СИСТЕМА ПОДАЧИ ТОПЛИВА ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 1999 года по МПК B64G1/12 B64G1/22 B64G1/40 B64D37/30 

Система подачи топлива двигательной установки (ДУ) предназначена преимущественно для многоразовых космических аппаратов (КА), использующих отработанные баки ДУ по другому функциональному назначению, например для аэродинамического торможения в атмосфере или в качестве посадочных опор.

Характерная особенность применения отработанных топливных баков по другому функциональному назначению - необходимость их значительного перемещения относительно двигателей.

Известна конструкция системы подачи топлива, позволяющая перемещать баки относительно двигателей, выполненная в виде разъемных гидравлических соединений на расходных топливных магистралях. Примером таких гидросоединений является конструкция гидравлических разъемов расходных топливных магистралей двигателей, установленных на орбитальном корабле "Спейс Шаттл", со сбрасываемым топливным кислородно-водородным баком (Гэтланд К. Космическая техника. М. : Мир, 1986). Разъемные соединения на расходных топливных магистралях сложны и громоздки.

Однако применение таких соединений представляется неизбежным при повороте топливных баков в устройстве по патенту США N 3105658, кл. 244-1, выбранному за прототип предлагаемого изобретения. Патентом защищено устройство по использованию отработанных топливных баков для управления скоростью и положением космического корабля. Устройство включает систему подачи топлива ДУ, содержащую топливные баки, расходные топливные магистрали с отсечными клапанами, шарнирные узлы крепления баков с полыми осями поворота, кольцевую раму крепления баков, приводы поворота. Шарнирные узлы крепления размещены в носовой части баков. После выработки топлива перед входом космического корабля в атмосферу баки отделяются от двигателей и системой приводов и тяг поворачиваются на этих шарнирах навстречу набегающему потоку, обеспечивая управление и торможение космического корабля.

К недостаткам этой конструкции следует отнести снижение надежности и возрастание веса, связанные со сложностью и громоздкостью кольцевой рамы крепления механизма поворота баков и разъемных гидравлических соединений на расходных топливных магистралях каждого бака.

Задачей данного изобретения является повышение надежности и снижение массы конструкции при использовании баков после выработки топлива в качестве элементов управления и торможения космического корабля. Достигается поставленная задача тем, что в системе подачи топлива ДУ, содержащей топливные баки, расходные топливные магистрали с отсеченными клапанами, с полыми осями поворота, кольцевую раму крепления баков, приводы поворота, шарнирные узлы крепления баков размещены в их хвостовой части, на раме крепления баков жестко установлен кольцевой коллектор питания двигателей, концентрично которому расположены полые оси поворота шарнирных узлов крепления баков, при этом внешние поверхности свободных концов полых осей выполнены с возможностью вращения во внутренних поверхностях кольцевого коллектора питания двигателей, а полости осей поворота сообщены с топливными расходными магистралями.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
1 - топливные баки;
2 - расходные топливные магистрали;
3 - отсечные клапаны;
4 - силовые корсеты;
5 - полые оси поворота;
6 - кольцевой коллектор;
7 - кольцевая рама крепления баков;
8 - силовые узлы;
9 - уплотнение;
10 - подшипники скольжения;
11 - приводы;
12 - пазы силовой рамы;
13 - цапфы.

Фиг. 1 - общий вид системы подачи топлива ДУ;
фиг. 2 - разрез А-А с развернутым положением топливного бака;
фиг. 3 - схема функционирования многоразовой космической системы с применением предлагаемого изобретения.

В схеме приняты следующие условные обозначения:
ТКС - транспортная космическая система;
РН - ракета-носитель;
ОК - орбитальный корабль.

Система подачи топлива ДУ включает топливные баки 1, расходные топливные магистрали 2 для питания двигателей, отсечные клапаны 3, обеспечивающие подачу или отсечку топлива, силовые корсеты 4, соединяющие топливные баки 1 с полыми осями поворота 5 шарнирных узлов крепления баков. Баки 1 объединены кольцевым коллектором питания двигателей 6, закрепленном на кольцевой раме крепления баков 7 силовыми узлами 8. Герметичность соединения осей поворота 5 с коллектором 6 обеспечивается уплотнениями 9. Поворот осей 5 в коллекторе 6 осуществляется на подшипниках скольжения 10 приводами 11. Приводы 11 через пазы 12 силовой рамы 7 подсоединяются к цапфам 13 осей 5.

Функционирование системы подачи топлива начинается с открытия клапанов 3. Топливо через расходные магистрали 2 и внутренние полости осей 5 поступает в кольцевой коллектор питания двигателей 6.

После выработки топлива из баков 1 и выключения двигателей клапаны 3 закрываются. Баки 1 приводами 11 путем вращения полых осей поворота 5 переводятся в нижнее положение (фиг. 2), обеспечивающее выполнение ими дополнительных функций по торможению КА или его посадке.

Положительным эффектом прелагаемого изобретения является повышение надежности и снижение массы конструкции исключением сложного и громоздкого механизма крепления поворота баков навстречу набегающему потоку и гидравлических разъемных соединений на расходных топливных магистралях.

В предлагаемой конструкции поворот баков осуществляется по направлению набегающего потока до упора в силовую раму КА компактным электромеханическим приводом, например, рулевой машиной. Подача топлива через шарнирный узел крепления баков обеспечивает многократный поворот баков без необходимости отстыковки от них расходных топливных магистралей.

Наиболее целесообразным представляется использование данного изобретения в ТКС с одноступенчатой многоразовой РН (фиг. 3), где разворот отработанных баков обеспечивает стабилизацию РН при прохождении атмосферы и мягкую посадку на эти баки.

Изобретение относится к космической технике и предназначено преимущественно для многоразовых космических аппаратов с двигательными установками, топливные баки которых используются по иному, помимо основного назначения, в частности - для торможения аппаратов при полете в атмосфере. Согласно изобретению система подачи топлива снабжена кольцевым коллектором, закрепленным на раме крепления баков, полые оси шарнирных узлов крепления поворотных баков расположены концентрично коллектору и выполнены со свободными концами, имеющими возможность вращения во внутренних поверхностях данного коллектора питания двигателей, при этом указанные шарнирные узлы крепления размещены в хвостовой части баков, а полости осей поворота, баков сообщены с топливными расходными магистралями, снабженными отсечными клапанами. Изобретение позволяет повысить надежность и снизить массу конструкции системы при использовании баков, после выработки топлива, в качестве средств аэродинамического торможения космического аппарата. 3 ил.

Система подачи топлива двигательной установки, содержащая топливные баки, расходные топливные магистрали с отсечными клапанами, шарнирные узлы крепления баков с полыми осями поворота, кольцевую раму крепления баков, приводы поворота, отличающаяся тем, что шарнирные узлы крепления баков размещены в их хвостовой части, на раме крепления баков жестко установлен кольцевой коллектор питания двигателей, концентрично которому расположены полые оси поворота шарнирных узлов крепления баков, при этом внешние поверхности свободных концов полых осей выполнены с возможностью вращения во внутренних поверхностях кольцевого коллектора питания двигателей, а полости осей поворота сообщены топливными расходными магистралями.