KTDU-80

KTDU-80
Soyuz TM-32.jpg
Soyuz TM-32 lämnar ISS med SKD-munstycket stängt
Ursprungsland Ryssland
Tillverkare KB KhIMMASH
Företrädare KTDU-35
Status I produktion
Flytande bränslemotor
Drivmedel N2O4 _ _ _ / UDMH
Cykel Tryckmatad
Prestanda
Sticka 2,95 kN
Kammartryck _ 880 kPa
Specifik impuls 302 s
Brinntid 890 s
Gimbal sortiment 5
Mått
Längd 1,2 m
Diameter 2,1 m
Används i
Soyuz

KTDU -80 ( ryska : Корректирующе-Тормозная Двигательная Установка, КТДУ ) är den senaste i en familj av integrerade framdrivningssystem som KB KhIMMASH har implementerat för Soyuz sedan Soyuz-T . Den integrerar huvudframdrivning, RCS och attitydkontroll i ett enda systemtryck som matas från ett gemensamt dubbelsträngat redundant trycksatt drivmedelssystem. Det vanliga drivmedlet är UDMH och N 2 O 4 och den huvudsakliga framdrivningsenheten är S5.80- huvudmotorn. Den genererar 2,95 kN (660 lbf) dragkraft med ett kammartryck på 880 kPa (128 psi) och en munstycksexpansion på 153,8 som gör att den kan uppnå en specifik impuls på 302 s (2,96 km/s). Den är klassad för 30 starter med en total avfyrningstid på 890 sekunder. Det integrerade systemet utan trycksättning eller tankar väger 310 kg (680 lb); den är 1,2 m (47 tum) lång med en diameter på 2,1 m (83 tum).

Beskrivning

KTDU-80-systemet integrerar ett dubbelsträngat redundant drivmedel och trycksättningssystem, ett huvudframdrivningssystem ( SKD ), en RCS ( DPO-B ) och ett attitydkontrollsystem (DPO -M ). Alla framdrivningselement är tryckmatade raketmotorer som förbränner UDMH och N 2 O 4 med en gemensam försörjning av trycksatt drivmedel. Mekaniskt är KTDU-80 separerad i två sektioner:

  • Basic Unit (BB) ( ryska : ББ, Базовый Блок ): Det är den huvudsakliga framdrivningen och inkluderar alla system för trycksättning och lagring av drivmedel. Det är uppdelat i tre delsystem:
    • Pneumatiskt trycksättningssystem : Det är systemet som håller alla tankar och ledningar trycksatta och garanterar att korrekt arbetstryck upprätthålls i lagret och framdrivningsdelsystemen. Med tanke på användningen av tryckmatade motorer är detta delsystem kritiskt och ett fel kan innebära att besättningen hålls strandsatt i rymden.
    • Drivmedelstillförselsystem : Det som säkerställer drivmedelstillförsel till orbitalmanövermotorerna. Inkluderar lagring och distribution av drivmedel.
    • Orbital Maneuver Engine (SKD) ( ryska : ББ, Сближающе-корректирующий двигатель (СКД)) :
  • Förtöjnings-/attitydkontroll Thruster Subsystem (DPO) ( ryska : ДПО, Подсистема двигателей причаливания и ориентации ): Det är reaktions- och attitydkontrollsystem. Den består av två delsystem:
    • Delsystemet för redundant drivmedelsförsörjning.
    • Anläggnings-/attitydkontrollpropellerna (DPO) ( ryska : ДПО, Двигатели причаливания и ориентации ): Dessa är alla propeller som används för att kontrollera attityden och översättningsrörelserna. Den har två olika uppsättningar av thrusters:
      • High thrust thrusters (DPO-B) ( ryska : ДПО-Б ): Dessa används för attityd-, översättnings-, docknings- och avdockningsmanövrar och som reservmotor från kretslopp.
      • Low thrusters (DPO-M) ( ryska : ДПО-М ): Dessa används uteslutande för attitydkontroll.

Varje delsystem beskrivs i följande avsnitt.

Pneumatiskt trycksättningssystem

Det pneumatiska trycksättningssystemet har tre huvudfunktioner:

  1. Lagring av högtrycks He -gas.
  2. Tillförsel av drifttryck för drivmedelstankfyllning.
  3. Tillförsel av drifttryck för manövrering av de pneumatiskt aktiverade ventilerna i huvudframdrivningen (SKD).

