу. Они также перешли на более эффективное и удобное для хранения топливо. UDMH и N2О4, что еще больше повысило производительность.[6] В возвращаемая капсула система ориентации, все еще использует каталитическое разложение H2О2, но это совершенно отдельная система.

Для этой версии KTDU они использовали под давлением цикл для всех ракетных двигателей и сборное топливо на UDMH / N2О4 комбинация, которая дает превосходную плотность и удельный импульс и может храниться в космосе годами. Для двигателя коррекции орбиты (SKD) они разработали 11D426. Это хотя и менее мощно, чем S5.60 (3,09 кН (690 фунтов силы) по сравнению с 4,09 кН (920 фунтов силы)), он повысил эффективность с удельным импульсом 292 секунды (у S5.60 было 278 секунд).[7] Кроме того, переход на цикл с подпиткой под давлением исключил использование турбонасосов и связанные с этим проблемы с ценой и надежностью. Кроме того, это позволило сократить минимальное время горения и переходные процессы двигателя, поскольку не было гистерезиса запуска и останова турбины.[8]

Для нового и улучшенного RCS большой тяги (DPO-B), известного как 11D428, они сохранили использование 14 двигателей, но вместо H2О2 монотопливо они использовали тот же цикл и топливо, что и 11Д426 SKD. Они также увеличивают тягу с прежних 98 Н (22 фунт-силы) до 137,2 Н (30,8 фунта-силы). Это позволило DPO-B действовать как резервный двигатель для маневра спуска с орбиты, что устранило необходимость в резервном двигателе спуска с орбиты (DKD), что еще больше упростило систему. Для системы ориентации малой тяги (ДПО-М) использовали новый 11Д427. Количество двигателей было увеличено с 8 до 12, а тяга увеличена с 14,7 Н (3,3 фунта-силы) до 24,5 Н (5,5 фунта-силы).[7][8]

Введение Союз-ТМ в 1986 году произошла новая ревизия силовой установки, КТДУ-80. Это был эволюционный пересмотр системы КТДУ-426, скорее, революционный переход, подобный тому, который произошел с КТДУ-35. Подсистема подачи топлива перешла на металлические диафрагмы для наддува бака. Главный двигатель SKD был заменен на новый S5.80. Хотя он немного менее мощный, чем 11D426 с 2,95 кН (660 фунт-сил), удельный импульс увеличился до 302 с (2,96 км / с), а общее время горения увеличилось с 570 секунд до 890. В DPO-M с низкой тягой первоначально использовался 11Д427М, усиленная версия 11D427, увеличившая тягу до 26,5 Н (6,0 фунт-силы). Но из-за проблем с технологичностью позже они были изменены ( Союз ТМ-23 ) к S5.142 (название производителя ДСТ-25).[5] Поскольку на S5.142 отсутствует датчик давления на основной камере сгорания, авионику пришлось модифицировать. С другой стороны, это изменение позволило DPO-B сохранить ПАО вдали от возвращаемой капсулы после отделения.[8]

Система ДПО-Б большой тяги изначально сохраняла 11D428A используется на КТДУ-426. Поскольку DPO-B также действует как резервный двигатель для основной SKD, они всегда должны сохранять запас топлива на случай отказа SKD, то есть собственного веса. Таким образом, проект по разработке более эффективной версии, 11D428A-16 был запущен в 1993 году. В ходе серии полетов (М-36, М-37 и М-38 ) Прогресс-М летал с частичным комплектом 11Д428А-16. К Прогресс М-39 летал с полным комплектом 11Д428А-16 и наконец Союз ТМ-28 ознаменовался дебютом перехода на 11D428A-16 для пилотируемого корабля, что означало экономию 30 кг (66 фунтов).[8]

В Международная космическая станция опыт внес некоторые дальнейшие изменения. Опыт показал, что во время стыковки только два DPO-B были доступны для отмены операций. Так, 23 октября 2002 г. формально стартовал проект по установке двух дополнительных ДПО-Б, в результате чего общее количество двигателей ДПО большой тяги увеличилось до 16. Союз ТМА-5 был первым космическим кораблем, который летал с этой новой конфигурацией. С Союз ТМА-11М дебютировала новая компоновка подруливающих устройств ДПО-Б. Но это специфическая конфигурация космического корабля и не означает никаких изменений в самой КТДУ-80.[8]

Новый Союз-МС и Прогресс-МС Космический корабль эволюционировал от КТДУ-80. Теперь все 28 подруливающих устройств - это ДПО-Б повышенной тяги, скомпонованные по 14 пар. Каждая схема подачи топлива обслуживает 14 DPO-B, при этом каждый элемент каждой пары двигателей малой тяги питается от отдельной схемы. Это обеспечивает полную отказоустойчивость при отказе подруливающего устройства или контура топлива.[9][10]

Версии

У этого движка было два основных варианта:

  • КТДУ-426 (ГРАУ Индекс 11D426): Это была оригинальная версия, разработанная для Союз-Т который заменил КТДУ-35 предыдущего поколения Союз.[11] Он интегрирован в блок КТДУ, система управления реакцией (DPO), контроль отношения (DO) и маршевый двигатель (SKD и DKD) в единую систему. Новая компоновка позволила использовать DPO в качестве резерва для двигателя спуска с орбиты, и, таким образом, DKD был устранен. SKD использовал новый 11D426, что, хотя у него была меньшая тяга, но он имел лучший удельный импульс и, следовательно, уменьшил общую массу. Те же элементы были использованы на S5.79 двигательная установка космической станции.[8][12]
  • КТДУ-80: Разработан между 1968 и 1974 годами для Союз-ТМ, он все еще используется с небольшими изменениями на Союз-ТМА-М. Для баков перешли на металлическую диафрагму для наддува.[13] Главный двигатель SKD заменен на более производительный. S5.80. Первоначально для ДПО-М применялся усовершенствованный 11Д427М, но Союз ТМ-23 они переключили модели на S5.142 из соображений технологичности. Первоначально в качестве DPO-B использовался 11D428A. Но был изменен на 11D428A-16 для уменьшения собственного веса. С Союз ТМА-5 были добавлены два дополнительных ДПО-Б, чтобы удвоить тягу в случае прерывания при стыковке.[8][14]
  • КТДУ-80 (Союз МС): Хотя по состоянию на июнь 2016 года неизвестно, называется ли он по-прежнему КТДУ-80, Союз-МС и Прогресс-МС Версия двигательной установки заменила все ДПО-М на ДПО-Б, и теперь контуры наддува и подпитки топлива полностью симметричны, по 14 ДПО-Б каждая.[9]

Смотрите также

  • S5.80 - Главный маршевый двигатель (SKD).
  • 11D428A - Система управления реакцией двигателя большой тяги (ДПО-Б).
  • S5.142 - Новейшая система управления реакцией двигателя малой тяги (ДПО-М).
  • КТДУ-35 - Предыдущая версия двигательной установки "Союз".
  • КБ ХИММАШ - Разработчик и производитель КТДУ.
  • НИИМАш - Разработчик ДПО-М 11Д428А-16.
  • Союз (космический корабль) - Семейство космических аппаратов, интегрированных в эту систему.
  • Союз-Т - Вариант "Союз" с КТДУ-426.
  • Союз-ТМ - Версия "Союз", на которой был торжественно открыт КТДУ-80.
  • Союз-МС - Вариант "Союз" с существенно другим КТДУ-80.

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час РКК Энергия (Июнь 1999 г.). «3.17. Комбинированная Двигательная установка (КДУ) (комбинированная силовая установка)». Руководство по эксплуатации экипажа корабля "Союз" (SoyCOM) (ROP-19) Final. NASASpaceFlight.com. С. 122–129.
  2. ^ Брюгге, Норберт. «Космические двигательные блоки (КДУ) ОКБ Исаева (ныне Химмаш)». B14643.de. Архивировано из оригинал на 2015-06-02. Получено 2015-06-02.
  3. ^ а б "Двигатели 1944-2000: Аавиационные, Ракетные, Морские, Промышленные" [Авиадвигатель 19442-2000: Авиация, ракетная техника, флот, промышленность] (PDF) (на русском). стр. 75–81. Получено 2015-07-25.
  4. ^ а б «Двухкомпонентный ракетный двигатель малой тяги 11Д428А». НИИМАш. 2009. Получено 2015-07-25.[постоянная мертвая ссылка ]
  5. ^ а б «ЖРДМТ от 0,5 кгс до 250 кгс» Реактивный двигатель малой тяги от 0,5 кгс до 250 кгс. КБ ХИММАШ. Получено 2015-07-25.
  6. ^ Черток, Борис (май 2009 г.). «Глава 18 - Рождение Союзов». Ракеты и люди Vol. 3 - Жаркие дни холодной войны (PDF). Том 3 (NASA SP-2006-4110). НАСА. п. 562. ISBN  978-0-16-081733-5. Получено 2015-07-15.
  7. ^ а б Пономаренко Александр. "Основные двигатели разработки КБХМ" [Главные двигатели производства КБХМ] (на русском языке). Получено 2015-07-25.
  8. ^ а б c d е ж грамм Пилле, Николас. "Le système de propulsion du vaisseau Soyouz" [Двигательная установка космического корабля "Союз"] (на французском языке). Kosmonavtika.com. Получено 2015-07-14.
  9. ^ а б Зак, Анатолий (08.07.2016). «Двигательная установка космического корабля Союз МС». Российская космическая сеть. Получено 2016-07-09.
  10. ^ Роб Навиас (2016-07-08). Новый усовершенствованный космический корабль "Союз" (YouTube ). Космическая станция в прямом эфире. НАСА АО. Получено 2016-07-09.
  11. ^ «КДУ-426». Энциклопедия Astronautica. Получено 2015-07-25.
  12. ^ «КРД-79». Энциклопедия Astronautica. Получено 2015-07-25.
  13. ^ «КТДУ-80». Энциклопедия Astronautica. Получено 2015-07-25.
  14. ^ Макдауэлл, Джонатан. «5.2: Российские двигатели». Джонатан Спейс Отчет. Получено 2015-07-25.

внешняя ссылка