СИСТЕМА НАДДУВА ТОПЛИВНЫХ БАКОВ ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ КОСМИЧЕСКОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2000 года по МПК F02K9/50 

Изобретение относится к космической технике, а точнее к проектированию и эксплуатации двигательных установок (РДУ) космических летательных аппаратов(КЛА).

Система наддува топливных баков горючего и окислителя двигательной установки (ДУ) КЛА используется в современных РДУ КЛА 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 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 ко входам двигателей.

Известны системы наддува топливных баков горючего и окислителя двигательной установки космического летательного аппарата (см., например, Т.М. Мелькумов и др. "Ракетные двигатели", изд. "Машиностроение". M., 1976 г., c. 10). 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 и газовые редукторы и обратные клапаны. Заправка баллонов газом высокого давления производится на Земле перед стартом ракеты-носителя.

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

Известна также система наддува топливных баков ДУ КЛА (см. например, патент РФ, кл. F 02 K 9/44, N 2109975 от 27.04.1998 г.), выбранная в качестве прототипа.

Система содержит бортовой компрессор, связанный пневмомагистралями высокого и низкого давления соответственно с баллонами наддува и газовыми полостями топливных баков, газовые редукторы, установленные в каждой пневмомагистрали низкого давления, обратные клапаны, установленные в каждой пневмомагистрали высокого давления, и пускоотсечные клапаны. Наличие бортового компрессора в данной системе наддува позволяет в процессе космического полета приводить систему в исходное состояние, т.е. перекачивать газ из газовых полостей топливных баков обратно в баллоны наддува, создавая в них давление газа, равное исходному при заправке на Земле, при этом обеспечивается возможность для дозаправки топливом баков в условиях космического полета, например, от космического дозаправщика. Однако, в случае аварийного выхода из строя бортового компрессора, например, при разгерметизации контейнера, в котором размещен бортовой компрессор, или прорыве мембраны компрессора, система наддува теряет возможность многоразовой перекачки газа из газовых полостей топливных баков в баллоны наддува.

Недостатком системы прототипа является низкие живучесть и надежность при аварийном выходе из строя бортового компрессора.

Задачей настоящего изобретения является создание системы наддува топливных баков ДУ КЛА, которая обладала бы повышенной живучестью и надежностью в случае аварийного выхода из строя бортового компрессора в условиях космического полета.

Сущность изобретения заключается в том, что в систему наддува топливных баков ДУ КЛА, содержащую бортовой компрессор, связанный пневмомагистралями высокого и низкого давления соответственно с баллонами наддува и газовыми полостями топливных баков, газовые редукторы, установленные в каждой пневмомагистрали низкого давления, обратные клапаны, установленные в каждой пневмомагистрали высокого давления, и пускоотсечные клапаны, введен дополнительный бортовой компрессор, вход в который подключен к пневмомагистралям низкого давления после газового редуктора, а выход из дополнительного бортового компрессора подключен к пневмомагистралям высокого давления, причем непосредственно на выходе из каждого бортового компрессора последовательно установлены сигнализатор высокого давления и упомянутый обратный клапан, а на пневмомагистралях низкого давления после газовых редукторов установлен сигнализатор низкого давления, при этом указанные сигнализаторы давления электрически связаны с блоком автоматического управления компрессорной системой перекачки газа.

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 системы, но и увеличивает ресурс работы и живучесть системы наддува в случае аварийного выхода из строя основного бортового компрессора, 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" - "Шаттл", позволит дать значительный экономический эффект за счет увеличения ресурса работы, повышения живучести и надежности системы наддува, использующей дополнительный бортовой компрессор при эксплуатации данной системы.

Суть изобретения поясняется чертежом, на которой обозначена система наддува, состоящая из бортового компрессора 1, связанного пневмомагистралями 2, 3 высокого давления и пневмомагистралей 4, 5 низкого давления соответственно с баллонами наддува 6, 7 и газовыми полостями 8, 9 топливных баков 10, 11 горючего и окислителя, газовых редукторов 12, 13, установленных в каждой пневмомагистрали низкого давления 4, 5, обратных клапанов 14, 15, установленных в каждой пневмомагистрали высокого давления 2, 3, и, пускоотсечных клапанов 16, 17, и 18, 19. В состав системы наддува топливных баков 10, 11 введен дополнительный бортовой компрессор 20, вход 21 в который подключен к пневмомагистралям высокого давления 2, 3. Непосредственно на выходе 22 из дополнительного бортового компрессора 20 и на выходе 23 из основного бортового компрессора 1 последовательно установлены соответственно сигнализатор высокого давления 24, 25 и упомянутый обратный клапан 14, 15. На пневмомагистралях низкого давления 4, 5 после газовых редукторов 12, 13 установлен сигнализатор низкого давления 26. Сигнализаторы давления 24, 25 и 26 электрически связаны с блоком автоматического управления 27 компрессорной системой перекачки газа.

Работает система наддува топливных баков ДУ КЛА в режиме перекачки газа, например, газообразного азота из газовых полостей 8, 9 топливных баков 10, 11 горючего и окислителя в баллоны наддува 6, 7 следующим образом.

