Система наддування паливних баків космічного апарата

Реферат: Система наддування паливних баків космічного апарата містить пневмомагістралі, зв'язані з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків, клапани, встановлені на пневмомагістралях, бортовий компресор, зв'язаний пневмомагістралями високого і низького тиску відповідно з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків, газові редуктори, встановлені на кожній пневмомагістралі низького тиску, і зворотні клапани, встановлені на кожній пневмомагістралі високого тиску. Система споряджена перепускною магістраллю для кожного паливного бака, на котрій встановлені нерегульований дросель і два фільтри тонкої очистки, розташовані на вході і виході дроселя, при цьому один кінець кожної перепускної магістралі сполучений з пневмомагістраллю низького тиску на вході у редуктор, а другий кінець сполучений з пневмомагістраллю високого тиску на ділянці між виходом з бортового компресора і зворотними клапанами. UA 84457 U (12) UA 84457 U UA 84457 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до ракетно-космічної галузі, а саме - до заправного обладнання космічних апаратів (КА) і може використовуватися для наддування паливних баків КА на орбіті. Система наддування паливних баків 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 наддування паливних баків КА, що містить пневмомагістралі, зв'язані з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків, клапани, встановлені на пневмомагістралях, газові редуктори і зворотні клапани (див книгу Мелькумов Т.М. и др. "Ракетные двигатели", М, "Машиностроение", 1976, с. 10). Запас газу наддування у балонах високого тиску у таких системах розрахований на одноразове повне витискання палива з паливних баків. Повторне заправлення у космосі паливних баків пальним і окислювачем на орбіті не можливо забезпечити через відсутність джерела перекачування газу з порожнин надування навпаки у порожнини балонів високого тиску, тобто не має можливості привести систему у вихідний стан для повторного дозаправлення паливом баків КА в умовах космічного польоту, наприклад, від космічного заправника. Недоліком цієї системи є її низькі експлуатаційні характеристики через малу живучість системи, низьку надійність і неможливість багаторазового використання системи наддування для дозаправлення паливом паливних баків в умовах космічного польоту. Найближчою до запропонованої по технічному рішенню є вибрана як прототип система наддування паливних баків КА, яка описана у заявці Великої Британії № 2.051.246, МПК F04F 1/06, 1981 р. Ця система містить пневмомагістралі, зв'язані з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків, клапани, встановлені на пневмомагістралях, бортовий компресор, зв'язаний пневмомагістралями високого і низького тиску відповідно з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків, газові редуктори, встановлені на кожній пневмомагістралі низького тиску, і зворотні клапани, встановлені на кожній пневмомагістралі високого тиску. Бортові компресори, що знаходяться у складі КА, дозволяє виконувати відкачування газу з порожнин наддування паливних баків у балони системи наддування перед дозаправленням паливних баків КА від космічного заправника. Збільшення маси і габаритів бортових систем компенсується можливістю здійснення багаторазових дозаправлень від космічного заправника і продовження таким чином ресурсу роботи усього КА (або космічної станції). Бортовий компресор забезпечує приведення системи наддування у вихідний стан шляхом перекачування газу з порожнин наддування паливних баків у балони високого тиску. Але у таких системах виникають труднощі під час роботи і відкази запускання компресора в умовах космічного польоту через відсутність перепускної магістралі між пневмомагістралями низького і високого тиску. Недоліком цієї системи є її невисокі експлуатаційні характеристики, такі як низькі живучість інадійність через неможливість перерозподілення потоку газу у магістралях під час запускання і роботи бортового компресора в умовах космічного польоту. В основу корисної моделі поставлена задача створення удосконаленої системи наддування паливних баків КА, яка б дозволяла підвищити її експлуатаційні характеристики шляхом уведення в неї нових операцій, таких як: - наявність перепускної магістралі для кожного паливного бака, на котрій встановлюються нерегульований дросель і два фільтри тонкої очистки, розташовані на вході і виході дроселя, при цьому один кінець кожної перепускної магістралі сполучається з пневмомагістраллю низького тиску на вході у редуктор, а другий кінець сполучається з пневмомагістраллю високого тиску на ділянці між виходом з бортового компресора і зворотними клапанами, що дозволяє забезпечити перепуск частини газу у період запуску і роботи бортового компресора з пневмомагістралі високого тиску на виході з бортового компресора у пневмомагістраль низького тиску, що у свою чергу створює умови для плавного і надійного запуску бортового компресора і стабільної його роботи у період перекачування газу з газових порожнин паливних баків у балони наддування. Поставлена задача вирішується таким чином, що запропонована