Система подавання палива у рушійну установку космічного апарата

Реферат: Система подавання палива у рушійну установку космічного апарата містить паливні баки з газовими і рідинними порожнинами, витратні магістралі з електропневмоклапанами, систему наддування паливних баків, що містить балони наддування, зв'язані пневмомагістралями з газовими порожнинами паливних баків, блок керування та сигналізатори тиску. Система додатково споряджена насосами, встановленими на ділянках витратних магістралей між рідинними порожнинами паливних баків і електропневмоклапанами, а сигналізатори тиску встановлені на витратних магістралях перед насосами і на виході з насосів, при цьому сигналізатори тиску електрично зв'язані з блоком керування. UA 117132 U (12) UA 117132 U UA 117132 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до ракетно-космічної галузі, а саме - до заправного обладнання космічних апаратів (КА) і може використовуватися для подавання палива у рушійну установку КА на орбіті. Система подавання палива у рушійну установку КА використовується для створення імпульсів тяги, які необхідні як для переміщення центру мас КА (корекція траєкторії руху, гальмування КА для забезпечення його сходу з орбіти), так і для створення керуючих моментів відносно його центра мас (орієнтація, розвертання). Імпульси тяги для різних режимів керування КА у просторі створюються за допомогою реактивних двигунів (РД), величини тяг яких у залежності від їх призначення змінюються у широких межах (від декількох сотень кгс до одиниць і менше кгс). Робота вказаних РД з заданими параметрами забезпечується системами наддування паливних баків і подавання палива до входів двигунів. Відомою є система подавання палива у рушійну установку КА, що містить паливні баки з газовими і рідинними порожнинами, витратні магістралі з електропневмоклапанами, та систему наддування паливних баків, котра включає балони наддування, зв'язані пневмомагістралями з газовими порожнинами паливних баків [див. патент України №94053u, МПК B64G1/00, F02K 9/44, 2014р.]. У випадку виходу з ладу однієї з пневмомагістралей реактивні двигуни не можуть функціонувати. Недоліком цієї системи є її низькі експлуатаційні характеристики через малу живучість системи і її низьку надійність у процесі польоту КА на орбіті. Найближчою до запропонованої по технічному рішенню є вибрана як прототип система подавання палива у рушійну установку КА, яка описана у патенті України №96882u, МПК B64G 1/00, F02K 9/50, 2014р. Ця система містить паливні баки з газовими і рідинними порожнинами, витратні магістралі з електропневмоклапанами, систему наддування паливних баків, котра включає балони наддування, зв'язані пневмомагістралями з газовими порожнинами паливних баків, блок керування та сигналізатори тиску. Пневмомагістралі з'єднані додатковою магістраллю для підвищення живучості системи. У цій системі подавання палива у РД здійснюється за рахунок витискання палива з паливних баків за допомогою подавання газу з балонів системи наддування, що значно погіршує масогабаритні характеристики системи. Габарити балонів наддування з товстими стінками залежать від кількості газу (азоту, гелію), необхідного для витискання з баків палива і подавання 2 його до РД. Товщина стінок балонів розраховується на внутрішній тиск до 350 кгс/см , а 2 товщина стінок паливних баків - до 30 кгс/см , при робочому тиску, необхідному для стискання перекладної мембрани і витиснення палива з паливних баків для подавання у РД, що дорівнює 2 20 кгс/см . Недоліком цієї системи є її невисокі експлуатаційні характеристики, такі як великі запаси газу під високим тиском і її висока маса. В основу корисної моделі поставлена задача створення удосконаленої конструкції системи подавання палива у рушійну установку КА, яка б дозволяла підвищити її експлуатаційні характеристики шляхом уведення в неї нових елементів і технічних рішень, таких як: - наявність насосів, встановлених на ділянках витратних магістралей між рідинними порожнинами паливних баків і електропневмоклапанами, а сигналізатори тиску встановлюються на витратних магістралях перед насосами і на виході з насосів, при цьому сигналізатори тиску електрично зв'язуються з блоком керування, що дозволяє використовувати мінімальну кількість газу під високим тиском і поліпшити масові характеристики системи. Поставлена задача вирішується тим, що система подавання палива у рушійну установку КА, що містить паливні баки з газовими і рідинними порожнинами, витратні магістралі з електропневмоклапанами, систему наддування паливних баків, котра включає балони наддування, зв'язані пневмомагістралями з газовими порожнинами паливних баків, блок керування та сигналізатори тиску, вона споряджена насосами, встановленими на ділянках витратних магістралей між рідинними порожнинами паливних баків і електропневмоклапанами, а сигналізатори тиску встановлені на витратних магістралях перед насосами і на виході з насосів, при цьому