Спосіб заправлення ракети-носія гелієм

Реферат: Спосіб заправлення ракети-носія гелієм, ґрунтується на заправленні наземних ресиверів гелієм до робочого тиску перед пуском ракети-носія і подаванні гелію з них для заповнення бортових балонів ракети-носія з його охолодженням, фільтрацією і нагріванням, причому після заповнення наземних ресиверів спочатку виконують трикратне заповнення бортових балонів гелієм до проміжного тиску з наступним його дренуванням для очищення внутрішніх поверхонь бортових балонів, а потім їх заповнення до робочого тиску. Трикратне заповнення бортових балонів гелієм виконують від автономного наземного ресивера, заповненого до проміжного тиску. UA 90138 U (12) UA 90138 U UA 90138 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до ракетно-космічної галузі, а саме - до способів підготовки ракет-носіїв (РН) до пуску на стартовому комплексі (СК) і може використовуватися для заправлення РН газоподібним гелієм. Відомим є спосіб заправлення ракети-носія гелієм, що ґрунтується на нагріванні газоподібного гелію з наступним заповненням балонів PН гелієм. Наземний ресивер з'єднується з балонами за допомогою загальної комунікації (див. патент ЕР 0 436 084А1, МПК F17С 13/02, Е25В 9/00, 41/04). Недоліком відомого способу заправлення гелію є його низькі експлуатаційні характеристики 3 через значну кількість шкідливих домішок (концентрація домішок - 3-7 мг/м ) у гелію, котрий подається на РН, що може призвести до засмічення бортових пневмокомунікацій і палива у баку і, як наслідок, до погіршення роботи рушійної установки. Відомим також є спосіб заправлення ракети-носія гелієм за патентом РФ № 2.282.116, МПК F25B 3/00, 2006 р., де здійснюється охолодження гелію у кріостаті до температури виморожування шкідливих домішок з наступним його нагріванням. Недоліком відомого способу заправлення гелію є відсутність засобів для зберігання запасів газоподібного гелію, а також арматури для регулювання його тиску і витрачання. Найближчим до запропонованого по технічному рішенню є вибраний як прототип спосіб заправлення РН гелієм, який описаний у патенті РФ № 2.267.023, МПК F02K 9/44, F17C 5/04, 2004 р. Вказаний спосіб ґрунтується на заправленні наземних ресиверів гелієм до робочого тиску перед пуском ракети-носія і подаванні гелію з них для заповнення бортових балонів ракети-носія з його охолодженням, фільтрацією і нагріванням, причому після заповнення наземних ресиверів спочатку виконують трикратне заповнення бортових балонів гелієм до проміжного тиску з наступним його дренуванням для очищення внутрішніх поверхонь бортових балонів, а потім їх заповнення до робочого тиску. Недоліком відомого способу заправлення гелію є його невисокі експлуатаційні характеристики, такі як: - значна вартість наземних ресиверів з тиском 40 МПа, які використовують для заповнення бортових балонів як до робочого тиску 22 МПа, так і проміжного тиску 4 МПа; - значні трати гелію під час його дренування як після трикратного заповнення бортових балонів, так і у випадку відміни пуску. В основу корисної моделі поставлена - задача створення удосконаленого способу заправлення PН гелієм, який би забезпечував підвищення його експлуатаційних характеристик шляхом уведення в нього нових операцій, таких як: - трикратне заповнення бортових балонів гелієм виконують від автономного наземного ресивера, заповненого до проміжного тиску, що дозволяє використовувати наземний ресивер з меншим тиском гелію (15 МПа) і вартість якого менше у 2,3 рази у порівнянні з ресиверами з тиском гелію 40 МПа; - дренування гелію з бортових балонів здійснюють у додатковий наземний ресивер шляхом вирівнювання тиску у бортових балонах і секціях додаткового наземного ресивера, а