СИСТЕМА ПОДАЧИ ТОПЛИВА ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ КОСМИЧЕСКОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2001 года по МПК F02K9/50 

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

Устройства для подачи топлива в двигательную установку космического летательного аппарата используются 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 его 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 системой подачи топлива, включающей в себя устройства для хранения топлива и его подачи ко входам двигателей. Система подачи топлива включает в себя устройство для подачи топлива в ДУ КЛА.

Известна система подачи топлива в ДУ КЛА (см. Т.М.Мелькумов и др. "Ракетные двигатели", изд. "Машиностроение", 1976, стр. 8). Система содержит топливные баки для хранения и подачи топлива к РД по магистралям подачи топлива, содержащим пускоотсечные клапаны. Известная система подачи топлива ДУ КЛА не содержит дополнительных закольцовочных магистралей, объединяющих магистрали подачи топлива, и в случае разгерметизации магистралей подачи, например, на участках между пускоотсечными клапанами и входами в РД система выходит из работоспособного состояния.

Недостатками таких систем являются малая живучесть и низкая надежность системы подачи топлива при эксплуатации в условиях космического полета.

Известна также система подачи топлива ДУ КЛА (см. патент Великобритании N 2051246, кл. F 02 K 9/50 от 1981 г.), выбранное в качестве прототипа.

Система содержит топливные баки с пускоотсечными клапанами, коллекторы питания топливом управляющих ракетных двигателей с клапанами подачи и магистрали подачи топлива, объединенные закольцовочным трубопроводом с пускоотсечным клапаном. В данной системе отсутствуют дополнительные закольцовочные магистрали, объединяющие магистрали подачи, топливные баки и коллекторы питания топливом РД. При работе РД и при запланированных перерывах в их работе топливный бак (баки), от которого подается топливо к РД, длительное время сообщен с участками магистралей подачи топлива и в случае разгерметизации магистралей, например между клапанами, будут иметь место следующие неблагоприятные последствия:
1. Полная или частичная потеря топлива из бака (в зависимости от времени обнаружения негерметичности экипажем или наземной службой контроля).

2. ДУ выходит из состояния готовности к работе, что приводит к срыву запланированных режимов управления КЛА.

3. В зависимости от места разгерметизации могут быть последствия, исключающие возможность дальнейшего использования топливного бака (баков) или коллектора (коллекторов) питания топливом РД.

Недостатком известной системы подачи топлива ДУ КЛА является низкая надежность и отсутствие живучести ДУ из-за потери работоспособности системы подачи топлива при возникновении негерметичности в магистралях подачи топлива и в закольцовочном трубопроводе.

Задачей настоящего изобретения является создание системы подачи топлива ДУ КЛА, которая обладала бы улучшенными эксплуатационными характеристиками, путем обеспечения работоспособности системы подачи топлива при возникновении негерметичности в магистралях подачи топлива и в закольцовочном трубопроводе.

Это достигается тем, что система снабжена двумя дополнительными закольцовочными магистралями с клапанами объединения баков и коллекторов питания топливом РД.

Сущность изобретения заключается в том, что в системе подачи топлива ДУ КЛА, содержащей топливные баки с пускоотсечными клапанами, коллекторы питания топливом управляющих ракетных двигателей с клапанами подачи и магистрали подачи топлива, объединенные закольцовочным трубопроводом с пускоотсечным клапаном, введены две дополнительные закольцовочные магистрали с клапанами объединения баков и коллекторов питания топливом, при этом одна дополнительная закольцовочная магистраль включена перед пускоотсечными клапанами на выходе из топливных баков, а другая включена после клапанов подачи перед входом в коллекторы питания топливом управляющих ракетных двигателей.

Технический результат заключается в том, что по сравнению с известными техническими решениями вновь созданная система подачи топлива ДУ КЛА обеспечивает работоспособность системы подачи топлива при возникновении негерметичности в магистралях подачи топлива и в закольцовочном трубопроводе и обладает улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Техническое решение в части введения в состав системы подачи топлива ДУ КЛА двух дополнительных закольцовочных магистралей с клапанами объединения топливных баков и коллекторов питания топливом РД и конструктивная взаимная связь всех составных элементов системы подачи топлива обеспечивают живучесть ДУ и сохранение работоспособности системы при возникновении негерметичности в магистралях подачи топлива и в закольцовочном трубопроводе, что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения.

Использование предлагаемой системы подачи топлива ДУ КЛА, например, на космическом орбитальном комплексе типа. "Мир" - "Союз-ТМ" - "Прогресс" - "Шаттл" позволяет получить значительный экономический эффект за счет обеспечения живучести системы подачи топлива при возникновении негерметичности в магистралях подачи топлива к РД.

Суть изобретения поясняется чертежом.

Предлагаемая система подачи топлива ДУ КЛА состоит из следующих основных узлов, деталей и агрегатов: топливных баков 1, 2 с пускоотсечными клапанами 3, 4, коллекторов питания топливом 5, 6, управляющих ракетных двигателей 7, 8 с клапанами подачи 9, 10 и магистралей подачи топлива 11, 12, объединенных закольцовочным трубопроводом 13 с пускоотсечным клапаном 14.