сигналізатори тиску електрично зв'язані з блоком керування. Суть корисної моделі пояснює креслення. Запропонована система складається з паливних баків 1 і 2 відповідно пального і окислювача, гідравлічні порожнини 3 і 4 яких з'єднані з колекторами 5, 6 реактивних двигунів 7 витратними магістралями 8, 9, електропневмоклапанів (ЕПК) 10, 11 та системи 12 наддування паливних баків 1, 2. Насоси 13, 14 встановлені на ділянках 15, 16 витратних магістралей 8, 9 і розташовані між рідинними порожнинами 3, 4 паливних баків 1, 2 і ЕПК 10, 11. На витратних магістралях 8, 9 перед кожним насосом 13, 14 встановлений сигналізатор 17 тиску, а на виході 1 UA 117132 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 18 (19) з насоса 13 (14) встановлений сигналізатор 20 тиску, причому сигналізатори 17, 20 тиску електрично зв'язані з блоком 21 керування. Система 12 наддування паливних баків 1, 2 має балони 22 наддування (джерело тиску) з виходами 23, 24, пневмомагістралі 25, 26, ЕПК 27, 28 і газові редуктори 29, 30, а паливні баки 1, 2 містять газові порожнини 31, 32 і сильфони 33, 34. Реактивні двигуни 7 утворюють рушійну установку КА. Робота запропонованої системи здійснюється наступним чином. Для подавання палива з баків 1, 2 у РД 7 відкривають ЕПК 27, 28. Газ з балонів 22 наддування через газові редуктори 29, 30 по пневмомагістралях 25, 26 надходить у газові 2 порожнини 31, 32 з величиною тиску 0,5 кгс/см і притискує сильфони 33, 34. Потім вмикають 2 насоси 13, 14, і коли тиск на їх виходах 18, 19 досягне 20 кгс/см , відкривають ЕПК 10, 11. Паливо надходить через колектори 5, 6 у РД 7. Насоси 13, 14 автоматично вмикають перед кожним вмиканням РД 7 і вимикають їх при вимиканні останніх за допомогою блока 21 керування за командами сигналізаторів 17, 20 тиску. Далі наводиться приклад виконання системи подавання пального. Для забезпечення витиснення 800 л палива з баків 1 (2), а також проведення операцій щодо продування магістралей і перевірки герметичності, потрібний об'єм гелію при нормальних 3 умовах V=35 м . Тиск наддування паливних баків 1 (2) і тиск подавання палива до РД 7 2 дорівнює 350 кгс/см . Матеріал шар-балонів 22 - титан ВТ 14. Таким чином, об'єм гелію, що зберігається, складає Vhe=100 л, маса шар-балонів - Мб=50 кг. Маса гелію складає Mhe=5 кг. У запропонованій системі подавання палива система наддування 12 паливних баків 1 (2) 2 настроєна за допомогою газових редукторів 29 (30) на тиск величиною 0,5 кгс/см для 2 притискання сильфонів 33 (34), при цьому тиск у шар-балонах 22 дорівнює 350 кгс/см як у прототипі. Встановлення насосів 13 (14) дозволяє забезпечити тиск подавання палива у РД 7, 2 аналогічно прототипу, величиною 20 кгс/см при тиску у паливному баку 1 (2) величиною 2 2 0,5 кгс/см (у прототипі 20 кгс/см ). Отже, у запропонованій системі подавання палива маємо тиск наддування паливного бака 1 (2) у 40 разів менше, ніж у прототипі, тому об'єм гелію, необхідний для витиснення палива за 2 допомогою сильфонів 33 (34) з баків 1 (2), дорівнює 2,5 л при тиску зберігання 350 кгс/см . Шар2 балон з матеріалу титан ВТ 14 об'ємом 2,5 л при тиску 350 кгс/см має вагу 1,5 кг. Насос 13 (14), виконаний у вигляді турбонасоса з приводом, має вагу 2 кг. Паливний бак 1 (2), що працює з 2 2 надлишковим тиском 0,5 кгс/см (у прототипі 20 кгс/см ), значно легше паливного бака, що застосовується у прототипі. Система наддування може виконуватися за патентом РФ №2.255.241, МПК F02K 9/50, B64D 37/24, 2003р. Запропонована система може використовуватися на космічному орбітальному комплексі за патентом України №89984u, МПК B64G 1/00, F02K 9/44, 2013р. Випробування на герметичність паливних баків виконують за патентом України №104146u, МПК G01М 3/00, 2015р. Джерело тиску може виконуватися за патентом США №2.935.846, клас 60/39.48, 1960р. КА виводиться на орбіту за допомогою ракети-носія за патентом України №97302u, МПК B66F 11/00, 2014р. Під час руху по орбіті телеметрична інформація з КА оперативно аналізується за патентом України №52125, МПК B64G 1/24, 2010р. Таким чином, запропонована система, яка має просту і надійну конструкцію, забезпечує розширення її функціональних можливостей. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 Система подавання палива у рушійну установку космічного апарата, що містить паливні баки з газовими і рідинними порожнинами, витратні магістралі з електропневмоклапанами, систему наддування паливних баків, що містить балони наддування, зв'язані пневмомагістралями з газовими порожнинами паливних баків, блок керування та сигналізатори тиску, яка відрізняється тим, що споряджена насосами, встановленими на ділянках витратних магістралей між рідинними порожнинами паливних баків і електропневмоклапанами, а сигналізатори тиску встановлені на витратних магістралях перед насосами і на виході з насосів, при цьому сигналізатори тиску електрично зв'язані з блоком керування. 2 UA 117132 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3