Пристрій для заправлення бака космічного апарата паливом

Реферат: Пристрій для заправлення бака космічного апарата паливом містить вакуумний бак, бак для зберігання палива, котрий виконаний у вигляді циліндричного корпусу і внутрішній об'єм котрого розділений проміжним елементом на газову порожнину, сполучену з джерелом стисненого газу, і рідинну порожнину, сполучену з баком космічного апарата, сильфон, з'єднувальні трубопроводи і арматуру. Проміжний елемент виконаний у вигляді поршня, а сильфон розміщений співвісно у газовій порожнині, змонтований на поршні і суміжному торці корпуса бака і утворює дві герметичні порожнини, сполучені з джерелом стисненого газу, при цьому герметична порожнина між сильфоном і корпусом бака сполучена з вакуумним баком. UA 85922 U (12) UA 85922 U UA 85922 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до ракетно-космічної галузі, а саме - до наземного обладнання, і може використовуватися для заправлення космічних апаратів (КА) висококиплячими компонентами палива. Відомим є пристрій для заправлення бака космічного апарата паливом, що містить бак для зберігання палива, котрий виконаний у вигляді сферичного корпусу і внутрішній об'єм котрого розділений проміжним елементом на газову порожнину, сполучену з джерелом стисненого газу, і рідинну порожнину, сполучену з баком космічного апарата, компенсатор з сильфоном, з'єднувальні трубопроводи і арматуру (див. патент РФ № 2.265.131, МПК F02K 9/50, B64G 1/40, 2003 р.). В рідинній порожнині знаходиться гідразин, в газовій порожнині - азот, а як проміжний елемент - гнучка мембрана. Під тиском азоту мембрана прогинається і витісняє гідразин у бак КА. Цей пристрій застосовується для заправлення бака КА, що знаходиться на орбіті, за допомогою транспортного КА. Але мембрана має малу довговічність, тобто вона має обмежену здатність переміщення з одного крайнього положення в інше. Це викликано наступним. Гідразин - це агресивна речовина і в ньому можуть працювати тільки обмежена кількість матеріалів, а саме алюмінієві сплави і нержавіючі сталі. Це особливо критично для такого напруженого елемента конструкції як мембрана, робочий хід якої у сотні разів перевищує її товщину, котра, у свою чергу, не може бути більше кількох десятих часток міліметра. Інакше мембрана втрачає свою гнучкість і здатність переміщуватися на задану величину. Звичайно мембрани розраховуються на один цикл переміщення, тобто на витиснення за один раз усієї кількості гідразину у бак КА. Під час перерви у заправленні або при необхідності повторного заправлення на наземній заправній станції різко зростає риск розгерметизації мембрани або навіть її руйнування у результаті періодичних змін температури навколишнього середовища, отже, і температури палива, що викликає зменшення або збільшення його об'єму. А це призводить до періодичних переміщень мембрани, хоч і на невелику величину, але котра досить суттєво впливає на її міцність у бік послаблення. Вплив температури значно зменшує компенсатор з металевим сильфоном як проміжного елемента, працездатність якого у сотні разів вище, ніж у мембрани (до 1.000 циклів розтягування-стискання практично на усю його довжину). Жорсткість сильфону у кілька разів менше жорсткості мембрани, тому він вбирає у себе надлишковий об'єм палива із бака для зберігання палива під час підвищення температури або видає об'єм палива, якого бракує, у цей бак під час зниження температури. При цьому мембрана практично не переміщується під час зміни температури і її міцність не зменшується. Мембрана виконується за патентом РФ № 2.274.587, МПК B64G 1/40, B64G 5/00, B64D 37/30, 2004 р. Недоліком цього пристрою є його низькі експлуатаційні характеристики, такі як: - низька надійність мембрани через малу її товщина, оскільки у матеріалі мембрани можуть бути дефекти, які утворюються або під час прокатування металевого листа, з котрого виготовляють мембрану, або під час виготовлення самої мембрани. Ці дефекти можуть бути непоміченими у процесі виготовлення і випробування мембрани і можуть виникнути у процесі експлуатації, наприклад у результаті трясіння під час