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, та бортовий компресор з корпусом, розміщений у корпусі газонаповненого контейнера і зв'язаний пневмомагістралями високого і низького тиску відповідно з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків. Газонаповнений контейнер споряджений зовнішньою теплопровідною оболонкою з ребрами, порожнина між корпусом газонаповненого контейнера і зовнішньою теплопровідною оболонкою заповнена тепломістким матеріалом, наприклад парафіном, і сполучена з компенсатором, розміщеним у корпусі газонаповненого контейнера, а корпус контейнера з'єднаний з корпусом компресора за допомогою перфорованої мембрани, виконаної з теплопровідного матеріалу. UA 87107 U (12) UA 87107 U UA 87107 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 патенті РФ № 2.119.082, МПК F02K9/44, 1996 р. Ця система містить пневмомагістралі, зв'язані з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків, клапани, встановлені на пневмомагістралях, та бортовий компресор з корпусом, розміщений у корпусі газонаповненого контейнера і зв'язаний пневмомагістралями високого і низького тиску відповідно з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків. Вказана система забезпечує перекачування газу з газових порожнин баків і назад у порожнини балонів високого тиску за рахунок наявності бортового компресора і, таким чином, приводить у вихідний стан систему наддування для повторного дозаправлення баків пальним і окислювачем в умовах космічного польоту, наприклад від космічного заправника. Але бортовий компресор під час роботи схильний до перегрівання через відсутність ефективного відведення і скидання тепла. Недоліком цієї системи є її невисокі експлуатаційні характеристики, такі як низькі живучість і надійність через відсутність ефективного охолодження бортового компресора у процесі його роботи. 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: газонаповнений контейнер споряджається зовнішньою теплопровідною оболонкою з ребрами, порожнина між корпусом газонаповненого контейнера і зовнішньою теплопровідною оболонкою заповнюється тепломістким матеріалом, наприклад парафіном, і сполучається з компенсатором, розміщеним у корпусі газонаповненого контейнера, а корпус контейнера з'єднується з корпусом компресора за допомогою перфорованої мембрани, виконаної з теплопровідного матеріалу, що дозволяє ефективно відводити тепло від бортового компресора і підтримувати необхідний рівень температури у газонаповненому контейнері. Поставлена задача вирішується таким чином, що у запропонованій системі наддування паливних баків КА, що містить пневмомагістралі, зв'язані з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків, клапани, встановлені на пневмомагістралях, та бортовий компресор з корпусом, розміщений у корпусі газонаповненого контейнера і зв'язаний пневмомагістралями високого і низького тиску відповідно з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків, в ній газонаповнений контейнер споряджений зовнішньою теплопровідною оболонкою з ребрами, порожнина між корпусом газонаповненого контейнера і зовнішньою теплопровідною оболонкою заповнена тепломістким матеріалом, наприклад парафіном, і сполучена з компенсатором, розміщеним у корпусі газонаповненого контейнера, а корпус контейнера з'єднаний з корпусом компресора за допомогою перфорованої мембрани, виконаної з теплопровідного матеріалу. Для пояснення конструкції системи і її роботи додаються креслення та її детальний опис. 1 UA 87107 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Запропонована система складається з газонаповненого контейнера 1 з розміщеним в ньому бортовим компресором 2, зв'язаним пневмомагістралями 3, 4 високого тиску з балонами 5, 6 наддування і пневмомагістралями 7, 8 низького тиску з газовими порожнинами 9, 10 відповідних паливних баків пального і окислювача 11, 12, і клапанів 13, встановлених на пневмомагістралях 3, 4, 7, 8. Газонаповнений контейнер 1 споряджений зовнішньою теплопровідною оболонкою 14 з ребрами, а порожнина 15 між корпусом 16 контейнера 1 і оболонкою 14 заповнена тепломісткім матеріалом 17, наприклад парафіном, і сполучена