Система наддування паливних баків космічного орбітального комплексу

Реферат: Система наддування паливних баків космічного орбітального комплексу містить підсистему космічного апарата з бортовим компресором і підсистему космічного заправника, котрі включають пневмомагістралі, зв'язані з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків, електропневмоклапани, встановлені на пневмомагістралях, пневмомагістралі високого і низького тиску для з'єднання бортового компресора 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, та стикувальну плату з гідравлічним рознімом для з'єднання заправних магістралей паливних баків вказаних підсистем. Система споряджена додатковими пневмомагістралями високого і низького тиску з додатковими електропневмоклапанами для з'єднання балонів наддування і газових порожнин паливних баків та двома пневматичними рознімами, змонтованими на стикувальній платі, при цьому у підсистемі космічного апарата додаткова пневмомагістраль низького тиску приєднана до входу у бортовий компресор, а додаткова пневмомагістраль високого тиску приєднана до виходу з бортового компресора, причому у підсистемі космічного заправника додаткові пневмомагістралі низького тиску з'єднані з додатковою пневмомагістраллю низького тиску через перший пневматичний рознім і підключені до пневмомагістралей на ділянках між зворотними клапанами і паливними баками, а додаткові пневмомагістралі високого тиску з'єднані з додатковою пневмомагістраллю високого тиску через другий пневматичний рознім і підключені до пневмомагістралей на ділянках між балонами наддування і електропневмоклапанами. UA 89984 U (12) UA 89984 U UA 89984 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) та космічних заправників (КЗ) і може використовуватися для наддування їх паливних баків на орбіті. Система наддування паливних баків КА і КЗ використовується для створення імпульсів тяги, які необхідні як для переміщення їх центру мас (корекція траєкторії руху, гальмування для забезпечення їх сходу з орбіти), так і для створення керуючих моментів відносно їх центрів мас (орієнтація, розвертання). Імпульси тяги для різних режимів керування КА або КЗ 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. КА і КЗ створюють на орбіті космічний орбітальний комплекс (КОК). Відомою є система наддування паливних баків КА, що містить пневмомагістралі, зв'язані з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків, клапани (електропневмоклапани), 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 газових порожнин навпаки у порожнини балонів надування 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 КОК, яка описана у патенті України № 84457 и, МПК B64G 1/00, F02K 9/44, 2013 р. Ця система містить підсистему космічного апарата з бортовим компресором і підсистему космічного заправника, котрі включають пневмомагістралі, зв'язані з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків, електропневмоклапани, встановлені на пневмомагістралях, пневмомагістралі високого і низького тиску для з'єднання бортового компресора 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, та стикувальну плату з гідравлічним рознімом для з'єднання заправних магістралей паливних баків вказаних підсистем. Коли КЗ стикується на орбіті до плати КА спочатку бортовий компресор КА перекачує газ із газових порожнин паливних баків КА у балони наддування КА, а потім паливо перекачують з паливних баків КЗ у паливні баки КА по заправних магістралях через гідравлічний рознім. Потім КЗ відділяється від КА і за допомогою РД і залишків палива сходить з орбіти, а КА продовжує працювати на орбіті за допомогою своїх РД. Космічні заправники через жорсткі обмеження щодо маси і габаритів бортових систем мають порівняно невеликий запас палива і газу наддування, причому їх схема і конструкція не передбачають можливість їх дозаправлення на орбіті. КА, який має значні габарити і масу, не має таких жорстких обмежень щодо енергетики і допускає наявність бортового компресора, що дозволяє здійснювати багаторазові дозаправлення від КЗ і, таким чином, забезпечити значний ресурс роботи КА. Недоліком цієї системи є її невисокі експлуатаційні характеристики, такі як низькі живучість і