Перед включением компрессора 1 в работу открывают пускоотсечные клапаны 16, 17 и 18, 19, и после пуска компрессора 1 производят откачку газа из газовых полостей 8, 9 топливных баков 10, 11 и закачку его с высоким давлением через пневмомагистрали высокого давления 2, 3 в соответствующие газовые баллоны 6, 7 затем закрывают пускоотсечные клапаны 16, 17, 18, 19.

Таким образом, система наддува приводится в исходное рабочее состояние, готовое к заправке баков 10, 11 горючим и окислителем от космического заправщика. Заправку топливом баков горючего и окислителя 10, 11 производят от соответствующих баков, расположенных на космическом заправщике, который периодически запускается с Земли и доставляет на КЛА топливо для реактивных двигателей 28 двигательной установки.

Выдавливание и подачу топлива к РД 28 из баков 10, 11 горючего и окислителя производят посредством подачи газа из баллонов наддува 6, 7 в газовые полости 8, 9 по пневмомагистралям 29, 30, каждая из которых содержит последовательно установленные пускоотсечные клапаны 31, 32, газовые редукторы 33, 34 и обратные клапаны 35, 36.

При аварийном выходе из строя (отказе в работе) основного компрессора 1 во время перекачки газа прекращается подача (нагнетание, газа в пневмомагистрали высокого давления 2, 3 и по сигналам от сигнализаторов давления 25 и 26 блок автоматического управления 27 отключает подачу электроэнергии на двигатель компрессора 1 и одновременно включает в работу дополнительный бортовой компрессор 20, который продолжает перекачку газа в баллоны наддува 6, 7 до заданного (исходного) давления в них.

Установка обратных клапанов 14, 15 непосредственно на выходе 22, 23 из компрессоров 1, 20 позволяет исключить заброс газа в компрессор 20 при работе компрессора 1 и наоборот, а установка сигнализаторов высокого давления 24, 25 непосредственно 22, 23 компрессоров 1, 20 до обратного клапана 14, 15 обеспечивает фиксирование давления непосредственно на выходе из компрессора, а не давление в баллонах наддува, что позволяет мгновенно отследить прекращение работы компрессора при его аварийном отказе. Установка сигнализатора низкого давления 26 после газовых редукторов 12, 13 обеспечивает фиксирование минимально допустимого давления на входе в компрессор 1, 20. Таким образом, введение в состав системы наддува дополнительного бортового компрессора 20, вход 21 в который подключен к пневмомагистралям низкого давления 4, 5 после газового редуктора 12, 13, а выход 22 из него подключен к пневмомагистралям высокого давления 2, 3 и размещение последовательно сигнализаторов высокого давления 24, 25 и обратных клапанов 14, 15 непосредственно на выходе 22, 23 из бортовых компрессоров 1, 20, а также электрическая связь всех сигнализаторов с блоком автоматического управления 27 компрессорной системой перекачки газа, обеспечивает повышение живучести и надежности системы наддува топливных баков ДУ КЛА в процессе полета на орбите Земли, что обеспечивает выполнение поставленной задачи.

Система наддува топливных баков двигательной установки космического летательного аппарата содержит бортовой компрессор, связанный пневмомагистралями высокого и низкого давления соответственно с баллонами наддува и газовыми полостями топливных баков, газовые редукторы и обратные клапаны, установленные в пневмомагистралях низкого и высокого давления соответственно пускоотсечные клапаны. В состав системы введен дополнительный бортовой компрессор. Вход в него подключен к пневмомагистралям низкого давления после газового редуктора, а выход подключен к пневмомагистралям высокого давления. Непосредственно на выходе из каждого бортового компрессора последовательно установлены сигнализатор высокого давления и обратный клапан. После газовых редукторов установлен сигнализатор низкого давления. Указанные сигнализаторы электрически связаны с блоком автоматического управления компрессорной системой перекачки газа. Изобретение позволяет обеспечить повышение живучести и надежности системы наддува топливных баков двигательной установки в процессе эксплуатации. 1 ил.

Система наддува топливных баков двигательной установки космического летательного аппарата, содержащая бортовой компрессор, связанный пневмомагистралями высокого и низкого давления соответственно с баллонами наддува и газовыми полостями топливных баков, газовые редукторы, установленные в каждой пневмомагистрали низкого давления, обратные клапаны, установленные в каждой пневмомагистрали высокого давления, и пускоотсечные клапаны, отличающаяся тем, что в ее состав введен дополнительный бортовой компрессор, вход в который подключен к пневмомагистралям низкого давления после газового редуктора, а выход из дополнительного бортового компрессора подключен к пневмомагистралям высокого давления, причем непосредственно на выходе из каждого бортового компрессора последовательно установлены сигнализатор высокого давления и упомянутый обратный клапан, а на пневмомагистралях низкого давления после газовых редукторов установлен сигнализатор низкого давления, при этом указанные сигнализаторы давления электрически связаны с блоком автоматического управления компрессорной системой перекачки газа.