транспортування; - низька безпека для обслуговуючого персоналу і навколишнього середовища, тому що не забезпечується видалення залишків палива з трубопроводів після заправлення бака КА. Найближчим до запропонованого по технічному рішенню є вибраний як прототип пристрій для заправлення бака космічного апарата паливом, який описаний у патенті РФ № 2.155.705, МПК B64G 5/00, 1995 р. Цей пристрій містить вакуумний бак, бак для зберігання палива, котрий виконаний у вигляді циліндричного корпусу і внутрішній об'єм котрого сполучений з джерелом стисненого газу і з баком космічного апарата, з'єднувальні трубопроводи і арматуру. Для проведення заправлення стиснений газ надходить у циліндричний корпус під тиском до 7 2 кгс/см і витісняє паливо у бак КА. Після заправлення підключають вакуумний бак, в якому знаходиться інертний газ (азот, гелій) з абсолютним тиском не більше 0,5 мм рт. ст. Залишки палива і його пара, що знаходяться у трубопроводах, збираються у вакуумному баку, а потім вони подаються на нейтралізацію. Недоліком цього пристрою є його невисокі експлуатаційні характеристики, такі як: - недостатня безпека для обслуговуючого персоналу і навколишнього середовища, тому що пара палива може потрапляти у повітря крізь сварні шви циліндричного корпусу; - погіршання якості палива через наявність безпосереднього контакту з паливом. Перед запуском КА тиск у баку значно зростає, що призводить до збільшення кількості стисненого газу, розчиненого у паливі. В наслідок чого активні молекули палива заміщуються енергетично інертними молекулами (або атомами) стисненого газу, що знижує енергетичні характеристики палива. 1 UA 85922 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 В основу корисної моделі поставлена задача створення удосконаленого пристрою для заправлення бака космічного апарата паливом, який би дозволяв підвищити його експлуатаційні характеристики шляхом уведення в нього нових операцій, таких як: - проміжний елемент виконується у вигляді поршня, що дозволяє забезпечити багаторазове використання пристрою для заправлення різних КА; - сильфон розміщується співвісно у газовій порожнині, монтується на поршні і суміжному торці корпуса бака і утворює дві герметичні порожнини, сполучені з джерелом стисненого газу, при цьому герметична порожнина між сильфоном і корпусом бака сполучається з вакуумним баком, що дозволяє локалізувати можливу негерметичність між поршнем і циліндричним корпусом; - бак для зберігання палива споряджається зовнішнім кожухом, котрий утворює з його корпусом герметичну порожнину, сполучену з вакуумним баком і джерелом стисненого газу, що дозволяє запобігти потраплянню палива у атмосферу крізь зварні шви; - бак для зберігання палива споряджається додатковим сильфоном, змонтованим коаксільно всередині сильфона з утворенням герметичної порожнини між сильфоном і додатковим сильфоном, при цьому вказана порожнина сполучається з вакуумним баком і джерелом стисненого газу, що дозволяє підвищити безпеку робіт шляхом подвійної локалізації можливої негерметичності між поршнем і циліндричним корпусом. Поставлена задача вирішується таким чином, що у запропонованому пристрої для заправлення бака космічного апарата паливом, що містить вакуумний бак, бак для зберігання палива, котрий виконаний у вигляді циліндричного корпусу і внутрішній об'єм котрого розділений проміжним елементом на газову порожнину, сполучену з джерелом стисненого газу, і рідинну порожнину, сполучену з баком космічного апарата, сильфон, з'єднувальні трубопроводи і арматуру, в ньому проміжний елемент виконаний у вигляді поршня, а сильфон розміщений співвісно у газовій порожнині, змонтований на поршні і суміжному торці корпуса бака і утворює дві герметичні порожнини, сполучені з джерелом стисненого газу, при цьому герметична порожнина між сильфоном і корпусом бака сполучена з вакуумним баком. Бак для зберігання палива споряджений зовнішнім кожухом, котрий утворює з його корпусом герметичну порожнину, сполучену з вакуумним баком і джерелом стисненого газу. Бак для зберігання палива споряджений додатковим сильфоном, змонтованим коаксільно всередині сильфона