СИСТЕМА НАДДУВА ТОПЛИВНЫХ БАКОВ ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ КОСМИЧЕСКОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 1998 года по МПК F02K9/44 

Изобретение относится к космической технике, а также к области проектирования и эксплуатации реактивных двигательных установок (РДУ) космических летательных аппаратов (КЛА).

Системы наддува топливных баков двигательной установки (ДУ) КЛА используются в современных РДУ/КЛА, применяемых для создания импульсов тяги, необходимых как для перемещения центра масс КЛА (коррекция траектории движения, торможение КЛА для обеспечения его схода с орбиты), так и для создания управляющих моментов относительно его центра масс (ориентация, развороты и т.д.). Импульсы тяги для различных режимов управления аппаратом в пространстве создаются с помощью имеющихся на борту реактивных двигателей (РД), величины тяг которых в зависимости от их назначения изменяются в широких пределах (от нескольких сотен кГс до единиц и менее кГс). Работа указанных двигателей с заданными параметрами обеспечивается системами наддува топливных баков и подачи топлива к входам двигателей.

Известны системы наддува топливных баков горючего и окислителя двигательной установки космического летательного аппарата (см., например, Мелькумов Т. М. и др. Ракетные двигатели. - М.: Машиностроение, 1976). Системы наддува содержат баллоны высокого давления, заполненные газом, например азотом, которые служат для обеспечения выдавливания топлива из топливных баков и подачи его к реактивным двигателям двигательной установки. Баллоны высокого давления связаны с полостями наддува топливных баков посредством магистралей низкого давления, содержащих отсечные клапаны, газовые редукторы и обратные клапаны. Запас газа наддува в баллонах высокого давления в таких системах рассчитан на одноразовое полное выдавливание топлива из топливных баков. Повторной заправки в космосе топливных баков горючим и окислителем здесь обеспечить невозможно из-за отсутствия источника перекачки газа из полостей наддува обратно в полости баллонов высокого давления, т.е. нет возможности привести систему в исходное состояние для повторной дозаправки топливом двигательной установки в условиях космического полета, например, от космического заправщика.

Недостатками таких систем является малая живучесть системы, низкая надежность и невозможность многоразового использования системы наддува для дозаправки топливом топливных баков в условиях космического полета.

Известна также система наддува топливных баков ДУ КЛА (см., например, патент Великобритании, N 2051246, кл. F 04 F 1/06, F 02 K 9/50, 1981), содержащая герметичный контейнер с размещенным в нем бортовым компрессором, связанным пневмомагистралями низкого давления с газовыми полостями соответствующих топливных баков, и блок управления электропневмоклапанами.

В таких системах наличие в составе ДУ собственного бортового компрессора позволяет производить перекачку газа из полостей наддува топливных баков в баллоны системы наддува перед каждой дозаправкой топливных баков от космического заправщика, таким образом приводя в исходное состояние систему наддува газовых полостей топливных баков. Здесь для обеспечения работоспособности компрессора в условиях невесомости и вакуума предусмотрен герметичный газонаполненный контейнер, в котором установлен компрессор. Компрессор, работающий на Земле, в условиях космоса неработоспособен без поддержания постоянного заданного давления газа, например, азота в контейнере, которое обеспечивается за счет введения в состав контейнера специальных баллонов для подпитки контейнера газом, но это отрицательно сказывается на массе и усложняет конструкцию компрессорного агрегата и системы в целом, а также не обеспечивается надежное поддержание давления в контейнере на заданном уровне.

Задачей настоящего изобретения является создание системы наддува топливных баков ДУ КЛА, отвечающей требованиям снижения массы и упрощения конструкции при одновременном повышении надежности работы компрессора в условиях космического вакуума.

Сущность изобретения заключается в том, что в системе наддува топливных баков ДУ КЛА, содержащей герметичный газонаполненный контейнер с размещенным в нем бортовым компрессором, связанным пневмомагистралями низкого давления с газовыми полостями соответствующих топливных баков, и блок управления электропневмоклапанами, одна из пневмомагистралей через последовательно установленные фильтр, электропневмоклапан, газовый редуктор и сигнализатор давления сообщена дополнительной магистралью непосредственно с объемом контейнера, причем электропневмоклапан электрически связан через блок управления электропневмоклапанами с сигнализатором давления.

Технический результат заключается в том, что по сравнению с известными техническими решениями вновь созданная система наддува топливных баков ДУ КЛА обеспечивает не только высокую надежность работы компрессора, но и снижение массы и упрощение конструкции компрессорного агрегата.

Введение в состав системы наддува топливных баков ДУ КЛА дополнительной магистрали, сообщающей одну из пневмомагистралей через последовательно установленные фильтр, электропневмоклапан, газовый редуктор и сигнализатор давления непосредственно с объемом контейнера, обеспечивает постоянное поддержание заданного и необходимого для работы компрессора давления, например, 0,65 кГс/см², в объеме контейнера.

