КТДУ-80
КТДУ-80
«Союз ТМ-32» покидает МКС с закрытой крышкой сопла СКД
Страна происхожденияРоссия
ПроизводительКБ ХИММАШ
ПредшественникКТДУ-35
СтатусВ производстве
Двигатель на жидком топливе
ПропеллентN2O4 / НДМГ​​​
ЦиклДавление подачи
Производительность
Толкать2,95 кН
Давление в камере880 кПа
Удельный импульс302 с
Время горения890 с
Диапазон карданного подвеса5
Размеры
Длина1.2м
Диаметр2.1м
Используется в
Союз, Прогресс

KTDU -80 ( русский : Корректирующе-Тормозная Двигательная Установка, КТДУ ) является последней из семейства интегрированных двигательных установок, которые КБ ХИММАШ реализовывало для «Союза» с момента создания «Союза-Т» . Она объединяет основной двигатель, RCS и управление ориентацией в единой системе, давление которой подается из общей двухрядной избыточной системы топлива под давлением. Общим топливом являются НДМГ и N 2 O 4 , а основным двигательным агрегатом является главный двигатель S5.80 . Он создает тягу 2,95 кН (660 фунтов силы) при давлении в камере 880 кПа (128 фунтов на квадратный дюйм) и расширении сопла 153,8, что позволяет ему достигать удельного импульса 302 с (2,96 км/с). Он рассчитан на 30 запусков с общим временем работы 890 секунд. Интегрированная система без наддува и баков весит 310 кг (680 фунтов); ее длина составляет 1,2 м (47 дюймов), а диаметр — 2,1 м (83 дюйма). [1] [2] [3]

Описание

Система KTDU-80 объединяет двухрядную избыточную систему подачи топлива и наддува, главную двигательную установку ( СКД ), систему управления ориентацией ( ДПО-Б ) и систему ориентации ( ДПО-М ). Все элементы движителей представляют собой ракетные двигатели с вытеснительным питанием , работающие на НДМГ и N 2 O 4 с общей подачей сжатого топлива. [1] Механически KTDU-80 разделен на две секции:

  • Базовый Блок (ББ ): Это основная двигательная установка , включающая в себя всю систему наддува и хранения топлива. Она подразделяется на три подсистемы:
    • Пневматическая система наддува : это система, которая поддерживает давление во всех баках и трубопроводах и гарантирует поддержание правильного рабочего давления в подсистемах хранения и движения. Учитывая использование двигателей с подачей под давлением , эта подсистема имеет решающее значение, и отказ может означать, что экипаж останется застрявшим в космосе.
    • Система подачи топлива : обеспечивает подачу топлива в двигатели орбитального маневрирования. Включает хранение и распределение топлива.
    • Орбитальный маневренный двигатель (СКД) ( ББ, Сближающе-корректирующий двигатель (СКД ) ) :
  • Подсистема подруливающего устройства причаливания / управления ориентацией (ДПО) ( русский : ДПО, Подсистемы причаливания и ориентации ): Это система управления реакцией и ориентацией. Он состоит из двух подсистем:
    • Резервная подсистема подачи топлива.
    • Подруливающие устройства для причаливания / управления ориентацией (ДПО) ( русский : ДПО, Двигатели причаливания и ориентации ): Это все двигатели, используемые для управления ориентацией и поступательными движениями. Он имеет два разных набора подруливающих устройств:
      • Двигатели большой тяги (ДПО-Б) : используются для маневров ориентации, перемещения, стыковки и расстыковки, а также в качестве резервного двигателя схода с орбиты .
      • Двигатели малой тяги (ДПО-М) : используются исключительно для управления ориентацией.

Каждая подсистема описана в следующих разделах. [1]

Пневматическая система наддува

Пневматическая система наддува имеет три основные функции:

  1. Хранение газа Не высокого давления .
  2. Подача рабочего давления для обеспечения свободного пространства топливного бака.
  3. Подача рабочего давления для приведения в действие пневмоклапанов главной двигательной установки (СКД).