з компенсатором 18, розміщеним у газонаповненому контейнері 1. Корпус 16 газонаповненого контейнера 1 з'єднаний з корпусом 19 бортового компресора 2 за допомогою перфорованої мембрани 20, виконаної з теплопровідного матеріалу, наприклад з алюмінієвого сплаву АМГ-6. Паливні баки 11, 12 з'єднані з балонами 5, 6 наддування за допомогою пневмомагістралей 21, 22, кожна з яких має послідовно встановлені електропневмоклапан 23 (24), газовий редуктор 25 (26) і зворотний клапан 27 (28). У газонаповненому контейнері 1, на виході оболонки 29 компресора 2 встановлені вентилятори 30. Перфорована мембрана 20 ділить об'єм бортового компресора 2 на дві порожнини 31 і 32. Система має також реактивні двигуни 33 і резервний бортовий компресор 34. Робота запропонованої системи здійснюється наступним чином. Перед включенням бортового компресора 2 у роботу відкривають усі відсічні клапани 13 і після пуску бортового компресора 2 виконують відкачування газу з газових порожнин 9, 10 паливних баків 11, 12 і закачування його з високим тиском через пневмомагістралі 3, 4 високого тиску у відповідні газові балони 5, 6, потім закривають відсічні клапани 13. Таким чином, систему наддування приводять у вихідний робочий стан, готовий до заправлення паливних баків 11, 12 від космічного заправника. Витискання і подавання палива до реактивних двигунів 33 з баків 11, 12 виконують шляхом подавання газу (азоту) з балонів 5, 6 наддування у газові порожнини 9, 10 по пневмомагістралях 21, 22. Під час роботи бортового компресора 2 у внутрішньому об'ємі газонаповненого контейнера 1 здійснюється циркуляція газу за допомогою вентиляторів 30. Циркуляція газу здійснюється по замкнутому контуру: з порожнини 31 газ переміщується за допомогою вентиляторів 30 через оболонку 29 бортового компресора 2 у порожнину 32. З порожнини 32 через отвори у перфорованій мембрані 20 газ подають знову у порожнину 31 і т.д. Під час проходження через оболонку 29 бортового компресора 2 газ нагрівається, знімає тепло з бортового компресора 2 і, циркулюючи з порожнини 32 у порожнину 31, контактує з корпусом 16 газонаповненого контейнера 1, передаючи тепло через корпус 16 до парафіну 17, що знаходиться у порожнині 15, при цьому парафін, акумулюючи тепло, плавиться і частково перетікає у компенсатор 18, виконаний у вигляді сильфону. Крім того, тепло від корпусу 19 бортового компресора 2 передається корпусу 16 контейнера 1 за допомогою теплопровідної перфорованої мембрани 20. Від парафіну 17 тепло скидається через ребра зовнішньої оболонки 14 шляхом випромінювання. Через те, що бортовий компресор 2 працює тільки у період перекачування газу з газових порожнин 9, 10 паливних баків 11, 12 у балони 5, 6 наддування, то після його зупинки парафін 17 охолоджується і повертається у вихідний твердий стан. На випадок виходу з ладу бортового компресора 2 передбачають резервний бортовий компресор 34, який встановлений у контейнері 1 паралельно бортовому компресору 2. Резервний бортовий компресор може виконуватися за патентом РФ №2.159.348, МПК F02 K 9/50, 1999 р. КА виготовляється за патентом РФ № 2.459.749, МПК B64G 1/42, B64G 7/00, 2010 р. Таким чином, запропонована система, яка має просту і надійну конструкцію, забезпечує розширення її функціональних можливостей. 50 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 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, та бортовий компресор з корпусом, розміщений у корпусі газонаповненого контейнера і зв'язаний пневмомагістралями високого і низького тиску відповідно з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків, яка відрізняється тим, що газонаповнений контейнер споряджений зовнішньою теплопровідною оболонкою з ребрами, порожнина між корпусом газонаповненого контейнера і зовнішньою теплопровідною оболонкою заповнена тепломістким матеріалом, наприклад парафіном, і сполучена з компенсатором, 2 UA 87107 U розміщеним у корпусі газонаповненого контейнера, а корпус контейнера з'єднаний з корпусом компресора за допомогою перфорованої мембрани, виконаної з теплопровідного матеріалу. Комп’ютерна верстка С. Чулій 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