В систему введены две дополнительные эакольцовочные магистрали 15, 16 с клапанами 17, 18 объединения баков 1, 2 и коллекторов питания топливом 5, 6. Одна дополнительная закольцовочная магистраль 15 включена перед пускоотсечными клапанами 3, 4 на выходе 19, 20 из топливных баков 1, 2, а другая дополнительная закольцовочная магистраль 16 включена после клапанов подачи 9, 10 перед входом 21, 22 в коллекторы питания топливом 5, 6 управляющих ракетных двигателей 7, 8.

Система подачи топлива ДУ КЛА работает следующим образом.

При работе с запиткой РД, например, от топливного бака 1 (2) перед включением РД 7, 8 производится подготовка системы подачи топлива к работе, для чего открываются пускоотсечные клапаны 3 (4) и 14. Затем по командам системы управления 23 открываются клапаны подачи 9, 10 и топливо поступает через коллекторы 5, 6 к РД 7, 8, которые включаются и работают в соответствии с управляющими сигналами.

Функционирует подготовленная к работе система подачи в случае разгерметизации магистралей системы и при снижении давления в топливном баке 1 (2) и связанных с ним магистралях до первого контрольного уровня следующим образом: срабатывает сигнализатор давления 24 (25), выход которого через блоки автоматики 26 и управления 27 электрически связаны с пускоотсечными клапанами 3 (4) и 14, при этом клапаны 3 (4) и 14 закрываются. В результате чего негерметичная часть системы подачи разделяется на три участка (клапаны 9, 10, 17, 18 закрыты): первый участок от топливного бака 1 (2) до клапанов 17 и 3, который контролируется сигнализатором давления 24 (25); второй участок - между клапанами 3 (4), 14 и 9 (10), который контролируется сигнализатором давления 28 (29); третий участок - между клапанами 4 (3), 14 и 10 (9), который контролируется сигнализатором давления 29 (28). При дальнейшем снижении давления в одном из трех упомянутых выше участков магистралей подачи до второго контрольного уровня срабатывают сигнализаторы давления 28 или 29, если негерметичность была соответственно между клапанами 3, 14 и 9 или 4, 14 и 10. Так как сигнализатор давления 28 (29) через блоки автоматики 26 и управления 27 электрически связан с клапанами 18, 17, 4 и 10, то при срабатывании по сигналу от блока управления 27 данные клапаны открываются, а при срабатывании сигнализатора давления 29 аналогично открываются клапаны 18, 17, 3 и 9. При отсутствии срабатывания сигнализаторов давления 28 и 29 негерметичность находится на участке от топливного бака 1 (2) до клапанов 3 (4) и 17. Итак, определив поврежденный участок магистрали, его отсекают и обеспечивают подвод топлива к РД, минуя этот участок. При работе системы подачи топлива ДУ КЛА наддув и выдавливание топлива из топливных баков 1, 2 обеспечивается системой наддува 30, 31 топливных баков 1, 2.

Таким образом, введение в состав системы подачи топлива ДУ КЛА дополнительных закольцовочных магистралей 15 с клапаном объединения 18 позволяет распознавать места повреждений и производить секционирование магистралей подачи топлива 11, 12 и закольцовочного трубопровода 13 при их разгерметизации и путем отсечения (отключения) поврежденных участков сохранять постоянную работоспособность системы подачи топлива в течение длительной эксплуатации, а также обеспечивается исключение необратимой потери топлива из топливных баков 1, 2 и сохраняется работоспособность коллекторов 5, 6 питания топливом управляющих ракетных двигателей 7, 8, что в целом обеспечивает живучесть ДУ.

Система подачи топлива двигательной установки космического летательного аппарата содержит топливные баки с пускоотсечными клапанами, коллекторы питания топливом управляющих ракетных двигателей с клапанами подачи и магистрали подачи топлива, соединенные закольцовочным трубопроводом с пускоотсечным клапаном. В систему подачи топлива введены две дополнительные закольцовочные магистрали с клапанами объединения баков и коллекторов питания топливом, при этом одна дополнительная закольцовочная магистраль включена перед пускоотсечными клапанами на выходе из топливных баков, а другая включена после клапанов подачи перед входом в коллекторы питания топливом управляющих ракетных двигателей. Изобретение позволяет улучшить эксплуатационные характеристики двигательной установки путем обеспечения работоспособности системы подачи топлива при возникновении негерметичности в магистралях подачи топлива и в закольцовочном трубопроводе при длительной эксплуатации системы в условиях космического полета. 1 ил.

Система подачи топлива двигательной установки космического летательного аппарата, содержащая топливные баки с пускоотсечными клапанами, коллекторы питания топливом управляющих ракетных двигателей с клапанами подачи и магистрали подачи топлива, объединенные закольцовочным трубопроводом с пускоотсечным клапаном, отличающаяся тем, что в систему введены две дополнительные закольцовочные магистрали с клапанами объединения баков и коллекторов питания топливом, при этом одна дополнительная закольцовочная магистраль включена перед пускоотсечными клапанами на выходе из топливных баков, а другая включена после клапанов подачи перед входом в коллекторы питания топливом управляющих ракетных двигателей.