Система имеет четыре сферических баллона с газом под давлением в двух отдельных контурах. Каждый контур соединяет два бака и имеет свой индивидуальный датчик давления, клапаны, регулятор давления и клапаны с электроприводом. Контуры разделены двумя клапанами с пиропатронным приводом, которые позволяют совместно использовать оба контура, использовать один или использовать обе системы независимо. Гелий изначально хранится при 34,32 МПа (4978 фунтов на кв. дюйм) и регулируется до 1,75 МПа (254 фунтов на кв. дюйм) с максимальным давлением 2,15 МПа (312 фунтов на кв. дюйм) и минимальным 1,37 МПа (199 фунтов на кв. дюйм), что является минимальным требуемым давлением для активации пневматических клапанов SKD. [1]

Поставка топлива

Функция подсистемы подачи топлива заключается в обеспечении подачи топлива в пределах требуемых рабочих параметров двигателей. Она использует два бака топлива и два бака окислителя в двух отдельных контурах. Она разделена на три контура подачи топлива:

  1. Контур главного двигателя (SKD): он питает SKD (главный двигатель S5.80) через ряд пневматических клапанов по двум резервным линиям.
  2. Первый контур DPO: он питает все двигатели большой тяги (первоначально 14 DPO-B, позднее 16) и половину двигателей малой тяги (шесть DPO-M) через линию, управляемую электрогидравлическими клапанами.
  3. Второй контур ДПО: подает топливо на другую половину (шесть ДПО-М) двигателей малой тяги, также через клапаны с электрогидравлическим приводом.

Первый и второй контуры DPO соединены через электрогидравлические приводные клапаны, которые обеспечивают передачу топлива между линиями в случае отказа одного контура наддува или хранения топлива. Таким образом, система имеет двойные и избыточные контуры на всех своих этапах. Общая загрузка топлива может варьироваться от 440 кг (970 фунтов) до 892 кг (1967 фунтов). [1]

Главная двигательная установка (SKD)

Его основной двигательный агрегат использует один главный двигатель S5.80 ( SKD ). Он установлен на электромеханическом карданном подвесе , который позволяет ему вращаться на ±5° по тангажу и рысканию. Он также имеет электромеханическую крышку сопла двигателя, которая открывается за 15 секунд и закрывается за 25 секунд. Все топливопроводы имеют резервные цепи. [1] S5.80 генерирует 2,95 кН (660 фунтов силы) тяги с давлением в камере 0,88 МПа (128 фунтов на квадратный дюйм) и расширением сопла 153,8, что позволяет ему достигать удельного импульса 302 с (2,96 км/с). Он рассчитан на 30 запусков с общим временем работы 890 секунд. [3]

Двигатели управления причаливанием/ориентацией (DPO)

Подсистема двигателей швартовки и управления ориентацией состоит из двух типов двигателей:

  1. ДПО-Б с высокой тягой ( русский : ДПО-Б ): Оригинальный КТДУ-426 использовал 11Д428 (заводское обозначение РДМТ-135 ). КТДУ-80 изначально использовал 11Д428А , более поздняя версия использует улучшенный КПД 11Д428А-16 . Все версии поставлялись НИИмашем . Начиная с оригинального КТДУ-426 и до «Союза ТМА-4» КТДУ использовал 14 ДПО-Б. Начиная с «Союза ТМА-5» и всех «Союзов ТМА-М» используется 16 двигателей ДПО-Б. Они могут использоваться для стыковки и расстыковки, для управления ориентацией и, в случае отказа главного двигателя СКД, для схода с орбиты. При использовании в этой функции они называются ДПО-БТ ( русский : ДПО-Бт ). [1] 11D428A-16 генерирует 129,16 Н (29,04 фунт-силы) тяги при входном давлении 1,76 МПа (255 фунтов на квадратный дюйм) и достигает удельного импульса 291 с (2,85 км/с). Он рассчитан на 500 000 воспламенений с общей максимальной продолжительностью горения 2 000 секунд. [4]
  2. Малотяговый двигатель ДПО-М ( русский : ДПО-М ): КТДУ-426 использовал 11Д427 , а КТДУ-80 изначально использовал улучшенный 11Д427М , но более поздние версии были изменены на S5.142 (производственное название DST-25 ). ДПО-М может использоваться только для управления ориентацией. [1] S5.142 генерирует 25 Н (5,6 фунт-силы) тяги 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 сгорания 25 000 секунд. [5]

