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, розміщений у газонаповненому контейнері і зв'язаний пневмомагістралями високого і низького тиску відповідно з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків, газові редуктори, фільтри, електропневмоклапани та блок керування електропневмоклапанами. Вона споряджена додатковою магістраллю, котра з'єднує магістраль низького тиску після клапана з внутрішнім об'ємом газонаповненого контейнера і на котрій послідовно встановлені додатковий фільтр, додатковий електропневмоклапан, додатковий газовий редуктор і сигналізатор тиску, при цьому додатковий електропневмоклапан електрично зв'язаний через блок керування електропневмоклапанами з сигналізатором тиску. UA 86747 U (12) UA 86747 U UA 86747 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 патент РФ №2.140.003, МПК F02K 9/50, B64D 37/00, 1997 р.). Запас газу наддування (азоту), що знаходиться у балонах таких систем під високим тиском, 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, розміщений у газонаповненому контейнері і зв'язаний пневмомагістралями високого і низького тиску відповідно з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків, газові редуктори, фільтри, електропневмоклапани та блок керування електропневмоклапанами. Бортовий компресор, що знаходиться у складі КА, дозволяє виконувати відкачування газу з порожнин наддування паливних баків у балони системи наддування перед дозаправленням паливних баків КА від космічного заправника. У результаті цього забезпечується приведення системи наддування у вихідний стан. Для забезпечення працездатності бортового компресора в умовах невагомості і вакууму передбачається герметичний газонаповнений контейнер, в який встановлюється бортовий компресор. Бортовий компресор, котрий працює на Землі, в умовах космосу непрацездатний без підтримання постійного заданого тиску газу у контейнері, яке забезпечується за рахунок введення у склад контейнера спеціальних балонів для живлення контейнера газом. Недоліком цієї системи є її невисокі експлуатаційні характеристики, такі як: - значне збільшення маси системи; - складність конструкції бортового компресора; - недостатня надійність підтримання тиску у контейнері на заданому рівні. 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 додаткової магістралі, котра з'єднує магістраль низького тиску після клапана з внутрішнім об'ємом газонаповненого контейнера і на котрій послідовно встановлюються додатковий фільтр, додатковий електропневмоклапан, додатковий газовий редуктор і сигналізатор тиску, при цьому додатковий електропневмоклапан електрично зв'язується через блок керування електропневмоклапанами з сигналізатором тиску, що дозволяє підтримувати працездатність бортового компресора простими засобами в умовах космосу. Поставлена задача вирішується таким чином, що запропонована система наддування паливних баків КА містить пневмомагістралі, зв'язані з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків, клапани, встановлені на пневмомагістралях, бортовий компресор, розміщений у газонаповненому контейнері і зв'язаний пневмомагістралями високого і низького тиску відповідно з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків, газові редуктори, фільтри, електропневмоклапани та блок керування електропневмоклапанами, вона споряджена додатковою магістраллю, котра з'єднує магістраль низького тиску після клапана з внутрішнім об'ємом газонаповненого контейнера і на котрій послідовно встановлені додатковий 1 UA 86747 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 фільтр, додатковий електропневмоклапан, додатковий газовий редуктор і сигналізатор тиску, при цьому додатковий електропневмоклапан електрично зв'язаний через блок керування електропневмоклапанами з сигналізатором тиску. Для пояснення конструкції системи і її роботи додаються креслення та її детальний опис. Запропонована система складається з газонаповненого контейнера 1 з розміщеним в ньому бортовим компресором 2, зв'язаним з пневмомагістралями 3, 4 низького тиску з газовими порожнинами 5, 6 відповідних паливних баків 7, 8, та блока 9 керування електропневмоклапанами. Пневмомагістраль 3 низького тиску через послідовно встановлені додатковий фільтр 10, додатковий електропневмоклапан 11, додатковий газовий редуктор 12 і сигналізатор 13 тиску сполучена додатковою магістраллю 14 з об'ємом 15 контейнера 1. Електропневмоклапан 11 електрично зв'язаний через блок 9 керування електропневмоклапанами з сигналізатором 13 тиску. Бортовий компресор 2 зв'язаний з балонами 16, 17 наддування за допомогою відповідних пневмомагістралей 18, 19 високого тиску. На пневмомагістралях 3, 4 низького і 18, 19 високого тиску встановлюються клапани 20. Балони 16, 17 наддування зв'язані з паливними баками 7, 8 за допомогою відповідних магістралей 21, 22 з фільтрами 23, електропневмоклапанами 24, газовими редукторами 25 і зворотними клапанами 26. Паливні баки 7, 8 зв'язані з реактивними двигунами 27 за допомогою витратних магістралей 28 з електропневмоклапанами 29. Робота запропонованої системи здійснюється наступним чином. Перед включенням бортового компресора 2 у роботу відкривають усі клапани 20 і після пуску бортового компресора 2 виконують відкачування газу з газових порожнин 5, 6 паливних баків 7, 8 і закачування його з високим тиском через пневмомагістралі 18, 19 високого тиску у відповідні балони 16, 17 наддування, потім закривають клапани 20. У результаті цього систему приводять у вихідне положення для подальшого заправлення паливних баків 7, 8 пальним і окислювачем від космічного заправника. Після заправлення відкривають електропневмоклапани 24, 29 і по магістралях 21, 22 газ подають у паливні баки 7, 8, а з них - у РД 27 по витратних магістралях 28. У випадку падіння тиску нижче заданого у об'ємі 15 контейнера 1 за рахунок появлення мікротечій у його корпусі, спрацьовує сигналізатор 13 тиску, вихід котрого через блок 9 керування електропневмоклапанами електрично зв'язаний з електропневмоклапаном 11, при цьому він відкривається за командою від блока 9 керування електропневмоклапанами і відбувається живлення контейнера 1 газом з пневмомагістралі 3 низького тиску до заданого тиску, після чого електропневмоклапан 11 закривається за командою від блока 9 керування електропневмоклапанами. В об'ємі контейнера 1 підтримують постійний тиск величиною 0,65 кгс/см , необхідний для роботи бортового компресора 2. Схема бортового компресора наведена у патенті РФ № 2.136.936, МПК F02K 9/44, 1998 р. КА виводиться на орбіту за допомогою розгінного блока за патентом України № 79139u, МПК B64G 1/00, F42B 15/00, 2012 р. Космічний заправник виконується за патентом РФ № 2.309.092, МПК B64G 1/40, B64G 1/64, B64G 1/22, 2006 р., а компонування паливних баків на ньому - за патентом РФ № 2.266.242, МПК B64G 1/40, B64G 9/00, 2004 р. Таким чином, запропонована система, яка має просту і надійну конструкцію, забезпечує розширення її функціональних можливостей. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 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, розміщений у газонаповненому контейнері і зв'язаний пневмомагістралями високого і низького тиску відповідно з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків, газові редуктори, фільтри, електропневмоклапани та блок керування електропневмоклапанами, яка відрізняється тим, що вона споряджена додатковою магістраллю, котра з'єднує магістраль низького тиску після клапана з внутрішнім об'ємом газонаповненого контейнера і на котрій послідовно встановлені додатковий фільтр, додатковий електропневмоклапан, додатковий газовий редуктор і сигналізатор тиску, при цьому додатковий електропневмоклапан електрично зв'язаний через блок керування електропневмоклапанами з сигналізатором тиску. 2 UA 86747 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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