Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
КТДУ-80
Союз ТМ-32.jpg
Выход корабля "Союз ТМ-32" с МКС с закрытой сопловой крышкой SKD
Страна происхожденияРоссия
ПроизводительКБ ХИММАШ
ПредшественникКТДУ-35
СтатусВ производстве
Жидкостный двигатель
ПропеллентN 2 O 4 / НДМГ
ЦиклПодача под давлением
Представление
Толкать2,95 кН
Давление в камере880 кПа
Удельный импульс302 с
Время горения890 с
Диапазон подвеса5
Габаритные размеры
Длина1,2 м
Диаметр2,1 м
Используется в
Союз

KTDU-80 ( русский : Корректирующе-Тормозная Двигательная Установка, КТД ) является последней из семейства интегрированной двигательной системы , что КБ Химмаш реализован на Союз с момента Союза-Т . Он объединяет главную двигательную установку, RCS и систему управления ориентацией в единой системе, давление которой подается от общей двойной струны избыточной системы пропеллента под давлением. Обычным топливом является НДМГ и N 2 O 4, а главным двигателем является S5.80.Главный двигатель. Он создает тягу 2,95 кН (660 фунт-сила) при давлении в камере 880 кПа (128 фунтов на кв. Дюйм) и расширении сопла 153,8, что позволяет ему достичь удельного импульса 302 с (2,96 км / с). Он рассчитан на 30 запусков с общим временем стрельбы 890 секунд. Интегрированная система без наддува или резервуаров весит 310 кг (680 фунтов); его длина составляет 1,2 м (47 дюймов), а диаметр - 2,1 м (83 дюйма). [1] [2] [3]

Описание [ править ]

Система KTDU-80 объединяет в себе двухструнную резервную систему подачи топлива и наддува, главную двигательную установку ( SKD ), RCS ( DPO-B ) и систему ориентации ( DPO-M ). Все силовые элементы давление подают ракетные двигатели сжигания НДМГА и N 2 O 4 с общей подачей ракетного топлива под давлением. [1] Механически КТДУ-80 разделен на две части:

  • Базовый блок (ББ) ( 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 двигателей, работающих под давлением , эта подсистема имеет решающее значение, и отказ может означать, что экипаж останется в космосе.
    • Система подачи топлива: она обеспечивает подачу топлива в двигатели орбитального маневра. Включает хранение и распределение топлива.
    • Двигатель орбитального маневра (СКД) ( русский : ББ, Сближающе-корректирующий двигатель (СКД) ):
  • Подсистема двигателя причаливания / 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 причаливанием и ориентацией (DPO) ( русский : ДПО, Двигатели причаливания и ориентации ): Все двигатели, используемые для управления перемещением и перемещением. Он имеет два разных комплекта двигателей:
      • Высокая тяга движители (DPO-B) ( русский : ИЙ-Б ): Они используются для отношения, перевод, причаливания и маневров расстыковки и в качестве резервного де-орбитального двигателя.
      • Двигатели малой тяги (ДПО-М) ( русский язык : ДПО-М ): используются исключительно для управления ориентацией.

Каждая подсистема описана в следующих разделах. [1]

Пневматическая система наддува [ править ]

Пневматическая система наддува выполняет три основные функции:

  1. Хранение газа He под высоким давлением .
  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. Контуры разделены двумя клапанами с пиропатроном, которые позволяют использовать оба контура совместно, использовать один или использовать обе системы независимо. Первоначально гелий хранится при давлении 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 минимумом 1,37 МПа (199 фунтов на квадратный дюйм), что является минимально необходимым. давление для активации клапанов с пневматическим приводом SKD. [1]

Поставка топлива [ править ]

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 через две резервные линии.
  2. Первый контур DPO: он питает все подруливающие устройства большой тяги (первоначально 14 DPO-B, позже 16) и половину подруливающих устройств низкой тяги (шесть DPO-M) через линию, управляемую клапанами с электрогидравлическим приводом .
  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 соединены через клапаны с электрогидравлическим приводом, которые позволяют перекачивать топливо между линиями в случае отказа одного контура наддува или хранения топлива. Таким образом, система имеет двойные и резервные схемы на всех этапах. Полная нагрузка метательного взрывчатого вещества может варьироваться от 440 кг (970 фунтов) до 892 кг (1967 фунтов). [1]

Главный двигатель (SKD) [ править ]

Его главная силовая установка использует один главный двигатель S5.80 ( SKD ). Он установлен на подвесе с электромеханическим приводом, который 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 удельного импульса 302 с (2,96 км / с). . Он рассчитан на 30 запусков с общим временем стрельбы 890 секунд. [3]

Двигатели для причаливания / контроля ориентации (DPO) [ править ]

Подсистема подруливающего устройства при швартовке и ориентации состоит из двух типов подруливающих устройств:

