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, електропневмоклапани, 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, зворотні клапани, встановлені на кожній пневмомагістралі високого тиску, сигналізатор тиску та блок керування електропневмоклапанами. Вона споряджена додатковим бортовим компресором, вхід котрого підключений до пневмомагістралі низького тиску після газового редуктора, а вихід додаткового бортового компресора підключений до пневмомагістралі високого тиску, причому безпосередньо на виході з кожного бортового компресора послідовно встановлені сигналізатор високого тиску і допоміжний зворотний клапан, а на пневмомагістралях низького тиску після газових редукторів встановлений сигналізатор низького тиску, при цьому вказані сигналізатори тиску електрично зв'язані з блоком керування електропневмоклапанами. UA 91195 U (12) UA 91195 U UA 91195 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, 1981р. Ця система містить пневмомагістралі, зв'язані з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків, електропневмоклапани, 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, зворотні клапани, встановлені на кожній пневмомагістралі високого тиску, сигналізатор тиску та блок керування електропневмоклапанами. Наявність бортового компресора дозволяє у процесі космічного польоту приводити систему у вихідний стан, тобто перекачувати газ з газових порожнин паливних баків у балони наддування, створюючи в них тиск газу, котрий дорівнює вихідному під час заправлення на Землі, при цьому забезпечується можливість для дозаправлення паливних баків в умовах космічного польоту від космічного заправника. Недоліком цієї системи є її невисокі експлуатаційні характеристики, такі як низькі живучість і надійність під час аварійного виходу з ладу бортового компресора. 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 додаткового бортового компресора, вхід котрого підключається до пневмомагістралі низького тиску після газового редуктора, а вихід додаткового бортового компресора підключається до пневмомагістралі високого тиску, причому безпосередньо на виході з кожного бортового компресора послідовно встановлюються сигналізатор високого тиску і допоміжний зворотний клапан, а на пневмомагістралях низького тиску після газових редукторів встановлюється сигналізатор низького тиску, при цьому вказані сигналізатори тиску електрично зв'язуються з блоком керування електропневмоклапанами, що дозволяє забезпечити високу надійність роботи системи 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, електропневмоклапани, 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, зворотні клапани, встановлені на кожній пневмомагістралі високого тиску, сигналізатор тиску та блок керування електропневмоклапанами, вона споряджена додатковим бортовим компресором, вхід котрого підключений до пневмомагістралі низького тиску після газового редуктора, а вихід додаткового бортового компресора підключений до пневмомагістралі високого тиску, причому 1 UA 91195 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 безпосередньо на виході з кожного бортового компресора послідовно встановлені сигналізатор високого тиску і допоміжний зворотний клапан, а на пневмомагістралях низького тиску після газових редукторів встановлений сигналізатор низького тиску, при цьому вказані сигналізатори тиску електрично зв'язані з блоком керування електропневмоклапанами. Для пояснення конструкції системи і її роботи додаються креслення та її детальний опис. Запропонована система складається з бортового компресора 1, зв'язаного пневмомагістралями 2, 3 високого тиску і пневмомагістралями 4, 5 низького тиску відповідно з балонами наддування 6, 7 і газовими порожнинами 8, 9 паливних баків 10, 11 пального і окислювача, газових редукторів 12, 13, встановлених у кожній пневмомагістралі 4, 5 низького тиску, допоміжних зворотних клапанів 14, 15, встановлених у кожній пневмомагістралі 2, 3 високого тиску. Додатковий бортовий компресор 20 має вхід 21, підключений до пневмомагістралей 4, 5 низького тиску після газових редукторів 12, 13. Безпосередньо на виході 22 з додаткового бортового компресора 20 і на виході 23 з бортового компресора 1 послідовно встановлені відповідно сигналізатор 24, 25 