надійність КЗ у випадку непередбаченого програмою польоту зайвого витрачання палива під час нерозрахункових ситуаціях на орбіті. В основу корисної моделі поставлена задача створення удосконаленої системи наддування паливних баків КОК, яка б дозволяла підвищити її експлуатаційні характеристики шляхом уведення в неї нових операцій, таких як: наявність додаткових пневмомагістралей високого і низького тиску з додатковими електропневмоклапанами для з'єднання балонів наддування і газових порожнин паливних баків та двох пневматичних рознімів, змонтованих на стикувальній платі, при цьому у підсистемі космічного апарата додаткова пневмомагістраль низького тиску приєднується до входу у бортовий компресор, а додаткова пневмомагістраль високого тиску приєднується до виходу з бортового компресора, причому у підсистемі космічного заправника додаткові пневмомагістралі низького тиску з'єднується з додатковою пневмомагістраллю низького тиску через перший 1 UA 89984 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 пневматичний рознім і підключається до пневмомагістралей на ділянках між зворотними клапанами і паливними баками, а додаткові пневмомагістралі високого тиску з'єднуються з додатковою пневмомагістраллю високого тиску через другий пневматичний рознім і підключаються до пневмомагістралей на ділянках між балонами наддування і електропневмоклапанами, що дозволяє дозаправляти КЗ паливом і газом за допомогою бортового компресора КА у випадку нерозрахункових ситуацій і забезпечити повернення КЗ на Землю. Поставлена задача вирішується таким чином, що запропонована система наддування паливних баків космічного орбітального комплексу, що містить підсистему космічного апарата з бортовим компресором і підсистему космічного заправника, котрі включають пневмомагістралі, зв'язані з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків, електропневмоклапани, встановлені на пневмомагістралях, пневмомагістралі високого і низького тиску для з'єднання бортового компресора 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, та стикувальну плату з гідравлічним рознімом для з'єднання заправних магістралей паливних баків вказаних підсистем, вона споряджена додатковими пневмомагістралями високого і низького тиску з додатковими електропневмоклапанами для з'єднання балонів наддування і газових порожнин паливних баків та двома пневматичними рознімами, змонтованими на стикувальній платі. При цьому у підсистемі космічного апарата додаткова пневмомагістраль низького тиску приєднана до входу у бортовий компресор, а додаткова пневмомагістраль високого тиску приєднана до виходу з бортового компресора. Причому у підсистемі космічного заправника додаткові пневмомагістралі низького тиску з'єднані з додатковою пневмомагістраллю низького тиску через перший пневматичний рознім і підключені до пневмомагістралей на ділянках між зворотними клапанами і паливними баками, а додаткові пневмомагістралі високого тиску з'єднані з додатковою пневмомагістраллю високого тиску через другий пневматичний рознім і підключені до пневмомагістралей на ділянках між балонами наддування і електропневмоклапанами. Для пояснення конструкції системи і її роботи додаються креслення та її детальний опис. На кресленнях зображено: на Фіг. 1 - загальний вигляд космічного орбітального комплексу; на Фіг. 2 - автономна підсистема космічного апарата; на Фіг. 3 - автономна підсистема космічного заправника. Запропонована система складається з автономної підсистеми КЗ 1 і автономної підсистеми КА 2 (Фіг. 1), котрі містять відповідно паливні баки 3, 4 і 5, 6, газові порожнини 7, 8 і 9, 10, з'єднані пневмомагістралями 11, 12 і 13, 14 із зворотними клапанами 15, 16 і 17, 18, газовими редукторами 19, 20 і 21, 22 та електропневмоклапанами 23, 24 і 25, 26 з балонами наддування 27, 28 і 29, 30 (Фіг. 2, 3). У підсистемі КА 2 встановлений бортовий компресор 31. КЗ 1 і КА 2 мають відповідно вузли стикування 32, 33, котрі утворюють стикувальну плату. Система має також додаткові пневмомагістралі 34, 35, 36 високого тиску і додаткові пневмомагістралі 37, 38, 39 низького тиску з додатковими електропневмоклапанами 40, 41, 42, 43, 44, 45 відповідно. Вузли стикування 32, 33 мають два пневматичних