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. 10). 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 обводных трубопроводов и гидромагистралей с запорными клапанами и в случае разгерметизации магистралей подачи топлива, например, между пускоотсечными клапанами и клапанами подачи к коллекторам управляющих ракетных двигателей, система подачи топлива 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.), выбранная в качестве прототипа.

Система содержит топливные баки, магистрали подачи топлива с пускоотсечными клапанами и клапанами подачи топлива к коллекторам управляющих ракетных двигателей, объединяющий и заправочный трубопроводы с разделительными нормально-закрытыми клапанами и проверочные горловины.

В данной системе отсутствуют дополнительные обводные трубопроводы и гидромагистрали с запорными клапанами, подключенные к заправочным горловинам, установленным на магистралях заправки баков топливом и на коллекторах управляющих ракетных двигателей. В таких системах подачи топлива ДУ КЛА при работе РД и запланированных перерывах в их работе топливный бак (баки), от которого подается топливо к РД, длительное время сообщен с участками магистралей подачи топлива. В случае разгерметизации магистралей, например между клапанами, произойдут полная или частичная потеря топлива из бака (баков) и выход из нормального рабочего состояния системы подачи топлива.

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 ремонтонепригодности системы.

Задачей настоящего изобретения является создание системы подачи топлива ДУ КЛА, которая обладала бы улучшенными эксплуатационными характеристиками, за счет обеспечения работоспособности системы подачи топлива при возникновении негерметичности в магистралях подачи топлива путем получения ремонтопригодной системы.

Это достигается тем, что система снабжена гидромагистралью с запорными клапанами, которая обеспечивает подачу топлива из бака (баков) к коллектору (коллекторам) питания топливом РД при возникновении негерметичности в магистралях подачи топлива.

Сущность изобретения заключается в том, что система подачи топлива ДУ КЛА, содержащая топливные баки, магистрали подачи топлива с пускоотсечными клапанами и клапанами подачи к коллекторам управляющих ракетных двигателей, объединяющий и заправочный трубопроводы с разделительными нормально закрытыми клапанами и проверочные горловины, дополнительно снабжена обводной гидромагистралью с запорными клапанами, причем на заправочном трубопроводе между разделительными нормально закрытыми клапанами установлена проверочная горловина, выполненная в виде разделительного нормально открытого клапана, а обводная гидромагистраль одним концом на входе сообщена через проверочную горловину, установленную на заправочном трубопроводе, разделительные и пускоотсечные клапаны с топливными баками, а вторым концом на выходе с проверочной горловиной, установленной на коллекторе 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, что улучшает ее эксплуатационные характеристики.

Техническое решение в части дополнительного снабжения системы подачи топлива ДУ КЛА обводной гидромагистралью с запорными клапанами, которая обеспечивает подачу топлива из бака (баков) к коллектору (коллекторам) питания топливом РД, и взаимная связь всех составных элементов системы подачи топлива обеспечивают живучесть ДУ путем сохранения работоспособности системы подачи топлива при возникновении негерметичности в магистралях подачи топлива, 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" позволит дать значительный экономический эффект за счет обеспечения живучести системы подачи топлива при возникновении негерметичности в магистралях подачи топлива к РД и ремонтопригодности системы.

Суть изобретения поясняется чертежом.

Предлагаемая система подачи топлива ДУ КЛД состоит из следующих основных узлов, деталей и агрегатов: топливных баков 1, 2, магистралей подачи топлива 3, 4 с пускоотсечными клапанами 5, 6 и клапанами подачи 7, 8 к коллекторам 9, 10 управляющих ракетных двигателей 11, 12, объединяющего трубопровода 13 и заправочного трубопровода 14 с разделительными нормально закрытыми клапанами 15, 16, 17 и проверочных горловин 18, 19.

Система подачи топлива ДУ КЛА дополнительно снабжена обводной гидромагистралью 20 с запорными клапанами 21, 22, причем на заправочном трубопроводе 14 между разделительными нормально закрытыми клапанами 15 и 16 установлена проверочная горловина 23, выполненная в виде разделительного нормально открытого клапана. Обводная гидромагистраль 20 выполнена съемной и одним концом 24 на входе 25 сообщена через проверочную горловину 23, установленную на заправочном трубопроводе 14, разделительные клапаны 15, 16 и пускоотсечные клапаны 5, 6 с топливными баками 1, 2. Вторым концом 26 обводная гидромагистраль 20 сообщена на выходе 27 с проверочной горловиной 29 (28), установленной на коллекторе 10 (9) управляющих ракетных двигателей 11 (12). Запорные клапаны 21, 22, установленные, соответственно, на входе 25 и на выходе 27 гидромагистрали 20, снабжены запорными устройствами, выполненными в виде резьбовых заглушек. На фиг. 1 показано, что съемной обводной магистралью 20 объединены заправочный трубопровод 14 и коллектор 10 управляющих ракетных двигателей 12. Аналогично объединяют и заправочный трубопровод 14 с коллектором 9 управляющих ракетных двигателей 11 (на фиг. 1 показано пунктиром).

