Пневмогидравлическая схема двигателя

Рассмотрим функционирование пневмогидравлической схемы (ПГС) двигателя РД–107 (Рис. 2) при запуске, работе на режиме номинальной тяги и отсечке ДУ.

Рис. 2. ПГС: 1 — основная КС; 2 — рулевой агрегат; 3 – датчик давления системы РКС; 4 — ЭПК, управляющий клапаном горючего; 5 — ЭПК, управляющий клапаном окислителя; 6 — дроссель горючего; 7 — привод дросселя; 8, 10, 11, 13 — обратные клапаны; 9 — ЭПК, управляющий клапанами перекиси водорода и азота; 12 — предохранительный клапан; 14 — реле давления, контролирующее открытие ЭПК; 15 — редуктор давления грубой настройки; 16, 19— ЭПК промежуточных ступеней тяги двигателя; 17, 18 — жиклеры; 20 — привод редуктора давления точной настройки; 21 — редуктор давления воздуха точной настройки; 22 — подогреватель; 23 — редуктор (регулятор) давления перекиси водорода; 24 — насос перекиси водорода; 25 — насос жидкого азота; 26 — клапан азота; 27 – НГ; 28 — НОК; 29 — турбина; 30 — испаритель; 31 — перекрывной клапан перекиси водорода; 32 — газогенератор; 33, 36 — расходные шайбы; 34 — клапан окислителя; 35 — блок обратных клапанов; 37 — реле давления на 123 кПа; 38 — реле давления на 2,6 МПа; 39 —ПЗУ; 40 – клапан горючего; ОС – окружающая среда; СУ – система управления

Перед запуском автоматика двигателя находится в следующем положении: все электропневмоклапаны (ЭПК) обесточены; редуктор 21 настроен на давление, обеспечивающее номинальный режим работы двигателя; дроссель горючего 6 установлен в положение, обеспечивающее номинальное соотношение компонентов; в основных и рулевых камерах установлены пирозажигающие устройства (ПЗУ) 39; клапаны горючего 40 и окислителя 34 удерживаются в закрытом положениивоздухом высокого давления (ВВД), подаваемым в их управляющие полости через редуктор 15 и открытые ЭПК 4 и 5 от бортового баллона (дублирование на случай неисправности бортовой системы ВВД осуществляется от наземной установки); перекрывной клапан перекиси водорода 31 и клапан азота 26 закрыты под действием своих пружин; ЭПК 9,16, 19 закрыты. При этом происходит стравливание воздуха через предохранительный клапан в выходной полости редуктора 21.

Для предотвращения попадания в зарубашечные полости и в форсуночную головку КС паров кислорода (из–за возможной негерметичности клапана окислителя) и влаги из окружающей среды с момента начала охлаждения магистрали окислителя перед заправкой ракеты начинается продувка указанных полостей небольшим расходом воздуха через обратные клапаны 8. За три–пять мин до запуска начинается интенсивная продувка этих полостей азотом.

Запуск двигателя на режим номинальной тяги (главная ступень тяги) осуществляется через предварительную и две промежуточные ступени для предотвращения заброса давления в КС. Выход двигателя на режим, соответствующие промежуточным ступеням тяги осуществляется изменением давления воздуха в управляющей полости регулятора расхода перекиси 23 за счет стравливания воздуха через жиклеры 17 и 18 при неизменной настройке редуктора 21.

Перед включением двигателя подается напряжение на ЭПК 16 и 19, и они открываются, обеспечивая стравливание воздуха через жиклеры 17 и 18. При этом в управляющей полости регулятора 23 устанавливается давление, равное ~66 % от номинального, на которое настроен редуктор 21.

