Пристрій для вимірювання рівня кріогенного компонента палива у баці ракети

Пристрій для вимірювання рівня кріогенного компонента палива у баці ракети, що містить розташований у баці вертикальний корпус, всередині котрого встановлені датчик з електромагнітними котушками і поплавок, та джерело газу наддування, який відрізняється тим, що він споряджений дренажним і роздільним клапанами, які сполучають внутрішню порожнину вертикального корпусу з порожниною бака, та витратним клапаном, який сполучає внутрішню порожнину вертикального корпусу з джерелом газу наддування, при цьому вертикальний корпус виконаний герметичним. (19) (21) u200603648 (22) 03.04.2006 (24) 15.08.2006 (46) 15.08.2006, Бюл. № 8, 2006 р. (72) Дмитренко Сергій Васильович, Книрик Микола Павлович, Логвиненко Анатолій Іванович, Мокін Андрій Олександрович, Мокін Олександр Васильович, Романенко Іван Іванович (73) Дмитренко Сергій Васильович, Книрик Микола Павлович, Логвиненко Анатолій Іванович, Мокін Андрій Олександрович, Мокін Олександр Васильович, Романенко Іван Іванович 3 газового об'єму бака. Відомий пристрій дозволяє здійснити автоматичний контроль рівнів у процесі заправлення (зливання) компонентів палива у баки ракети. У деяких випадках, які обумовлені призначенням ракети, характеристиками рушійної установки (РУ) та іншими причинами, можливо створення потрібного тиску у газовому об'ємі бака за рахунок кипіння верхнього шару кріогенного компонента палива. Такі системи наддування (з політропним розширенням газу у баці) забезпечують суттєву конструктивну простоту пневмогідравлічної системи подавання (ПГСП) рушійної установки [див. книгу "Двигательные установки ракет на жидком топливе" под ред. Э. Ринга,м., "Мир", 1966, С.243-247]. Недоліком відомого пристрою є його невисокі експлуатаційні якості через низьку точність вимірювання рівнів кріогенних компонентів палива, тому що при невисокому тиску наддування газового об'єму бака відсутня чітка межа між компонентом палива й газовим об'ємом. В основу корисної моделі поставлена задача створення удосконаленої конструкції пристрою для вимірювання рівня кріогенного компонента палива у баці ракети, яка б дозволила забезпечити підвищення його експлуатаційних якостей шляхом уведення в нього нових елементів і технічних рішень, таких як: - наявність дренажного і роздільного клапанів, які сполучають внутрішню порожнину вертикального корпусу з порожниною бака, та витратного клапана, який сполучає внутрішню порожнину вертикального корпусу з джерелом газу наддування, при цьому вертикальний корпус виконаний герметичним, що дозволяє створити високий тиск наддування у мінімальному об'ємі вертикального корпусу. Поставлена задача вирішується таким чином, що запропонований пристрій для вимірювання рівня кріогенного компонента палива у баці ракети, який містить розташований у баці вертикальний корпус, всередині котрого встановлені датчик з електромагнітними котушками і поплавок, та джерело газу наддування, він споряджений дренажним і роздільним клапанами, які сполучають внутрішню порожнину вертикального корпусу з порожниною бака, та витратним клапаном, який сполучає внутрішню порожнину вертикального корпусу з джерелом газу наддування, при цьому вертикальний корпус виконаний герметичним. Для пояснення конструкції пристрою і його роботи додаються креслення і його детальний опис. Запропонований пристрій складається з датчика 1, вздовж якого вільно рухається Поплавок 2. Усе це розміщено у герметичному вертикальному корпусі 3, у верхній частині якого встановлені дренажний 4 і витратний 5 клапани, а на його нижньому торці встановлений роздільний клапан 6. Датчик 1 виконаний індуктивного типу з електромагнітними котушками 7. Вертикальний корпус 1 розташований у паливному баці 8 з рідким киснем 9 і газовим об'ємом 10. 16851 4 Робота запропонованого пристрою здійснюється наступним чином. Робота пристрою розглянута на прикладі ракети за патентом України №55236А, МПК F42B 15/00, 2002р., у баках якої розташовані датчики системи спорожнення бака (ССБ) і системи контролю рівня (СКР). Ракета встановлена на пусковій установці, заправлена компонентами палива і підготовлена до пуску. Далі проводять наступні операції: - умикають РУ і подають рідкий кисень з бака 8 у турбонасос ний агрегат (ТНА); - створюють потрібний тиск на вході у ТНА за рахунок самонаддування під час кипіння верхнього шару рідкого кисню; - у вихідному стані витратний клапан 5 ССБ зачинений і газ наддування у порожнину вертикального корпусу 3 не подається. Дренажний 4 і роздільний 6 клапани відкриті, що забезпечує вільне переміщення рівня рідкого кисню 9 під час його витрачання з бака 8, при цьому дренажний клапан 4 сполучає внутрішню порожнину вертикального корпусу 3 з газовим об'ємом 10 бака 8, а роздільний клапан 6 - з рідинним об'ємом бака 8; безпосередньо перед проведенням вимірювання рівня рідкого кисню 9, що кипить, виконують короткочасне зачинення дренажного 4 й роздільного 6 клапанів і подавання газу наддування через витратний клапан 5. Тиск всередині вертикального корпусу 3 підвищується. Процес кипіння припиняється і знімаються показники датчика 1 для вимірювання рівню; - після проведення вимірювання клапани встановлюють у вхідне положення: дренажний 4 і роздільний 6 клапани відкриті, витратний 5 зачинений. Аеродинамічне нагрівання паливного бака 8 викликає потужні конвективні токи рідкого кисню 9, причому нагрітий біля стінок бака рідкий кисень рухається вгору, сягаючи межі розділу "газрідина", частково випаровує, підвищуючи тиск у газовому об'ємі бака, переміщується до центру, змішується і захоплює теплі потоки вниз вздовж осі бака, збільшуючи таким чином верхній прогрітий шар рідкого кисню. Аеродинамічне нагрівання бака з рідким киснем може також ініціювати процес закипання прогрітого (вище температури насиченої пари для даного тиску у баці) рідкого кисню. У такому випадку достовірність показників датчика для вимірювання рівнів різко знижується з огляду на наявність газових включень всередині вертикального корпусу 3. Притиснення процесу кипіння рідкого кисню у вертикальному корпусі 3 вдуванням порції газу через витратний клапан 5 при зачинених дренажному 4 і роздільному 6 клапанах дозволяє підвищити достовірність показників датчика 1, оскільки у цьому випадку датчик дає інформацію щодо рівня рідкого кисню з розрахунковою щільністю. Різниця рівнів рідкого кисню 9 всередині вертикального корпусу 3 і в баці 8 враховується у ССБ уведенням відповідної поправки. 5 16851 Попередні розрахунки показують, що використання пристрою для бака з рідким киснем об'ємом ~150 м3, тиском у газовому об'ємі 1,6 ата і середньоінтегральному аеродинамічному тепловому потоці ~3 ккал/м2·с дозволить підвищити точність вимірювання рівня на 1,0-1,5%, Комп’ютерна верстка О. Чепелев 6 що еквівалентно зниженню маси першого ступеня ракети середнього класу на 70-100кг, при цьому зміцнення вертикального корпусу для високого тиску наддування і наявність невеликого джерела газу для наддування порожнини вертикального корпусу несуттєво збільшує масу ступеня. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601