з утворенням герметичної порожнини між сильфоном і додатковим сильфоном, при цьому вказана порожнина сполучена з вакуумним баком і джерелом стисненого газу. Для пояснення конструкції пристрою і його роботи додаються креслення та його детальний опис. Запропонований пристрій складається з бака для зберігання палива, вакуумного бака 1 і заправного трубопроводу 2. Бак для зберігання палива має циліндричний корпус 3, поршень 4 з ущільненням 5, сильфон 6, додатковий сильфон 7, зовнішній кожух 8, кришку 9 і на ньому змонтовані вентилі 10-17. На вакуумному баку 1 змонтовані вентилі 18-23, штуцер 24 і вакуумметр 25. Бак для зберігання палива має наступні герметичні порожнини: порожнина А між сильфоном 6 і циліндричним корпусом З, порожнина Б - між сильфоном 6 і додатковим сильфоном 7, порожнина В - між циліндричним корпусом 3 і зовнішнім кожухом 8, Г - газова порожнина і Д - рідинна порожнина. Робота запропонованого пристрою здійснюється наступним чином. Для заправлення бака КА (який на кресленнях не зображений) відкривають вентиль 13 на заправному трубопроводі 2 і вентиль 10 для подачі азоту у порожнину Г від джерела стисненого 2 газу (яке на кресленнях не зображено). Азот під тиском 5-7 кгс/см переміщує поршень 4 вниз і витискає паливо з порожнини Д циліндричного корпусу 3 у бак КА. У процесі заправлення у 2 порожнини А, Б, В подають азот з тиском 1-2 кгс/см через відповідні вентилі 11, 10, 17 і видаляють пару палива через вентилі 12, 16, 18, 14, 22 у вакуумний бак 1, а далі - через вентиль 19 в систему нейтралізації (яка на кресленнях не зображена). Після заправлення вентиль 13 закривають і через вентиль 20 видаляють пару палива з заправного трубопроводу 2. Вентиль 21 і штуцер 24 забезпечують зв'язок вакуумного бака 1 з вакуумним насосом (який на кресленнях не зображений). Для продування вакуумного бака 2 азотом використовують вентиль 23. Пристрій забезпечує зливання палива з бака КА у циліндричний корпус 3 через заправний трубопровід 2. Під час заправлення (зливання) КА його обслуговування здійснюють за допомогою патенту України № 98189, МПК B66F 3/00, 2010 р. Бак КА виконують за патентом РФ № 2.109.975, МПК F02K 9/44, 1996 р. Після заправлення КА запускають на задану орбіту за допомогою: розгінного блока за патентом України № 79139 u, МПК B64G 1/00, F42B 15/00, 2012 р. та ракети-носія за патентом 2 UA 85922 U РФ № 2.149.125, МПК B64G 1/00, 1/14, 1/40, 1999 р. Після заправлення залишки компонентів палива утилізують за патентом України № 50207 u, МПК С06В 47/00, С06В 21/00, 2009 р. Таким чином, запропонований пристрій, який має просту і надійну конструкцію, забезпечує безпечне багаторазове заправлення баків космічних апаратів, а також транспортування палива. 5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 1. Пристрій для заправлення бака космічного апарата паливом, що містить вакуумний бак, бак для зберігання палива, котрий виконаний у вигляді циліндричного корпусу і внутрішній об'єм котрого розділений проміжним елементом на газову порожнину, сполучену з джерелом стисненого газу, і рідинну порожнину, сполучену з баком космічного апарата, сильфон, з'єднувальні трубопроводи і арматуру, який відрізняється тим, що проміжний елемент виконаний у вигляді поршня, а сильфон розміщений співвісно у газовій порожнині, змонтований на поршні і суміжному торці корпуса бака і утворює дві герметичні порожнини, сполучені з джерелом стисненого газу, при цьому герметична порожнина між сильфоном і корпусом бака сполучена з вакуумним баком. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що бак для зберігання палива споряджений зовнішнім кожухом, котрий утворює з його корпусом герметичну порожнину, сполучену з вакуумним баком і джерелом стисненого газу. 3. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що бак для зберігання палива споряджений додатковим сильфоном, змонтованим коаксільно всередині сильфона з утворенням герметичної порожнини між сильфоном і додатковим сильфоном, при цьому вказана порожнина сполучена з вакуумним баком і джерелом стисненого газу. 3 UA 85922 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 4