История

Оригинальный Союз имел отдельную систему орбитальной коррекции ( КТДУ-35 ) от своей системы ориентации. Последняя интегрировала систему управления реакцией, называемую ДПО , и систему управления ориентацией , называемую ДО . КТДУ-35 имел основной двигатель коррекции орбиты СКД , С5.60 , и резервный двигатель орбитальной коррекции ДКД , С5.35 . Эти два двигателя были газогенераторными, работающими на НДМГ и АК27И . Двигатели ДПО и ДО, с другой стороны, были ракетами с монотопливной подачей под давлением , которые использовали каталитическое разложение H 2 O 2 для создания тяги. Наличие таких разнородных систем с разными циклами, топливом и системами подачи добавляло режимы отказов и требовало тяжелого резервного оборудования, такого как резервный двигатель схода с орбиты, С5.35. [4]

Для « Союза-Т» (первый полет в 1979 году) ОКБ -2 Исаева разработало для ЦКБЭМ интегрированную двигательную установку КТДУ-426 . Одним из преимуществ этой системы является то, что поскольку ДПО можно было использовать в качестве резервной основной двигательной установки для коррекции орбиты и маневров схода с орбиты, не было необходимости добавлять резервную основную двигательную установку (ДКД С5.35 в предыдущей системе). Но что еще важнее, они могли реализовать более обширное резервирование, сохраняя при этом массу системы на низком уровне. А переключив все двигатели на одно и то же топливо, все резервы могли консолидироваться, еще больше уменьшая массу. Они также перешли на более эффективное и сохраняемое топливо НДМГ и N 2 O 4 , что еще больше улучшило характеристики. [6] Система управления ориентацией спускаемой 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 объединили топливо на основе комбинации UDMH/N 2 O 4 , которая обеспечивает превосходную плотность и удельный импульс и может храниться в космосе годами. Для двигателя орбитальной коррекции (SKD) они разработали 11D426 . Он, хотя и менее мощный, чем S5.60 (3,09 кН (690 фунтов силы) против 4,09 кН (920 фунтов силы)), но имеет повышенную эффективность с удельным импульсом 292 секунды (у S5.60 он был 278 секунд). [7] Кроме того, переход на цикл подачи под давлением исключил использование турбонасосов и связанные с этим проблемы стоимости и надежности. А также позволил сократить минимальное время сгорания и переходные процессы двигателя, поскольку не было гистерезиса запуска и выключения турбины. [8]

Для новой и улучшенной системы управления ориентацией с высокой тягой (DPO-B), известной как 11D428 , они сохранили использование 14 двигателей, но вместо монотоплива H 2 O 2 они использовали тот же цикл и топливо, что и в 11D426 SKD. Они также увеличили тягу с предыдущих 98 Н (22 фунт-силы) до 137,2 Н (30,8 фунт-силы). Это позволило DPO-B выступать в качестве резервного двигателя для маневра схода с орбиты, что исключило необходимость в резервном двигателе схода с орбиты (DKD), еще больше упростив систему. Для системы управления ориентацией с низкой тягой (DPO-M) они использовали новый 11D427. Количество двигателей было увеличено с 8 до 12, а тяга увеличена с 14,7 Н (3,3 фунт-силы) до 24,5 Н (5,5 фунт-силы). [7] [8]