Включение двигателя производится подачей команды на замыкание всех ПЗУ 39. Дальнейшее протекание всех операций по запуску осуществляется автоматически. В результате воспламенения всех ПЗУ перегорают установленные в них сигнализаторы. После регистрации перегорания сигнализаторов во всех камерах подается напряжение на ЭПК 5, управляющий работой клапана окислителя 34. ЭПК 5 закрывается, воздух из управляющей полости клапана 34 стравливается в атмосферу и последний открывается на предварительную ступень, что контролируется замыканием контакта. Кислород начинает самотеком поступать к основным и рулевым КС. При условии замкнутости контакта клапана окислителя 34 через 2,5±0,3 секунды после подачи напряжения на ПЗУ подается напряжение на ЭПК 4, открывающий клапан горючего 40 на предварительную ступень. Через 2,2+0,2 секунды после команды на открытие клапана горючего, до того, как успеют заполнится керосином зарубашечные полости КС, подается команда на выключение продувки. При попадании керосина в КС он воспламеняется и двигатель выходит на режим предварительной ступени. При этом замыкаются контакты реле 37.

Через 9,5 секунд после подачи команды на ПЗУ включается контроль режима предварительной ступени. Если в течение 1+0,2 секунды не произойдет замыкание контактов реле 37 и контакта клапана окислителя, то поступает команда на включение первой промежуточной ступени. При этом подается питание на ЭПК 9. Он открывается и подает воздух в управляющие полости клапанов 26 и 31, открывая их. Перекись водорода начинает поступать в ГГ 32, а жидкий азот в испаритель 30 и затем на наддув всех баков.

В ГГ перекись водорода, попав на катализатор, разлагается на образовавшийся парогаз поступает на лопатки турбины 29. ТНА начинает работать. При этом увеличивается давление компонентов за насосами 24, 27, 28, 25. Под действием возрастающего давления клапан горючего 40 открывается на главную ступень. Затем при достижении давления за НОК  ~2,6 МПа осуществляется разрыв болта, удерживающего клапан окислителя 34 в положении предварительной ступени, и клапан открывается на главную ступень, что контролируется соответствующими контактами. При достижении в основных КС давления ~2,45 МПа размыкаются контакты реле давления 38, контролирующего выход двигателя на первую промежуточную ступень. Переход на режим второй промежуточной ступени осуществляется закрытием (обесточиванием) ЭПК 19. Стравливание воздуха осуществляется только через жиклер 17, что приводит к увеличению давления в управляющей полости регулятора 23 и, следовательно, расхода и давления подачи перекиси водорода в ГГ 32. Это влечет за собой изменение в режиме работы ТНА. Давление подачи компонентов увеличивается. Двигатель выходит на режим второй промежуточной ступени.

Перевод двигателя на режим главной ступени тяги осуществляется после отделения ракеты от стартового стола, на шестой секунде после срабатывания контакта подъема. При этом закрывается (обесточивается) ЭПК 16. Стравливание воздуха через жиклер 17 прекращается. В управляющей полости регулятора 23 устанавливается давление, соответствующее главной ступени тяги, на которое был настроен перед запуском редуктор 21. Давление подачи и расходы компонентов повышаются до номинальных значений. Двигатель выходит на режим главной ступени тяги.

Регулирование тяги в полете осуществляется при совместной работе систем РКС и СОБ. Исполнительным элементом системы РКС является редуктор точной настройки 21 с электроприводом. Для улучшения процесса регулирования в систему РКС введена обратная связь по давлению в КС, осуществляемая с помощью прецизионного датчика давления 3. Исполнительным элементом системы СОБ является дроссель горючего 6 с электроприводом.

Включение двигателя производится ступенчато с целью уменьшения импульса последействия. Предварительно открываются ЭПК 16 и 19; при этом воздух стравливается через жиклеры 17 и 18. Двигатель переходит на режим первой промежуточной ступени. Одновременно срабатывают пироклапаны рулевых камер, прекращая подачу окислителя в них. Через одну секунду обесточиваются ЭПК 4, 5 и 9. При этом закрывается перекрывной клапан перекиси водорода 31. ТНА перестает работать. Давление за насосом снижается, и закрываются клапаны горючего 40, окислителя 34 и жидкого азота 26. Двигатель выключается.