Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Операции охлаждения углеводородного ракетного топлива проводятся системами ракетно-космических стартовых комплексов для повышения плотности, обеспечения необходимых свойств топлива и характеристик двигательных установок ракет космического назначения (РКН) и на практике осуществляются с применением жидкого азота, используемого в качестве охлаждающей среды [1–8].
Применение жидкого азота для охлаждения ракетного топлива обусловлено его производством на космодромах в больших объемах, значительными массами ракетного топлива, подвергаемого охлаждению в относительно короткие промежутки времени, а также невысокой интенсивностью пусков, выполняемых различными стартовыми комплексами, исчисляемой, как правило, несколькими пусками в год [2].
На стартовых комплексах РКН «Союз» функционируют 12 систем охлаждения горючего путем бесконтактного теплообмена с жидким азотом в рекуперативных теплообменниках типа «труба в трубе» [3]. Процесс охлаждения горючего осуществляется путем его перекачки насосными установками через секции рекуперативных теплообменников «труба в трубе» по замкнутому контуру емкость — насосная установка — теплообменный аппарат — емкость. При этом керосин Т1 охлаждается до среднебаковой температуры минус 3±2,5 °С, а горючее РГ1 — до минус 20±2,5 °С. На стартовом комплексе РКН «Союз» в Гвианском космическом центре охлаждение топлива РГ-1 осуществляется до температуры минус 29 °С.
Для выполнения задачи снижения температуры охлаждения ракетного горючего на стартовых комплексах «Союз» при переходе на использование в блоках первой и второй ступеней ракеты-носителя «Союз-2» ракетного топлива «нафтил» вместо горючего Т1 и необходимости более глубокого его охлаждения до температуры минус 32 °С (для системы на космодроме «Восточный»), на основе разработанного методического аппарата проанализировано влияние на эффективность выполнения операции охлаждения при требуемых ограничениях на время ее проведения различных вариантов построения систем охлаждения топлива с применением жидкого азота.
Варианты модернизации системы охлаждения с теплообменниками «труба в трубе» включают введение в нее дополнительных секций теплообменников «труба в трубе», дополнительного витого теплообменника, размещенного в резервуаре с антифризом, который охлаждается азотом [5], выходящим из секций теплообменников «труба в трубе», а также дополнительной емкости с теплообменной рубашкой и витым теплообменником [8].
Проведена оценка возможности повышения эффективности использования холода жидкого азота для охлаждения ракетного топлива в модернизированных системах стартовых комплексов «Союз» по сравнению с существующими системами.
Показана возможность уменьшения потребной массы жидкого азота, необходимой для охлаждения топлива, на 15…40 % по сравнению с существующими системами.
Предложенные варианты системы охлаждения топлива с использованием жидкого азота позволяют обеспечить сокращение времени проведения операции охлаждения топлива оборудованием стартовых комплексов и уменьшение затрат жидкого азота по сравнению с существующими системами. Разработанный методический аппарат может использоваться для выполнения проектных и эксплуатационных расчетов процессов температурной подготовки ракетного топлива на стартовых комплексах, прогнозирования потребной массы жидкого азота, времени и эффективности выполнения операций охлаждения топлива при различных значениях параметров окружающей среды, начальных и требуемых конечных значениях температуры топлива.