Введение в действие « Союза-ТМ» в 1986 году привело к новой модификации двигательной установки — КТДУ-80 . Это была эволюционная модификация системы КТДУ-426, а не революционный переход, как и тот, что был сделан с КТДУ-35. Подсистема подачи топлива перешла на металлические диафрагмы для наддува бака. Главный двигатель СКД был заменен на новый S5.80 . Хотя он был немного менее мощным, чем 11Д426 с тягой 2,95 кН (660 фунтов силы), удельный импульс увеличился до 302 с (2,96 км/с), а общее время сгорания увеличилось с 570 до 890 секунд. Низкотяговый ДПО-М изначально использовал 11Д427М , улучшенную версию 11Д427, которая увеличила тягу до 26,5 Н (6,0 фунтов силы). Но из-за проблем с технологичностью они были позже изменены (на Союзе ТМ-23 ) на S5.142 (производственное название DST-25 ). [5] Поскольку у S5.142 отсутствует датчик давления на основной камере сгорания, авионику пришлось модифицировать. С другой стороны, это изменение позволило DPO-B удерживать PAO подальше от возвращаемой капсулы после разделения. [8]

Система высокой тяги ДПО-Б изначально сохранила 11Д428А , используемый на КТДУ-426. Поскольку ДПО-Б также действует как резервный двигатель для основного СКД, они всегда должны иметь запас топлива на случай отказа СКД, который является мертвым грузом. Таким образом, проект по разработке более эффективной версии, 11Д428А-16, был начат в 1993 году. 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 собой дебют перехода на 11Д428А-16 для пилотируемого корабля, что означало экономию 30 кг (66 фунтов). [8]

Опыт Международной космической станции принес некоторые дальнейшие изменения. Опыт показал, что во время операций стыковки только два ДПО-Б были доступны для операций прерывания. Таким образом, 23 октября 2002 года был официально начат проект по добавлению двух дополнительных ДПО-Б, что довело общее количество двигателей ДПО с высокой тягой до 16. Союз ТМА-5 был первым космическим кораблем, полетевшим с этой новой конфигурацией. С Союзом ТМА-11М дебютировало новое расположение двигателей ДПО-Б. Но это специфическая для космического корабля конфигурация и не означает никаких изменений в КТДУ-80 как таковом. [8]

Новые космические корабли «Союз-МС» и «Прогресс-МС» представляют собой эволюцию КТДУ-80. Теперь все 28 двигателей — это двигатели высокой тяги ДПО-Б, организованные в 14 пар. Каждый контур подачи топлива обслуживает 14 ДПО-Б, причем каждый элемент каждой пары двигателей питается от отдельного контура. Это обеспечивает полную отказоустойчивость при отказе двигателя или топливного контура. [9] [10]

Версии

У этого двигателя было две основные модификации:

  • КТДУ-426 ( индекс ГРАУ 11Д426 ): Это была оригинальная версия, разработанная для « Союза-Т» , которая заменила КТДУ-35 предыдущего поколения «Союза» . [11] Она была интегрирована в блок КТДУ, систему управления реакцией (ДПО), систему управления ориентацией (ДО) и основную двигательную установку (СКД и ДКД) в единую систему. Новая компоновка позволила использовать ДПО в качестве резервного двигателя для схода с орбиты, и, таким образом, ДКД был исключен. СКД использовал новый 11Д426 , который, хотя и имел меньшую тягу, имел лучший удельный импульс, и, таким образом, уменьшал общую массу. Те же элементы использовались в двигательной установке космической станции S5.79 . [8] [12]
  • КТДУ-80 : Разработанный между 1968 и 1974 годами для « Союза-ТМ» , он до сих пор используется с небольшими изменениями на «Союзе-ТМА-М» . Для баков они перешли на металлическую диафрагму для наддува. [13] Главный двигатель СКД был заменен на более эффективный S5.80 . Первоначально они использовали улучшенный 11Д427М для ДПО-М, но к «Союзу ТМ-23» они перешли на модели S5.142 из соображений технологичности. Первоначально 11Д428А использовался как ДПО-Б. Но был изменен на 11Д428А-16 для уменьшения собственного веса. Начиная с «Союза ТМА-5» , были добавлены два дополнительных ДПО-Б для удвоения тяги 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 версиях двигательной установки «Союз-МС» и «Прогресс-МС» все ДПО-М заменены на ДПО-Б, и теперь контуры наддува и подачи топлива полностью симметричны, по 14 ДПО-Б в каждом. [9]