розніми 46, 47. У підсистемі КА 2 додаткова пневмомагістраль 39 низького тиску приєднана до входу 48 у бортовий компресор 31, а додаткова пневмомагістраль 36 високого тиску приєднана до виходу 49 з бортового компресора 31. У підсистемі КЗ 1 додаткові пневмомагістралі 37, 38 низького тиску з'єднані через перший пневматичний рознім 47 зі входом 48 у бортовий компресор 31 підсистеми КА 2 і підключені до пневмомагістралей 11,12 на ділянках 50, 51 між зворотними клапанами 15, 16 і паливними баками 3, 4, а додаткові пневмомагістралі 34, 35 високого тиску з'єднані через другий пневматичний рознім 46 з виходом 49 з бортового компресора 31 підсистеми КА 2 і підключені до пневмомагістралей 11, 12 на ділянках 52, 53 між балонами наддування 27, 28 і електропневмоклапанами 23, 24. Вузли стикування мають також гідравлічний рознім 54, котрий з'єднує заправні магістралі 55, 56, 57, 58, на яких встановлені електропневмоклапани 59, 60, 61, 62. На КЗ 1 встановлені РД 63, а на КА 2 - РД 64. Робота запропонованої системи у режимі перекачування газу і дозаправлення паливом підсистеми КЗ 1 від підсистеми КА 2 здійснюється наступним чином. Після того, як КЗ 1 підстикувався до КА 2 (Фіг. 1) за допомогою вузлів стикування 32, 33 відкривають усі електропневмоклапани 40, 41, 42, 43, 44, 45 і 59, 60, 61, 62 і за допомогою бортового компресора 31 виконують відкачування газу з газових порожнин 7, 8 паливних баків 3, 4 і закачування його з високим тиском у відповідні балони наддування 27, 28, розташовані на 2 UA 89984 U 5 10 КЗ 1. Потім закривають додаткові електропневмоклапани 40, 41, 42, 43, 44, 45, виконують дозаправлення паливом паливних баків 3, 4, розташованих на КЗ 1, від відповідних паливних баків 5, 6, розташованих на КА 1, і закривають електропневмоклапани 59, 60, 61, 62. В результаті цього забезпечується подальша робота РД 63 на КЗ 1 для повернення КЗ на Землю або корегування положення КОК за допомогою РД 63 на КЗ. Як космічний апарат може використовуватися орбітальна станція, а як космічний заправник транспортний корабель. КА може виготовлятися за патентом РФ № 2.478.537, МПК B64G 5/00, B64G 7/00, 2011 р. Паливний бак може виконуватися за патентом РФ № 2.158.699, МПК B64D 37/10, F02K 9/50, 1999 р., а схема розміщення РД наведена у патенті РФ № 2.177.070, МПК F02K 9/50, 2000 р. Таким чином, запропонована система, яка має просту і надійну конструкцію, забезпечує розширення її функціональних можливостей. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 30 35 Система наддування паливних баків космічного орбітального комплексу, що містить підсистему космічного апарата з бортовим компресором і підсистему космічного заправника, котрі включають пневмомагістралі, зв'язані з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків, електропневмоклапани, встановлені на пневмомагістралях, пневмомагістралі високого і низького тиску для з'єднання бортового компресора 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, та стикувальну плату з гідравлічним рознімом для з'єднання заправних магістралей паливних баків вказаних підсистем, яка відрізняється тим, що вона споряджена додатковими пневмомагістралями високого і низького тиску з додатковими електропневмоклапанами для з'єднання балонів наддування і газових порожнин паливних баків та двома пневматичними рознімами, змонтованими на стикувальній платі, при цьому у підсистемі космічного апарата додаткова пневмомагістраль низького тиску приєднана до входу у бортовий компресор, а додаткова пневмомагістраль високого тиску приєднана до виходу з бортового компресора, причому у підсистемі космічного заправника додаткові пневмомагістралі низького тиску з'єднані з додатковою пневмомагістраллю низького тиску через перший пневматичний рознім і підключені до пневмомагістралей на ділянках між зворотними клапанами і паливними баками, а додаткові пневмомагістралі високого тиску з'єднані з додатковою пневмомагістраллю високого тиску через другий пневматичний рознім і підключені до пневмомагістралей на ділянках між балонами наддування і електропневмоклапанами. 3 UA 89984 U 4 UA 89984 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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 5