Systemet har fyra sfäriska tryckgastankar i två separerade kretsar. Varje krets förbinder två tankar och har sin individuella tryckgivare, ventiler, tryckregulator och elektriskt manövrerade ventiler. Kretsarna är åtskilda av två squib- aktiverade ventiler som gör det möjligt att dela båda kretsarna, att använda en enda eller att använda båda systemen oberoende. Helium lagras initialt vid 34,32 MPa (4 978 psi) och regleras till 1,75 MPa (254 psi), med ett maximalt tryck på 2,15 MPa (312 psi) och ett minimum på 1,37 MPa (199 psi), vilket är det lägsta som krävs tryck för att aktivera de pneumatiskt manövrerade ventilerna i SKD.

Tillförsel av drivmedel

Delsystemets funktion för tillförsel av drivmedel är att garantera tillförseln av drivmedel inom de erforderliga driftsparametrarna för motorerna. Den använder två tankar med bränsle och två med oxidationsmedel i två separata kretsar. Den är uppdelad i tre drivmedelsmatningskretsar:

  1. Main Propulsion (SKD) krets: den försörjer SKD (S5.80 huvudmotor) genom en serie pneumatiskt manövrerade ventiler genom två redundanta ledningar.
  2. Första DPO-kretsen: den försörjer alla högtryckspropeller (ursprungligen 14 DPO-B, senare 16) och hälften av lågtryckpropellerna (sex DPO-M) genom en ledning som styrs av elektrohydrauliskt manövrerade ventiler .
  3. Andra DPO-kretsen: den levererar drivmedel till den andra halvan (sex DPO-M) av lågtryckspropellerna, även genom elektrohydrauliskt manövrerade ventiler.

De första och andra DPO-kretsarna är anslutna via elektrohydrauliskt aktiverade ventiler som möjliggör överföring av drivmedel mellan ledningar i händelse av fel på en trycksättnings- eller drivmedelslagringskrets. Så systemet har dubbla och redundanta kretsar i alla dess stadier. Den totala drivmedelsbelastningen kan variera mellan 440 kg (970 lb) och 892 kg (1 967 lb).

Huvuddrivning (SKD)

Dess huvudsakliga framdrivningsenhet använder den enda S5.80 huvudmotorn ( SKD ). Den är monterad på en elektromekaniskt manövrerad kardan som gör att den kan rotera ±5° i stigning och gir. Den har också ett elektromekaniskt manövrerat motormunstycke som tar 15 sekunder att öppna och 25 sekunder att stänga. All drivmedelsförsörjning har redundanta kretsar. S5.80 genererar 2,95 kN (660 lbf) dragkraft med ett kammartryck på 0,88 MPa (128 psi) och en munstycksexpansion på 153,8 som gör att den kan uppnå en specifik impuls på 302 s (2,96 km/s). Den är klassad för 30 starter med en total avfyrningstid på 890 sekunder.

Förtöjnings-/attitydkontrollpropeller (DPO)

Undersystemet för förläggning och attitydkontroll består av två typer av propeller:

  1. Den höga dragkraften DPO-B ( ryska : ДПО-Б ): Den ursprungliga KTDU-426 använde 11D428 (tillverkarens beteckning RDMT-135 ). KTDU-80 använde initialt 11D428A , senare version använde den förbättrade effektiviteten 11D428A-16 . Alla versioner har levererats av NIIMash . Sedan den ursprungliga KTDU-426 till Soyuz TMA-4 använde KTDU 14 DPO-B. Sedan Soyuz TMA-5 och alla Soyuz-TMA-M har använt 16 DPO-B thrusters. Dessa kan användas för docknings- och avdockningsmanövrar, för attitydkontroll och, i händelse av SKD-huvudmotorfel, för de-orbit-bränning. När de används i den funktionen kallas de DPO-BT ( ryska : ДПО-Бт ) . 11D428A-16 genererar 129,16 N (29,04 lbf) dragkraft med ett inloppstryck på 1,76 MPa (255 psi) och uppnår en specifik impuls på 291 s (2,85 km/s). Den är klassad för 500 000 tändningar med en total maximal brinntid på 2 000 sekunder.
  2. Den låga dragkraften DPO-M ( ryska : ДПО-М ): KTDU-426 använde 11D427 , och KTDU-80 använde initialt den förbättrade 11D427M men senare versioner ändrades till S5.142 (tillverkarens namn DST-25 ). DPO-M kan endast användas för attitydkontroll. S5.142 genererar 25 N (5,6 lbf) dragkraft med ett kammartryck på 0,8 MPa (120 psi) och uppnår en specifik impuls på 285 s (2,79 km/s). Den är klassad för 300 000 tändningar med en total tändtid på 25 000 sekunder.