високого тиску і допоміжний зворотний клапан 14, 15. На пневмомагістралях 4, 5 низького тиску після газових редукторів 12, 13 встановлений сигналізатор 26 низького тиску. Сигналізатори 24, 25, 26 тиску електрично зв'язані з блоком 27 керування електропневмоклапанами. Система також має ракетні двигуни 28 з пневмомагістралями 29, 30, на кожній з яких послідовно встановлені електропневмоулапана 31, 32, газові редуктори 33, 34 і зворотні клапани 35, 36. Робота запропонованої системи здійснюється наступним чином. Перед включенням бортового компресора 1 у роботу відкривають електропневмоклапани 16, 17, 18 19 і після пуску бортового компресора 1 виконують відкачування газу з газових порожнин 8, 9 паливних баків 10, 11 і закачування його з високим тиском через пневмомагістралі 2, 3 високого тиску у відповідні газові балони 6, 7 наддування. Потім закривають електропневмоклапани 16, 17, 18, 19, 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 РД 28. Подавання палива до РД 28 з паливних баків 10, 11 виконують за допомогою подавання газу з балонів 6, 7 наддування у газові порожнини 8, 9 по пневмомагістралях 29, 30, кожна з яких містить встановлені електропневмоклапани 31, 32, газові редуктори 33, 34 і зворотні клапани 35, 36. Якщо бортовий компресор 1 під час перекачування газу вийде з ладу, тобто припиняється подавання газу у пневмомагістралі 2, 3 високого тиску, по сигналах від сигналізаторів високого 25 і низького 26 тиску блок 27 керування електропневмоклапанами відключає подавання електроенергії на двигун бортового компресора 1 і вмикає в роботу додатковий бортовий компресор 20, котрий продовжує перекачування газу у балони 6, 7 наддування до заданого тиску у них. Встановлення допоміжних зворотних клапанів 14, 15 безпосередньо на виході 22, 23 з компресорів 1, 20 дозволяє виключити закидання газу у додатковий бортовий компресор 20 під час роботи бортового компресора 1 і навпаки, а встановлення сигналізаторів 24, 25 високого тиску безпосередньо на виході 22, 23 компресорів 1, 20 до допоміжних зворотних клапанів 14, 15 забезпечує фіксований тиск безпосередньо на виході з компресора, а не тиск у балонах 6, 7 наддування, що дозволяє миттєво відслідковувати припинення роботи бортового компресора 1 при його виході з ладу. Встановлення сигналізатора 26 низького тиску після газових редукторів 12, 13 забезпечує фіксування мінімально допустимого тиску на вході в компресор 1, 20. Формування керуючих сигналів на реактивні двигуни для забезпечення орієнтації КА у просторі здійснюється за патентом України №89451С2, МПК B64G 1/26, 2008р., а РД виконуються за патентом США №5.027.597, клас 60.243, 1991р. Конструкцію КА випробують на міцність за патентом РФ №2.249.803, МПК G01M 7/00, 2003р. Випробування на герметичність паливних баків виконують за патентом РФ №2.240.523, МПК G01М 3/00, F02K 9/50, 2003р. Космічний заправник може виконуватися у вигляді транспортного корабля за патентом РФ №2.131.989, МПК F02K 9/50, 1997р. Таким чином, запропонована система, яка має просту і надійну конструкцію, забезпечує розширення її функціональних можливостей. 2 UA 91195 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 Система наддування паливних баків космічного апарата, що містить пневмомагістралі, зв'язані з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків, електропневмоклапани, 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, зворотні клапани, встановлені на кожній пневмомагістралі високого тиску, сигналізатор тиску та блок керування електропневмоклапанами, яка відрізняється тим, що вона споряджена додатковим бортовим компресором, вхід котрого підключений до пневмомагістралі низького тиску після газового редуктора, а вихід додаткового бортового компресора підключений до пневмомагістралі високого тиску, причому безпосередньо на виході з кожного бортового компресора послідовно встановлені сигналізатор високого тиску і допоміжний зворотний клапан, а на пневмомагістралях низького тиску після газових редукторів встановлений сигналізатор низького тиску, при цьому вказані сигналізатори тиску електрично зв'язані з блоком керування електропневмоклапанами. 3 UA 91195 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова 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