після пуску ракети-носія гелій з додаткового наземного ресивера подають у компресор для подальшого заповнення наземних ресиверів і додаткового наземного ресивера, що дозволяє· при разових невеликих витратах на додаткове обладнання (додатковий ресивер, трубопроводи, арматура) економити велику кількість коштовного гелію на кожному пуску. Поставлена задача вирішується таким чином, що у запропонованому способі заправлення ракети-носія гелієм, який ґрунтується на заправленні наземних ресиверів гелієм до робочого тиску перед пуском ракети-носія і подаванні гелію з них для заповнення бортових балонів ракети-носія з його охолодженням, фільтрацією і нагріванням, причому після заповнення наземних ресиверів спочатку виконують трикратне заповнення боргових балонів гелієм до проміжного тиску з наступним його дренуванням для очищення внутрішніх поверхонь бортових балонів, а потім їх заповнення до робочого тиску, в ньому трикратне заповнення бортових балонів гелієм виконують від автономного наземного ресивера, заповненого до проміжного тиску. Дренування гелію з бортових балонів здійснюють у додатковий наземний ресивер шляхом вирівнювання тиску у бортових балонах і секціях додаткового наземного ресивера, а після пуску ракети-носія гелій з додаткового наземного ресивера подають у компресор для подальшого заповнення наземних ресиверів і додаткового наземного ресивера. Для пояснення способу заправлення додаються креслення, на яких схематично зображений пристрій, у якому втілюється даний спосіб, та його детальний опис. На кресленнях зображено: - на фіг. 1 схема системи газопостачання газоподібного гелію; - на фіг. 2 - графік зміни тиску гелію у бортових балонах в залежності від часу; - на фіг. 3 - графік залежності ваги гелію (G) у ресивері об'ємом 400 л від тиску (Р). 1 UA 90138 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 На фіг. 2 по осі абсцис відкладається час τ у хвилинах. Пристрій для заправлення гелієм бортових балонів 1 ракети-носія 2, встановленої на пусковій установці (ПУ) 3, містить джерело гелію у вигляді автономного наземного ресивера 4 і наземного ресивера 5, з'єднаних через вентилі 6 і 7, редуктори 8 і дроселі 9 з кріостатами 10, зв'язаними через електронагрівачі 11, електропневмоклапани (ЕПК) 12 і зворотні клапани 13 з трубопроводом 14 подавання гелію у бортові балони 1 (фуг. 1). Трубопровід 14 також через електропневмоклапан 15 і запірні вентилі 16 з'єднаний з трьома секціями додаткового наземного ресивера 17. Кожна секція ресивера 17 через запірні вентилі 18 зв'язана з компресором 19, котрий через запірні вентилі 20 з'єднаний з ресиверами 4 і 5, а через запірний вентиль 21 - з ресивером 22 газоподібного азоту, котрий через запірний вентиль 23, редуктор 24, дросель 25, електронагрівач 26 і запірні вентилі 27 з'єднаний з кріостатами 10. Трубопровід 36 подавання гелію у компресор 19 через запірний вентиль 28 зв'язаний з заправною колонкою 29, а трубопроводи подавання гелію з ресиверів 4 і 5 з'єднані між собою після дроселів 9 через запірний вентиль 30. Крім того, пристрій містить ємність 31 з рідким азотом, з'єднану через два вентилі 32 з відповідними кріостатами 10, а також трубопроводи подавання: рідкого азоту 33, газоподібного гелію 34 і газоподібного азоту 35. Процес заправлення PН гелієм на СК здійснюється наступним чином. Пристрій приводять у готовність до початку роботи наступним чином: - до заправної колонки 29 приєднують мобільний агрегат з гелієвими балонами за допомогою трубопроводу 34, відкривають запірний вентиль 28, вмикають компресор 19, відкривають запірні вентилі 20 і заповнюють автономний наземний ресивер 4 до проміжного тиску 15 MПа, а наземний ресивер 5 - до робочого тиску 40 МПа; - від'єднують