Historia

Den ursprungliga Soyuz hade ett separerat orbital korrigeringssystem ( KTDU-35 ) från sitt orienteringssystem. Den senare integrerade ett reaktionskontrollsystem som kallas DPO och attitydkontrollsystemet , kallat DO . KTDU-35 hade en huvudomloppskorrigeringsmotor SKD , S5.60 och en reservmotor för orbitalkorrigering DKD , S5.35 . Dessa två var gasgeneratormotorer som brände UDMH och AK27I . DPO- och DO-propellerna, å andra sidan, var monopropellant tryckmatade raketer som använde katalytisk nedbrytning av H 2 O 2 för att generera dragkraft. Att ha sådana olika system med olika cykler, drivmedel och matningssystem lade till fellägen och krävde tung reservutrustning, som backup-de-orbit-motorn, S5.35.

För Soyuz-T (första flygningen under 1979) utvecklade Isayevs OKB -2 för TsKBEM ett integrerat framdrivningssystem, KTDU-426 . En fördel med detta system är att eftersom DPO:n kunde användas som backup av huvudframdrivningen för omloppskorrigering och manövrer från omloppsbana, fanns det inget behov av att lägga till en backup huvudframdrivning (DKD S5.35 i det tidigare systemet). Men ännu viktigare kan de implementera mer omfattande redundans samtidigt som systemets massa hålls nere. Och genom att byta alla motorer till samma drivmedel kan alla reserver konsolideras och minska massan ytterligare. De bytte också till ett mer effektivt och lagringsbart drivmedel UDMH och N 2 O 4 , vilket förbättrade prestandan ytterligare. Reentry capsule attityd-kontrollsystemet använder fortfarande katalytisk nedbrytning av H 2 O 2 , men det är ett helt separat system.

För denna version av KTDU använde de tryckmatningscykeln för alla raketmotorer och konsoliderade drivmedel på UDMH/N 2 O 4 -kombinationen, som ger överlägsen densitet och specifik impuls och kan lagras i flera år i rymden. För orbital correction engine (SKD) utvecklade de 11D426 . Även om den var mindre kraftfull än S5.60 (3.09 kN (690 lbf) mot 4.09 kN (920 lbf)), förbättrade den effektiviteten med en specifik impuls på 292 sekunder (S5.60 hade 278 s). Dessutom eliminerade bytet till tryckmatningscykel användningen av turbopumpar och dess associerade kostnads- och tillförlitlighetsproblem. Och det möjliggjorde också en minskning av minimal brinntid och motortransienter eftersom det inte fanns någon turbinstart och avstängningshysteres.

För den nya och förbättrade high thrust RCS (DPO-B), känd som 11D428 , behöll de användningen av 14 thrustrar, men istället för H 2 O 2 monopropellant använde de samma cykel och drivmedel som 11D426 SKD. De ökar också dragkraften från tidigare 98 N (22 lbf) till 137,2 N (30,8 lbf). Detta gjorde det möjligt för DPO-B att fungera som reservmotor för manövern från omloppsbanan, vilket eliminerade behovet av reservmotor för omloppsborttagning (DKD), vilket ytterligare förenklade systemet. För styrsystemet med låg dragkraft (DPO-M) använde de den nya 11D427. Antalet motorer ökades från 8 till 12 och dragkraften ökades från 14,7 N (3,3 lbf) till 24,5 N (5,5 lbf).

Introduktionen av Soyuz-TM 1986 såg en ny revidering av framdrivningssystemet, KTDU-80 . Det var en evolutionär revision av KTDU-426-systemet, snarare en revolutionerande övergång som den som gjordes från KTDU-35. Drivmedelsförsörjningsundersystemet bytte till metalliska membran för tankens trycksättning. SKD-huvudmotorn byttes till nya S5.80 . Även om den var något mindre kraftfull än 11D426 med 2,95 kN (660 lbf), ökade den specifika impulsen till 302 s (2,96 km/s) och den totala brinntiden ökade från 570 sekunder till 890. Den låga dragkraften DPO-M använde initialt 11D427M , en uppgraderad version av 11D427 som ökade dragkraften till 26,5 N (6,0 lbf). Men på grund av tillverkningsproblem ändrades de senare (av Soyuz TM-23 ) till S5.142 (tillverkarens namn DST-25 ). Eftersom S5.142 saknar en tryckgivare på sin huvudsakliga förbränningskammare, var flygelektroniken tvungen att modifieras. Å andra sidan gjorde denna förändring det möjligt för DPO-B att hålla PAO borta från reentry-kapseln efter separation.