Техническое решение в части введения в состав системы наддува топливных баков ДУ КЛА дополнительной магистрали, сообщающей одну из пневмомагистралей через последовательно установленные фильтр, электропневмоклапан, газовый редуктор и сигнализатор давления непосредственно с объемом контейнера с размещенным в нем компрессором, а также электрическая связь через блок автоматики и управления пневмоэлектроклапана с сигнализатором давления и взаимная конструктивная связь всех составных элементов устройства системы обеспечивает снижение массы и упрощение конструкции с одновременным повышением надежности, что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения.

Использование предлагаемой системы наддува топливных баков ДУ КЛА, например, на космическом орбитальном комплексе типа "Мир" - "Союз-ТМ" - "Прогресс" - "Шатлл" позволит дать значительный экономический эффект за счет снижения массы и упрощения конструкции с одновременным повышением надежности при эксплуатации данной системы.

Суть изобретения поясняется чертежом.

Предлагаемая система наддува топливных баков ДУ КЛА состоит из следующих основных узлов, деталей и агрегатов: герметичного газонаполненного контейнера 1 с размещенным в нем бортовым компрессором 2, связанным пневмомагистралями низкого давления 3, 4 с газовыми полостями 5, 6 соответствующих топливных баков 7, 8, и блока управления электропневмоклапанами 9. Пневмомагистраль низкого давления 3 через последовательно установленные фильтр 10, электропневмоклапан 11, газовый редуктор 12 и сигнализатор давления 13 сообщена дополнительной магистралью 14 непосредственно с объемом 15 контейнера 1. Электропневмоклапан 11 электрически связан через блок управления электропневмоклапанами 9 с сигнализатором давления 13.

Работает система наддува топливных баков ДУ КЛА в режиме перекачки газа, например, газообразного азота из газовых полостей 5, 6 топливных баков горючего 7 и окислителя 8 в баллоны высокого давления 16, 17 следующим образом.

Перед включением компрессора 2 в работу открывают все отсечные клапаны 18 и после пуска компрессора 2 производят откачку газа из газовых полостей 5, 6 топливных баков 7, 8 и закачку его с высоким давлением через пневмомагистрали высокого давления 19, 20 в соответствующие газовые баллоны 16, 17, затем закрывают отсечные клапаны 18. Таким образом система наддува приводится в исходное рабочее состояние, готовое к заправке баков 7, 8 горючим и окислителем от космического заправщика. Из баков 7, 8 топливо подается к реактивным двигателям 21.

В случае падения давления ниже заданного в объеме 15 контейнера 1, например, за счет появления микротечей в корпусе контейнера 1 срабатывает сигнализатор давления 13, выход которого через блок управления электропневмоклапанами 9 электрически связан с электропневмоклапаном 11, при этом электропневмоклапан открывается по команде от блока управления электропневмоклапанами 9, и происходит подпитка контейнера газом из пневмомагистрали 3 до заданного давления, после чего электропневмоклапан 11 закрывается по команде от блока управления электропневмоклапанами 9. Таким образом, не имея специальных баллонов для подпитки и поддержания заданного давления, в контейнере обеспечивается гарантированное заданное давление газа в объеме контейнера от уже существующих пневмомагистралей низкого давления и надежная работа бортового компрессора в процессе эксплуатации ДУ КЛА в условиях космического вакуума на орбите Земли, что обеспечивает выполнение поставленной задачи.

Система наддува топливных баков двигательной установки космического летательного аппарата предназначена для проектирования и эксплуатации реактивных двигательных установок космических летательных аппаратов. Система наддува топливных баков двигательной установки содержит блок управления электропневмоклапанами 9, герметичный газонаполненный контейнер 1 с размещенным в нем бортовым компрессором 2. Он связан пневмомагистралями низкого давления 3, 4 с газовыми полостями 5, 6 соответствующих топливных баков 7, 8. В системе наддува на одной из магистралей 14 последовательно установлены фильтр 10, электропневмоклапан 11, газовый редуктор 12 и сигнализатор давления 13. Причем эта магистраль сообщена дополнительной магистралью непосредственно с объемом контейнера. Электропневмоклапан электрически связан через блок управления электропневмоклапанами с сигнализатором давления. Предлагаемое техническое решение позволяет снизить массу и упростить конструкцию компрессорного агрегата при одновременном повышении надежности при эксплуатации компрессора и системы наддува в целом в условиях космического орбитального полета. 1 ил.

Система наддува топливных баков двигательной установки космического летательного аппарата, содержащая пневмомагистрали, связанные с газовыми полостями соответствующих топливных баков, и клапаны, установленные на пневмомагистралях, отличающаяся тем, что содержит герметичный газонаполненный контейнер с размещенным в нем бортовым компрессором, фильтр, электропневмоклапан, газовый редуктор, сигнализатор давления, блок управления электропневмоклапанами, а также дополнительную магистраль, причем фильтр, электропневмоклапан, газовый редуктор, сигнализатор давления установлены последовательно и сообщены через дополнительную магистраль с объемом контейнера, причем электропневмоклапан электрически связан через блок управления электропневмоклапанами с сигнализатором давления.