Смотрите также

  • S5.80 - Главный гребной двигатель (СКД).
  • 11Д428А - Реактивная система управления двигателем большой тяги (ДПО-Б).
  • С5.142 - Новейшая система реактивного управления двигателем малой тяги (ДПО-М).
  • КТДУ-35 — предыдущая версия двигательной установки ракеты «Союз».
  • КБ ХИММАШ — разработчик и производитель КТДУ.
  • НИИМаш — разработчик ДПО-М 11Д428А-16.
  • «Союз» (космический корабль) — семейство космических аппаратов, интегрированных с этой системой.
  • «Союз-Т» — модификация «Союза» с двигателем КТДУ-426.
  • «Союз-ТМ» — модификация «Союза», положившая начало КТДУ-80.
  • «Союз-МС» — модификация «Союза» с существенно отличающимся КТДУ-80.

Ссылки

  1. ^ abcdefgh РКК «Энергия» (июнь 1999 г.). «3.17. Комбинированная Двигательная Установка (КДУ)». Руководство по эксплуатации экипажа корабля «Союм» (РОП-19) Финал . стр.  122–129 . {{cite book}}: |website=проигнорировано ( помощь )
  2. ^ Брюгге, Норберт. "Космические аппараты-двигатели (КДУ) от конструкторского бюро Исаева (ныне Химмаш)". B14643.de. Архивировано из оригинала 2015-06-02 . Получено 2015-06-02 .
  3. ^ ab "Двигатели 1944-2000: Аавиационные, Ракетные, Морские, Промышленные" [Авиадвигатели 19442-2000: Авиация, ракетная техника, военно-морская промышленность] (PDF) (на русском языке). стр  . 75–81 . Проверено 25 июля 2015 г.
  4. ^ ab "Двухкомпонентный ракетный двигатель малой тяги 11Д428А" (PDF) . НИИМаш . 2009 . Получено 5 мая 2023 .
  5. ^ ab "ЖРДМТ от 0,5 кгс до 250 кгс" [Малый реактивный двигатель тягой от 0,5 кгс до 250 кгс]. КБ ХИММАШ . Архивировано из первоисточника 23 апреля 2013 г.
  6. ^ Черток, Борис (май 2009). "Глава 18 — Рождение Союзов". Ракеты и люди. Том 3 — Горячие дни холодной войны (PDF) . Том 3 (NASA SP-2006-4110). NASA . стр. 562. ISBN 978-0-16-081733-5. Получено 15 июля 2015 г. .
  7. ^ аб Пономаренко, Александр. «Основные двигатели разработки КБХМ» . Проверено 25 июля 2015 г.
  8. ^ abcdefg Пилле, Николя. «Le système de propulsion du vaisseau Soyouz» [Движительная система космического корабля «Союз»] (на французском языке). Космонавтика.com . Проверено 14 июля 2015 г.
  9. ^ ab Зак, Анатолий (2016-07-08). "Двигательная система для космического корабля "Союз МС"". Russian Space Web . Получено 2016-07-09 .
  10. ^ Роб Навиас (2016-07-08). Новый, улучшенный космический корабль «Союз» ( YouTube ). Космическая станция в прямом эфире. NASA JSC . Получено 2016-07-09 .
  11. ^ "KDU-426". Энциклопедия Astronautica. Архивировано из оригинала 23 мая 2002 года . Получено 2015-07-25 .
  12. ^ "KRD-79". Энциклопедия Astronautica. Архивировано из оригинала 27 июня 2002 года . Получено 2015-07-25 .
  13. ^ "KTDU-80". Энциклопедия Astronautica. Архивировано из оригинала 25 июня 2002 года . Получено 2015-07-25 .
  14. ^ Макдауэлл, Джонатан. "5.2: Российские двигатели". Jonathan Space Report . Получено 25 июля 2015 г.
  • Официальная страница КБ ХИММАШ (на русском языке) Архивировано 20.03.2016 на Wayback Machine
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=KTDU-80&oldid=1258546321"