мобільний агрегат з гелієвими балонами від заправної колонки 29 і з'єднують останню з трубопроводом 35 подавання газоподібного азоту від системи азотопостачання стартового комплексу, відкривають запірні вентилі 28 і 21, вмикають компресор 19 і заповнюють ресивер 22 до тиску 40 МПа; - заповнюють ємність 31 рідким азотом від системи азотопостачання по трубопроводу 33, потім відкривають запірні вентилі 32 і заповнюють самопливом кріостати 10 рідким азотом до потрібного рівня. РН 2 встановлюють на ПУ 3 за допомогою установника за патентом України № 82106u, МПК B64G 5/00, F41F 3/00, 2012 р. Після отримання команди про початок роботи щодо заправлення бортових балонів 1 РН 2 відкривають запірний вентиль 6 автономного наземного ресивера 4 і через редуктор 8, відрегульований на тиск 4 МПа, дросель 9, відрегульований на потрібне витрачання гелію і запірний вентиль 7 подають гелій у кріостат 10, в якому гелій охолоджують до температури виморожування часток, фільтрують і подають у електронагрівач 11, де нагрівають до необхідної температури і через ЕПК 12 і зворотній клапан 13 по трубопроводу 14 подають у бортові балони 1. Після заповнення бортових балонів 1 до проміжного тиску 4 МПа (фіг. 2) закривають ЕПК 12, відкривають ЕПК 15 і запірний вентиль 16 першої (лівої) секції додаткового наземного ресивера 17, при цьому кінцевий тиск у боргових балонах 1 і у першій секції вирівнюється і становиться рівним 1 МПа. Далі закривають ЕПК 15, запірний вентиль 16 першої секції і відкривають ЕПК 12, для другого заповнення бортових балонів 1 до тиску 4 МПа (фіг. 2), після чого закривають ЕПК 12, відкривають ЕПК 15 і запірний вентиль 16 другої (середньої) секції ресивера 17 для вирівнювання тиску у бортових балонах 1 і у другій секції до 1 МПа. Закривають ЕПК 15 і запірний вентиль 16 другої секції і відкривають EПК 12 для третього заповнення бортових балонів 1 до тиску 4 МПа (фіг. 2), після чого знову закривають ЕПК 12, відкривають ЕПК 15 і запірний вентиль 16 третьої (правої) секції ресивера 17 для вирівнювання тиску у бортових балонах 1 і у третій секції до 1 МПа. Закривають ЕПК 15, запірний вентиль 16 третьої секції ресивера 17 і запірний вентиль 6 ресивера автономного наземного 4. Відкривають запірний вентиль 6 наземного ресивера 5, запірний вентиль 30 і через редуктор 8, відрегульований на тиск 22 МПа, дросель 9, відрегульований на необхідне витрачання гелію, подають останній через запірний вентиль 7, кріостат 10, електронагрівач 11, де гелій нагрівають до необхідної температури, ЕПК 12 і зворотний клапан 13 по трубопроводу 14 у боргові балони 1, заповнюючи їх до робочого тиску 22 МПа (фіг. 2), після чого закривають ЕПК 12. Після пуску РН 2 пристрій приводять у вихідний стан. При цьому відкривають запірні вентилі 18 трьох секцій ресивера 17, вмикають компресор 19 і через відкритий запірний вентиль 20 заповнюють автономний наземний ресивер 4 до початкового тиску 15 МПа. 2 UA 90138 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Якщо пуск не відбувся, закривають ЕПК 12 і відкривають запірні вентилі 16 і 18 трьох секцій ресивера 17, вмикають компресор 19 і через відкритий запірний вентиль 20 заповнюють наземний ресивер 5 до початкового тиску 40 МПа, вимикають компресор 19 і відстиковують трубопровід 14 від пневмоколодки РН 2, тобто гелій з боргових балонів 1 направляють у наземний ресивер 5, а тиск у бортових балонах знижується з 22 МПа (фіг. 2). Пристрій містить два кріостати: робочий (верхній) і резервний (нижній). Резервний кріостат вмикають, коли газодинамічний опір робочого кріостату підвищується більше 0,5 МПа через засмічення фільтруючих елементів фільтра кріостату вимороженими частками шкідливих домішок. При цьому закривають