DPO-B-systemet med hög dragkraft behöll initialt 11D428A som användes på KTDU-426. Eftersom DPO-B också fungerar som reservmotor för huvud-SKD:n måste de alltid hålla en reserv av drivmedel i händelse av SKD-fel som är dödvikt. Ett projekt för att utveckla en mer effektiv version, 11D428A-16 startades 1993. Under en serie flygningar ( M-36 , M-37 och M-38 ) flög Progress-M med en partiell uppsättning av 11D428A-16. Genom Progress M-39 flög den med en full uppsättning 11D428A-16, och slutligen markerade Soyuz TM-28 debuten av bytet till 11D428A-16 för det bemannade farkosten, vilket innebar en besparing på 30 kg (66 lb).

den internationella rymdstationen medförde ytterligare förändringar. Erfarenheten hade visat att under dockningsoperationer var endast två DPO-B tillgängliga för abortoperationer. Den 23 oktober 2002 startades ett projekt formellt för att lägga till ytterligare två DPO-B, vilket förde det totala antalet DPO-motorer med hög dragkraft till 16. Soyuz TMA-5 var den första rymdfarkost som flög med denna nya konfiguration. Med Soyuz debuterade TMA-11M ett nytt arrangemang av DPO-B thrusters. Men detta är en rymdfarkostspecifik konfiguration och betyder inte några förändringar av KTDU-80 i sig.

De nya rymdfarkosterna Soyuz-MS och Progress-MS har en utveckling av KTDU-80. Nu är alla 28 thrustrar DPO-B med hög dragkraft, arrangerade i 14 par. Varje drivmedelsförsörjningskrets hanterar 14 DPO-B, där varje element i varje thrusterpar matas av en annan krets. Detta ger full feltolerans för fel på thruster eller drivmedelskrets.

Versioner

Denna motor har haft två huvudvarianter:

  • KTDU-426 ( GRAU Index 11D426 ): Detta var den ursprungliga versionen utvecklad för Soyuz-T som ersatte KTDU-35 från den tidigare generationens Soyuz . Den integreras i KTDU-enheten, reaktionskontrollsystemet (DPO), attitydkontrollen (DO) och huvudframdrivningen (SKD och DKD) i ett enda system. Det nya arrangemanget möjliggjorde användningen av DPO som backup för de-orbit motor, och därmed eliminerades DKD. SKD använde den nya 11D426 , att även om den hade mindre dragkraft, hade den bättre specifik impuls, och därmed minskade den totala massan. Samma element användes på framdrivningen av rymdstationen S5.79 .
  • KTDU-80 : Utvecklad mellan 1968 och 1974 år för Soyuz-TM , används den fortfarande med små förändringar på Soyuz-TMA-M . För tankarna bytte man till ett metalliskt membran för trycksättning. SKD-huvudmotorn byttes till den mer effektiva S5.80 . Till en början använde de den förbättrade 11D427M för DPO-M, men av Soyuz TM-23 bytte de modell till S5.142 av tillverkningsskäl. Inledningsvis användes 11D428A som DPO-B. Men har ändrats till 11D428A-16 för att minska egenvikten. Sedan Soyuz TMA-5 har ytterligare två DPO-B lagts till för att fördubbla dragkraften i händelse av avbrott under dockningsmanövrar.
  • KTDU-80 (Soyuz MS) : Även om det i juni 2016 inte är känt om det fortfarande heter KTDU-80, har Soyuz-MS och Progress-MS- versionen av framdrivningssystemet ersatt alla DPO-M med DPO-B, och nu är trycksättnings- och drivmedelsmatningskretsarna helt symmetriska med 14 DPO-B vardera.

Se även

  • S5.80 - Huvudframdrivningsmotor (SKD).
  • 11D428A - Reaktionskontrollsystem med hög dragkraft (DPO-B).
  • S5.142 - Senaste reaktionskontrollsystem låg dragkraft motor (DPO-M).
  • KTDU-35 - Tidigare version av framdrivningssystemet Soyuz.
  • KB KhIMMASH - Utvecklare och tillverkare av KTDU.
  • NIIMash - Utvecklare av DPO-M 11D428A-16.
  • Soyuz (rymdfarkoster) - Familjen rymdfarkoster som är integrerade med detta system.
  • Soyuz-T - Soyuzversion som använde KTDU-426.
  • Soyuz-TM - Soyuzversion som invigde KTDU-80.
  • Soyuz-MS - Soyuzversion med en betydligt annorlunda KTDU-80.

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=KTDU-80&oldid=1131901601 "