Проверочные горловины 18, 19, 23, 28, 29 выполнены в виде разъемных клапанов и в местах их установки соответственно сообщены с магистралями подачи топлива 3, 4, заправочным трубопроводом 14 и коллекторами 9, 10 и в случае необходимости имеют возможность их перекрывать. При наземной отработке эти горловины используются для проверки герметичности системы подачи топлива и ее отдельных участков, они также могут быть использованы в условиях эксплуатации в космосе для аналогичных целей при выходе космонавтов в открытый космос и проведении ремонтных или проверочных работ в системе подачи топлива ДУ.

Система подачи топлива ДУ КЛА работает следующим образом.

При работе с запиткой РД, например, от топливного бака 1 (2) перед включением РД 11 и 12 производится подготовка системы подачи топлива к работе, для чего открываются пускоотсечные клапаны 5 (6) и разделительный клапан 17. Затем открываются клапаны подачи 7, 8 и топливо поступает через коллекторы 9, 10 к РД 11, 12, которые включаются и работают в соответствии с управляющими сигналами. Заправочный трубопровод 14 служит для дозаправки топливных баков 1, 2 в космосе от дозаправщика типа "Прогресс", при этом, используя разделительные клапаны 15 и 16, можно производить поочередную дозаправку топливом баков 1, 2. При штатной работе системы подачи топлива к РД клапаны 15 и 16 закрыты; перепуск топлива из магистрали 3 (4) к коллектору 10 (9) производят открытием разделительного клапана 17.

Для получения ремонтопригодности системы подачи топлива ДУ при ее эксплуатации в космосе, в случае возникновения негерметичности в магистралях подачи топлива 3 (4) или в трубопроводах 13, 14, в системе предусмотрена съемная обводная гидромагистраль 20, которая посредством запорных клапанов 21, 22 может быть подсоединена к проверочным горловинам 23, 28, 29, 18, 19. Так, например, при возникновении негерметичности на участке между клапаном подачи 8 и проверочной горловиной 19 съемную гидромагистраль 20 подключают к проверочным горловинам 23 и 29, а для отключения этого поврежденного участка и обеспечения подачи топлива от топливных баков 1, 2 к коллектору 10 (9) закрывают клапан подачи 8, разделительный клапан 17 и в проверочной горловине 19, выполненной в виде разъемного клапана, перекрывают магистраль подачи топлива 4 и открывают разделительные клапаны 15, 16, при этом с помощью съемной обводной гидромагистрали 20 топливо будет поступать к коллектору 10, как от бака 1, так и от бака 2. Аналогично производят отключение при разгерметизации участка между клапаном подачи 7 и проверочной горловиной 18, при этом выход 27 гидромагистрали 20 сообщают с горловиной 28, установленной на коллекторе 9 и обеспечивают питание топливом управляющих РД 11 от топливных баков 1, 2.

Таким образом, предлагаемая система подачи топлива ДУ КЛА обеспечивает живучесть ДУ при возникновении негерметичности в магистралях подачи топлива путем получения ремонтопригодной системы при эксплуатации в условиях Земли и Космоса, что обеспечивает выполнение поставленной задачи.

Система подачи топлива двигательной установки космического летательного аппарата содержит топливные баки, магистрали подачи топлива с пускоотсечными клапанами и клапанами подачи к коллекторам управляющих ракетных двигателей, объединяющий и заправочный трубопроводы с разделительными нормально закрытыми клапанами и проверочные горловины. Система подачи топлива дополнительно снабжена обводной гидромагистралью с запорными клапанами. На заправочном трубопроводе между разделительными нормально закрытыми клапанами установлена проверочная горловина, выполненная в виде разделительного нормально открытого клапана. Обводная гидромагистраль одним концом на входе сообщена через проверочную горловину, установленную на заправочном трубопроводе, разделительные и пускоотсечные клапаны с топливными баками, а вторым концом на выходе с проверочной горловиной, установленной на коллекторе управляющих ракетных двигателей. Изобретение позволяет улучшить эксплуатационные характеристики двигательной установки за счет получения ремонтопригодной системы, обеспечивающей работоспособность системы подачи топлива при возникновении негерметичности в магистралях подачи топлива при длительной эксплуатации системы в условиях космического полета. 1 ил.

Система подачи топлива двигательной установки космического летательного аппарата, содержащая топливные баки, магистрали подачи топлива с пускоотсечными клапанами и клапанами подачи к коллекторам управляющих ракетных двигателей, объединяющий и заправочный трубопроводы с разделительными нормально закрытыми клапанами и проверочные горловины, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена обводной гидромагистралью с запорными клапанами, причем на заправочном трубопроводе между разделительными нормально закрытыми клапанами установлена проверочная горловина, выполненная в виде разделительного нормально открытого клапана, а обводная гидромагистраль одним концом на входе сообщена через проверочную горловину, установленную на заправочном трубопроводе, разделительные и пускоотсечные клапаны с топливными баками, а вторым концом на выходе с проверочной горловиной, установленной на коллекторе управляющих ракетных двигателей.