запірний вентиль 7 кріостату, що працював, і відкривають запірний вентиль 7 резервного кріостату. Регенерацію кріостату виконують шляхом подавання в нього газоподібного азоту з ресивера 22 через запірний вентиль 23, редуктор 24, відрегульований на необхідний тиск, дросель 25, відрегульований на необхідне витрачання, електронагрівач 26, в якому температуру азоту доводять до 100 °C, і запірний вентиль 27. Наведемо приклад для заправлення у бортові балони 80 кг гелію. Вага гелію (G) у бортових балонах 1 при робочому, проміжному і кінцевому тисках визначається за формулою: Ρ·Vб=G·R·Тб. Вага гелію при проміжному тиску (4 МПа) складає 14,5 кг, а вага гелію при кінцевому тиску (1 МПа) - 3,6 кг. Таким чином, втрати гелію за цикл його дренування з бортових балонів складає 14,5-3,6=10,9 кг. Тому втрати гелію при одному пуску, який не відбувся, складають 10,9·3+80+3,6=116,3 кг. Під час проведення операцій по заповненню бортових балонів з кожного балона наземного ресивера при зниженні тиску з 40 МПа до 24 МПа можна видати різницю ΔG1=7,7 кг гелію (фіг. 3), тому наземний ресивер повинен мати 116,3/7,7=15 балонів. Якщо заповнення бортових балонів до тиску 4 МПа виконувати з автономного наземного ресивера, у балонах якого тиск складає 15 МПа, то з кожного балона наземного ресивера можна видати різницю ΔG2=8,4 кг гелію (фіг. 3), тому для трикратного заповнення боргових балонів до 4 МПа з наступним дренуванням до 1 МПа потрібно (10,9·3+3,6)/8,4=4 балони ресивера, а для заповнення бортових балонів до 22 МПа з наземного ресивера з тиском у його балонах 40 МПа необхідно (80-3,6)/7,7=10 балонів ресивера, тобто загальна кількість балонів у ресиверах з тиском 40 МПа на 5 одиниць менше. При подаванні гелію з одного наземного ресивера збільшується кількість гелію для початкового його заповнення. Так, для заповнення 15 балонів до тиску 40 МПа за графіком на фіг. 3 необхідно 22·15=330 кг гелію, а 10 балонів до тиску 40 МПа і 4 балонів до тиску 15 МПа необхідно 22·10+9·4=256 кг гелію, тобто на 74 кг менше (на 22 %). Ємність з рідким азотом наведена у патенті України № 82657u, МПК B64G 5/00, F17C 6/00, 2013 р. Запропонований спосіб може застосовуватися на СК за патентом РФ № 2.328.417, МПК B64G 5/00, 2006 р. Таким чипом, запропонований спосіб дозволяє виключити невиробничі витрати за рахунок оптимізації технології заправлення і знизити витрати як на створення пристрою для заправлення гелію, так і на його експлуатацію. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Спосіб заправлення ракети-носія гелієм, що ґрунтується на заправленні наземних ресиверів гелієм до робочого тиску перед пуском ракети-носія і подаванні гелію з них для заповнення бортових балонів ракети-носія з його охолодженням, фільтрацією і нагріванням, причому після заповнення наземних ресиверів спочатку виконують трикратне заповнення бортових балонів гелієм до проміжного тиску з наступним його дренуванням для очищення внутрішніх поверхонь бортових балонів, а потім їх заповнення до робочого тиску, який відрізняється тим, що трикратне заповнення бортових балонів гелієм виконують від автономного наземного ресивера, заповненого до проміжного тиску. 2. Спосіб заправлення ракети-носія гелієм за п. 1, який відрізняється тим, що дренування гелію з бортових балонів здійснюють у додатковий наземний ресивер шляхом вирівнювання тиску у бортових балонах і секціях додаткового наземного ресивера, а після пуску ракети-носія гелій з додаткового наземного ресивера подають у компресор для подальшого заповнення наземних ресиверів і додаткового наземного ресивера. 3 UA 90138 U 4 UA 90138 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко 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