  1. Высокая тяга DPO-B ( русский : ДПО-Б ): Оригинальный KTDU-426 используется 11D428 (изготовителя обозначение RDMT-135 ). В KTDU-80 изначально использовался 11D428A , в более поздних версиях используется улучшенный КПД 11D428A-16 . Все версии поставлены НИИМАш . Начиная с оригинального КТДУ-426 и до « Союз ТМА-4» в КТДУ использовалось 14 ДПО-Б. Начиная с корабля "Союз ТМА-5" и всего корабля "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 развивает 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 DPO-М ( русский : ДПО-М ): KTDU-426 использовали 11D427 и KTDU-80 изначально использовали усовершенствованный 11D427M , но более поздние версии изменен на S5.142 (название производителя DST-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 фунтов на квадратный дюйм) и достигает удельного импульса 285 с (2,79 км / с). Он рассчитан на 300 000 воспламенений с общим временем горения 25 000 секунд. [5]

История [ править ]

Оригинальный " Союз" имел отделенную от системы ориентации систему коррекции орбиты ( КТДУ-35 ). Последний был интегрирован в систему управления реакцией под названием DPO и систему управления ориентацией под названием DO . КТДУ-35 имел основной двигатель коррекции орбиты SKD , S5.60 и резервный двигатель коррекции орбиты DKD , S5.35 . Эти два были газогенератор двигателями сжигания НДМГА и AK27I . Двигатели DPO и DO, с другой стороны, питались одним топливом под давлением.ракеты, которые использовали каталитическое разложение H 2 O 2 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 Союза-Т (первый полет в течение 1979 г.), Исаев «с ОКБ-2 , разработанными для ЦКБЭМ интегрированной двигательной системы, то KTDU-426 . Одним из преимуществ этой системы является то, что, поскольку DPO можно было использовать в качестве резервной основной двигательной установки 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 хранимое топливо НДМГ и N 2.O 4 , что еще больше повысило производительность. [6] Система управления ориентацией возвращаемой капсулы по- прежнему использует каталитическое разложение H 2 O 2 , но это совершенно отдельная система.

Для этой версии KTDU они использовали цикл подачи под давлением для всех ракетных двигателей и объединенное топливо в комбинации UDMH / N 2 O 4 , которая дает превосходную плотность и удельный импульс и может храниться в космосе годами. Для двигателя коррекции орбиты (SKD) они разработали 11D426 . Это, будучи менее мощным, чем S5.60 (3,09 кН (690 фунтов силы) против 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 пуска и останова турбины. [8]

Для нового и улучшенного RCS с высокой тягой (DPO-B), известного как 11D428 , они сохранили использование 14 двигателей, но вместо монотоплива H 2 O 2 они использовали тот же цикл и топливо, что и 11D426 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]

На вооружение корабля "Союз-ТМ" в 1986 году была внесена новая модификация двигательной 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 изменен 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 малой тягой первоначально использовался 11D427M , более мощный. усиленная версия 11D427 с увеличенной тягой до 26,5 Н (6,0 фунт-силы). Но из-за проблем с технологичностью позже они были изменены (Союз ТМ-23 ) до С5.142 ( заводское наименование ДСТ-25 ). [5] Поскольку на S5.142 отсутствует датчик давления на его основной камере сгорания, авионику пришлось модифицировать. С другой стороны, это изменение позволило DPO-B удерживать PAO подальше от возвращаемой капсулы после отделения. [8]

Система ДПО-Б большой тяги изначально сохранила 11Д428А, использовавшуюся 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, в 1993 году был начат проект по разработке более эффективной версии 11Д428А-16 . Во время серии полетов ( М-36 , М-37 и М-38 ) « Прогресс-М» летал с частичным комплектом 11Д428А-16. На « Прогрессе М-39» он летал с полным комплектом 11Д428А-16, и, наконец, « Союз ТМ-28» ознаменовал дебют перехода на 11Д428А-16 для пилотируемого корабля, что означало экономию 30 кг (66 фунтов). [8]

Опыт Международной космической станции внес некоторые дальнейшие изменения. Опыт показал, что во время стыковки только два DPO-B были доступны для отмены операций. Таким образом, 23 октября 2002 г. был официально начат проект по добавлению двух дополнительных ДПО-Б, в результате чего общее количество двигателей ДПО большой тяги увеличилось до 16. Союз ТМА-5 стал первым космическим кораблем, взлетевшим с этой новой конфигурацией. На корабле "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]

Новые космические корабли "Союз-МС" и " Прогресс-МС" являются развитием КТДУ-80. Теперь все 28 подруливающих устройств - это ДПО-Б повышенной тяги, скомпонованные по 14 пар. Каждая схема подачи топлива обслуживает 14 DPO-B, причем каждый элемент каждой пары двигателей малой тяги питается от отдельной цепи. Это обеспечивает полную отказоустойчивость при отказе подруливающего устройства или контура топлива. [9] [10]

Версии [ править ]

У этого движка было два основных варианта:

  • KTDU-426 ( ГРАУ индекс 11D426 ): Это было оригинальная версия , разработанная для Союза-Т , который заменил KTDU-35 предыдущего поколения Союза . [11] Он интегрирован в блок KTDU, систему управления реакцией (DPO), систему ориентации (DO) и главную двигательную установку (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. В SKD использовался новый 11D426 , который, хотя и имел меньшую тягу, но имел лучший удельный импульс и, таким образом, уменьшал общую массу. Такие же элементы использовались на S5.79.двигательная установка космической станции. [8] [12]
  • КТДУ-80 : Разработан между 1968 и 1974 годами для корабля "Союз-ТМ" , он до сих пор используется с небольшими изменениями на корабле "Союз-ТМА-М" . Для баков перешли на металлическую диафрагму для наддува. [13] Главный двигатель SKD был изменен на более производительный S5.80 . Первоначально для ДПО-М использовался усовершенствованный 11Д427М, но на Союз ТМ-23 они перешли на модели С5.142 из соображений технологичности. Первоначально в качестве DPO-B использовался 11D428A. Но был заменен на 11Д428А-16 для уменьшения собственного веса. Начиная с корабля "Союз ТМА-5" , были добавлены два дополнительных ДПО-Б, чтобы удвоить тягу в случае прерывания во время стыковочных маневров. [8] [14]
  • КТДУ-80 (Союз МС) : Хотя по состоянию на июнь 2016 года неизвестно, называется ли он по-прежнему КТДУ-80, в двигательной установке « Союз-МС» и « Прогресс-МС» все ДПО-М заменены на ДПО-Б. и теперь контуры наддува и подачи топлива полностью симметричны, по 14 DPO-B в каждой. [9]

См. Также [ править ]

  • S5.80 - Главный маршевый двигатель (SKD).
  • 11Д428А - Система управления реактивным двигателем большой тяги (ДПО-Б).
  • С5.142 - Новейшая система управления реакциями двигателя малой тяги (ДПО-М).
  • КТДУ-35 - Предыдущий вариант 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 - версия Союза, которая использовала КТДУ-426.
  • "Союз-ТМ" - версия "Союза", на которой был запущен КТДУ-80.
  • Союз-МС - вариант Союза с существенно другим КТДУ-80.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Б с д е е г ч РКК Энергия (июнь 1999 г.). «3.17. Комбинированная Двигательная установка (КДУ) (комбинированная силовая установка)». Руководство по эксплуатации экипажа корабля "Союз" (SoyCOM) (ROP-19) Финал . NASASpaceFlight.com . С. 122–129.
  2. ^ Брюгге, Норберт. «Космические двигательные установки (КДУ) ОКБ Исаева (ныне Химмаш)» . B14643.de. Архивировано из оригинала на 2015-06-02 . Проверено 2 июня 2015 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  3. ^ a b "Двигатели 1944-2000: Аавиационные, Ракетные, Морские, Промышленные" [Авиадвигатель 19442-2000: Авиация, ракетная техника, флот и промышленность] (PDF) (на русском языке). С. 75–81 . Проверено 25 июля 2015 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  4. ^ a b "Двухкомпонентный ракетный двигатель малой тяги 11D428A" . НИИМаш . 2009 . Проверено 25 июля 2015 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )[ постоянная мертвая ссылка ]
  5. ^ a b «ЖРДМТ от 0,5 кгс до 250 кгс» [Реактивный двигатель малой тяги от 0,5 кгс до 250 кгс]. КБ ХИММАШ . Проверено 25 июля 2015 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  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. Проверено 15 июля 2015 . |volume=есть дополнительный текст ( справка )CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  7. ^ a b Пономаренко Александр. «Основные двигатели разработки КБХМ» [Главные двигатели производства КБХМ] . Проверено 25 июля 2015 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  8. ^ a b c d e f g Пилле, Николас. "Le système de propulsion du vaisseau Soyouz" [Двигательная установка космического корабля "Союз"] (на французском языке). Kosmonavtika.com . Проверено 14 июля 2015 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  9. ^ a b Зак, Анатолий (08.07.2016). «Двигательная установка космического корабля Союз МС» . Российская космическая сеть . Проверено 9 июля 2016 .
  10. ^ Роб Навиас (2016-07-08). Новый усовершенствованный космический корабль "Союз" ( YouTube ). Космическая станция в прямом эфире. НАСА АО . Проверено 9 июля 2016 .
  11. ^ "КДУ-426" . Энциклопедия Astronautica . Проверено 25 июля 2015 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  12. ^ "КРД-79" . Энциклопедия Astronautica . Проверено 25 июля 2015 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  13. ^ "КТДУ-80" . Энциклопедия Astronautica . Проверено 25 июля 2015 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  14. ^ Макдауэлл, Джонатан. «5.2: Российские двигатели» . Джонатан Спейс Репортаж . Проверено 25 июля 2015 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )

Внешние ссылки [ править ]

  • Официальный сайт КБ ХИММАШ