Управляющая двигательная установка космических аппаратов и станций с ракетными двигателями малой тяги (варианты)

 

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для защиты космических объектов от жидких контаминантов. Согласно изобретению каждое защитное устройство снабжено механизмом его поворота и/или осевого перемещения. Механизм отводит данное устройство в положение, в котором это устройство не перекрывает срез сопла ракетного двигателя. Изобретение позволяет, наряду с защитой от жидких контаминантов, предупредить перегрев ракетных двигателей малой тяги при их нештатной работе. Оно также дает возможность изменять угол улавливания контаминантов по отношению к оси двигателя. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано как для защиты космических аппаратов (КА) и станций от жидкофазных контаминантов, так и для предупреждения от перегрева ракетных двигателей малой тяги на химическом топливе при их работе в нештатном (длительном) режиме.

Известно устройство [1], предназначенное для защиты элементов межпланетного КА от загрязняющих воздействий жидкостных ракетных двигателей малой тяги и представляющее собой металлический экран в виде элемента цилиндрической поверхности, расположенный за блоком из шести двигателей. Такое устройство способно экранировать лишь от контаминантов из периферийной области с углами выброса их более 90^o от оси выхлопной струи. Кроме того, в случае близкого расположения двигателей к корпусу аппарата, такая конструкция экрана не может быть использована.

Известно также устройство [2], предназначенное для защиты поверхности КА и КС от загрязнений жидкофазными контаминантами в широком диапазоне углов от оси выхлопной струи. Устройство представляет собой пористое тело вращения, которое осесимметрично охватывает каждое из сопел ракетных двигателей малой тяги (РДМТ). Каждое защитное устройство жестко установлено по отношению к соплу двигателя.

Недостатком данного устройства является то, что оно, являясь тепловым экраном по отношению к соплу двигателя, при длительной нештатной работе двигателя вызывает значительный нагрев сопла за счет снижения потерь тепла излучением, что, в свою очередь, может привести к перегреву двигателя.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание защитного устройства (ЗУ) РДМТ, способного к перемещению по отношению к соплу двигателя, с целью защиты от перегрева РДМТ в случае их длительной работы в нештатном режиме, а также улавливания с помощью ЗУ контаминантов, разлетающихся под меньшим углом к оси сопла по сравнению с исходным положением ЗУ без перегрева двигателя.

Для решения этих задач предлагается снабдить каждое защитное устройство механизмом изменения его положения по отношению к соплу двигателя.

Согласно изобретению, в первом варианте его осуществления, каждое ЗУ снабжено механизмом поворота его вокруг оси вращения в положение, в котором оно не перекрывает срез сопла двигателя.

В другом варианте ЗУ снабжено механизмом осевого перемещения этого устройства. Кроме того, ЗУ может быть дополнительно снабжено механизмом поворота его вокруг оси, параллельной оси двигателя, в положение, при котором оно не перекрывает срез сопла двигателя.

Сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг. 1 - первый вариант осуществления изобретения, на фиг. 2 - второй вариант осуществления изобретения.

На фиг. 1 показана схема передвижения защитного устройства 1 по отношению к соплу 2, имеющего ось вращения 3. В положении (а) взаимное расположение защитного устройства 1 и сопла двигателя 2 соответствует штатной (импульсной) работе двигателя. При этом ЗУ полностью охватывает сопло двигателя и улавливает контаминанты, разлетающиеся под углом к оси двигателя, определяемым исходным положением ЗУ.

В случае длительной нештатной работы двигателя с целью предотвращения его перегрева ЗУ поворачивается вокруг оси вращения 3 с помощью механизма поворота из исходного положения (а) в положение (б) или (в). В положении (б), (в) или любом промежуточном, когда ЗУ не охватывает сопло двигателя, оно не экранирует сопло, что увеличивает по сравнению с исходным положением потери тепла излучением с поверхности сопла и приводит к снижению его температуры.

В дальнейшем при штатной работе двигателя ЗУ возвращается в исходное положение (а).

На фиг. 2. показан второй вариант изменения относительного положения защитного устройства к соплу двигателя. В данном случае механизм из исходного положения (а) перемещает ЗУ вдоль оси сопла в положение (б). В таком положении ЗУ выполняет две функции: не охватывая сопло двигателя, оно уже не является тепловым экраном и не вызывает нагрев сопла двигателя, в тоже время оно способно улавливать контаминанты, разлетающиеся под меньшими углами к оси сопла по сравнению с его исходным положением.

Таким образом, в зависимости от величины перемещения ЗУ вдоль оси двигателя можно менять угол, под которым улавливаются контаминанты при одновременном уменьшении температуры сопла за счет изменения степени экранирующей способности ЗУ.

Однако при перемещении ЗУ в положение (б) возможно снижение тяги двигателя. Если возникает необходимость ее увеличения при уменьшении температуры сопла, то осуществляют поворот ЗУ вокруг оси, параллельной оси сопла, в положение (в), при котором ЗУ не перекрывает срез сопла двигателя. Кроме того, при необходимости, возможно перемещение ЗУ в положение (г).

Второй вариант осуществления изобретения целесообразно применять при плотной установке двигателей.

Изобретение позволяет защитить от перегрева поверхность ракетных двигателей, снабженных устройством защиты КА и КС от контаминантов, при их длительной работе в нештатном режиме, а также менять угол улавливания контаминантов по отношению к оси двигателя.

Источники информации 1. H. Trinks, R. J. Hoffman Experimental Investigation of bipropellant exhaust plume flowfrield, heating and contamination, and comparation with the CONTAM computer model predictions. AIAA - 83 - 1447. 1983.

2. Российская федерация (RU), патент N 2111904, 1998.

Формула изобретения

1. Управляющая двигательная установка космических аппаратов и станций с ракетными двигателями малой тяги, содержащая сопла для истечения реактивной струи, в которой образуются наряду с продуктами полного сгорания топлива жидкофазные контаминанты, а также устройство защиты поверхностей космического аппарата от указанных контаминантов, которое осесимметрично охватывает каждое сопло ракетного двигателя малой тяги и представляет собой поглощающее пористое тело вращения с двумя соосными взаимопротивоположными отверстиями, между которыми расположен срез сопла, отличающаяся тем, что устройство защиты снабжено механизмом поворота его вокруг оси вращения в положение, при котором оно не перекрывает срез сопла.

2. Управляющая двигательная установка космических аппаратов и станций с ракетными двигателями малой тяги, содержащая сопла для истечения реактивной струи, в которой образуются наряду с продуктами полного сгорания топлива жидкофазные контаминанты, а также устройство защиты поверхностей космического аппарата от указанных контаминантов, которое осесимметрично охватывает каждое сопло ракетного двигателя малой тяги и представляет собой поглощающее пористое тело вращения с двумя соосными взаимопротивоположными отверстиями, между которыми расположен срез сопла, отличающаяся тем, что устройство защиты снабжено механизмом осевого перемещения этого устройства.

3. Управляющая двигательная установка по п.2, отличающаяся тем, что устройство защиты дополнительно снабжено механизмом поворота его вокруг оси, параллельной оси сопла, в положение, при котором оно не перекрывает срез сопла двигателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2