система наддування паливних баків КА, що містить пневмомагістралі, зв'язані з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків, клапани, встановлені на пневмомагістралях, бортовий компресор, 1 UA 84457 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 зв'язаний пневмомагістралями високого і низького тиску відповідно з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків, газові редуктори, встановлені на кожній пневмомагістралі низького тиску, і зворотні клапани, встановлені на кожній пневмомагістралі високого тиску, вона споряджена перепускною магістраллю для кожного паливного бака, на котрій встановлені нерегульований дросель і два фільтра тонкої очистки, розташовані на вході і виході дроселя, при цьому один кінець кожної перепускної магістралі сполучений з пневмомагістраллю низького тиску на вході у редуктор, а другий кінець сполучений з пневмомагістраллю високого тиску на ділянці між виходом з бортового компресора і зворотними клапанами. Для пояснення конструкції системи і її роботи додаються креслення та її детальний опис. Запропонована система складається з боргового компресора 1, зв'язаного пневмомагістралями 2. З високого тиску і пневмомагістралями 4, 5 низького тиску відповідно з балонами 6, 7 наддування і розділеними газовими порожнинами 8, 9 паливних баків 10, 11 палива і окислювача. Газові редуктори 12, 13 встановлені у кожній пневмомагістралі 4, 5 низького тиску, а зворотні клапани 14, 15 встановлені у кожній пневмомагістралі 2, 3 високого тиску. Система мас також перепускні пневмомагістралі 16, 17, що містять по одному нерегульованому дроселю 18, 19, наприклад, дросельну шайбу, і по два фільтри тонкої очистки 20, 21 і 22, 23 відповідно, встановлені на вході і виході дроселя 18, 19, причому один кінець кожної перепускної магістралі 16, 17 сполучений з пневмомагістраллю 4, 5 низького тиску на вході у газовий редуктор 12, 13, а другий кінець - з пневмомагістраллю 2, 3 високого тиску на ділянці між виходом з бортового компресора 1 і зворотними клапанами 14, 15. На пневмомагістралях 2, 3 високого тиску і пневмомагістралях 4, 5 низького тиску встановлені чотири відсічних клапана 24. Паливні баки 10, 11 сполучені з реактивними двигунами 25. Робота запропонованої системи здійснюється наступним чином. Перед включенням бортового компресора 1 у роботу відкривають усі відсічні клапани 24 і після пуску бортового компресора 1 виконують відкачування газу з газових порожнин 8, 9 паливних баків 10, 11 і закачування його з високим тиском у відповідні газові балони 6, 7 наддування. Потім закривають відсічні клапани 24 виконують заправлення паливних баків 10, 11 паливом від відповідних баків, розташованих на космічному заправнику, котрий періодично запускають з Землі і доставляють на КА паливо для реактивних двигунів 25. Перепускні магістралі 16, 17 забезпечують перепуск частини газу у період запуску і роботи бортового компресора 1 з пневмомагістралі високого тиску на виході з бортового компресора 1 у пневмомагістралі 4, 5 низького тиску, що у свою чергу створює умови для плавного і надійного запуску бортового компресора 1 і стабільної його роботи у період перекачування газу з газових порожнин 8, 9 паливних баків 10, 11 у балони 6, 7 наддування. Нерегульовані дроселі 18, 19 виконані у вигляді дросельної шайби з розрахунковим прохідним перерізом отвору, котрий забезпечує задане витрачання газу, яке необхідне для пом'ягшання пускових і робочих характеристик бортового компресора 1. Фільтри 20, 21, 22, 23 тонкої очистки, які встановлені на вході і виході дроселя 18, 19, забезпечують гарантовану чистоту газу що проходить через дросель 18, 19, і надійно захищає дросель від засмічення як при прямому, так і при зворотному потоці газу. КА виводиться на орбіту за допомогою розгінного блока за патентом України № 68143u, МПК B64G 1/00, F42B 15/00, 2011 р. або розгінного блока за патентом РФ № 2.340.516, МПК B64G 1/16, 1/22, 1/40, 2007 р. в залежності від висоти орбіти. Таким чином, запропонована система, яка має просту і надійну конструкцію, забезпечує розширення її функціональних можливостей. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 60 Система наддування паливних баків космічного апарата, що містить пневмомагістралі, зв'язані з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків, клапани, встановлені на пневмомагістралях, бортовий компресор, зв'язаний пневмомагістралями високого і низького тиску відповідно з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків, газові редуктори, встановлені на кожній пневмомагістралі низького тиску, і зворотні клапани, встановлені на кожній пневмомагістралі високого тиску, яка відрізняється тим, що вона споряджена перепускною магістраллю для кожного паливного бака, на котрій встановлені нерегульований дросель і два фільтри тонкої очистки, розташовані на вході і виході дроселя, при цьому один кінець кожної перепускної магістралі сполучений з пневмомагістраллю низького тиску на вході у редуктор, а другий кінець сполучений з пневмомагістраллю високого тиску на ділянці між виходом з бортового компресора і зворотними клапанами. 2 UA 84457 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3