СИСТЕМА ПОДАЧИ ТОПЛИВА ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ КОСМИЧЕСКОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2002 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 г., 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 насосной системы подачи топлива, а использует систему выдавливания топлива из топливных баков посредством системы наддува газом, например азотом.

Недостатком такой системы является необходимость в больших запасах газа под высоким давлением и плохие массогабаритные характеристики.

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, гидравлические полости которых соединены с коллекторами питания топливом реактивных двигателей магистралями подачи топлива, систему наддува топливных баков, пускоотсечные клапаны. В такой системе подача топлива к реактивным двигателям осуществляется за счет выдавливания топлива из топливных баков посредством подачи газа из системы наддува, содержащей газовые баллоны под высоким давлением, что значительно ухудшает массогабаритные характеристики. Габариты толстостенных баллонов определяются в зависимости от количества газа, например, азота или гелия, необходимого для выдавливания из баков топлива и подачи его к реактивным двигателям. Толщина стенок баллонов рассчитывается на внутреннее давление порядка 350 кГс/см². Толщина стенок топливных баков рассчитывается на внутреннее давление порядка 30 кГс/см², при рабочем давлении, необходимом для сжатия перекладной мембраны и вытеснения топлива из топливных баков для подачи к двигателям, равном ~20 кГс/см².

Недостатками известной системы подачи топлива ДУ КЛА являются большие запасы газа под высоким давлением и плохие массогабаритные характеристики.

Задачей настоящего изобретения является создание системы подачи топлива ДУ КЛА, которая содержала бы минимальное количество газа под высоким давлением и обладала бы улучшенными массогабаритными характеристиками.

Это достигается тем, что в системе подачи топлива ДУ КЛА установлены насосы на участках магистралей подачи топлива между топливными баками и пускоотсечными клапанами, обеспечивающие подачу топлива к РД при заданном (расчетном) давлении, имея при этом минимальное давление наддува топливных баков.

Сущность изобретения заключается в том, что система подачи топлива ДУ КЛА, содержащая топливные баки, гидравлические полости которых соединены с коллекторами питания топливом реактивных двигателей магистралями подачи топлива, пускоотсечные клапаны и систему наддува топливных баков, снабжена насосами, установленными на участках магистралей подачи топлива между топливными баками и пускоотсечными клапанами, отделяющими гидравлические полости топливных баков от коллекторов питания топливом реактивных двигателей, при этом на магистралях подачи топлива перед каждым насосом установлен сигнализатор низкого давления, а на выходе из насоса - сигнализатор высокого давления, причем указанные сигнализаторы давления электрически связаны с блоком автоматического управления насосной системой подачи топлива.

Технический результат заключается в том, что по сравнению с известными техническими решениями вновь созданная система подачи топлива ДУ КЛА обеспечивает сокращение запасов газа высокого давления и улучшение массогабаритных характеристик.

Суть изобретения поясняется чертежом.

Предлагаемая система состоит из топливных баков для горючего 1 и для окислителя 2, соответственно гидравлические полости 3 и 4 которых соединены с коллекторами 5, 6 питания топливом реактивных двигателей 7 магистралями 8, 9 подачи топлива, пускоотсечных клапанов 10, 11 и системы наддува 12 топливных баков 1, 2. Система подачи топлива ДУ КЛА снабжена насосами 13, 14, например турбонасосами, установленными на участках 15, 16 магистралей 8, 9 подачи топлива между топливными баками 1, 2 и пускоотсечными клапанами 10, 11, отделяющими гидравлические полости 3, 4 топливных баков 1, 2 от коллекторов 5, 6 питания топливом реактивных двигателей 7. На магистралях 8, 9 подачи топлива перед каждым насосом 13, 14 установлен сигнализатор низкого давления 17, а на выходе 18, 19 из насоса 13, 14 установлен сигнализатор высокого давления 20, причем указанные сигнализаторы давления 17, 20 электрически связаны с блоком автоматического управления 21 насосной системой подачи топлива.

Работает система подачи топлива ДУ КЛА следующим образом. Для подачи топлива из баков горючего 1 и окислителя 2 в коллекторы 5, 6 реактивных двигателей 7 от системы наддува 12 через газовые редукторы 29, 30, настроенные на рабочее давление полостей наддува 31, 32 топливных баков 1, 2 порядка 0,5 кГс/см², производят поддавливание сильфонных вытеснителей 33, 34 до давления 0,5 кГс/см². Затем включают насосы 13, 14 и при давлении порядка 20 кГс/см² на выходе 18, 19 из насосов 13, 14 открывают пускоотсечные клапаны 10, 11, и топливо поступает в коллекторы 5, 6 питания топливом реактивных двигателей 7. Насосы 13, 14 включают перед каждым включением реактивных двигателей 7 и выключают при выключении последних посредством блока автоматического управления 21, с которым электрически связаны сигнализаторы давления 17, 20.

Преимущество использования предлагаемой системы подачи по сравнению с известной (прототипом) поясняется на следующем примере, где рассматриваются массогабаритные характеристики при расчете только по одной линии наддува топливного бака и подачи топлива, например, горючего.

Для обеспечения вытеснения 800 л топлива из топливного бака 1 (2) и для проведения операций по продувке магистралей и проверке герметичности требуется объем гелия при нормальных условиях Vг=35 м³. Давление наддува топливных баков и давление подачи топлива к двигателям равно 350 кГс/см². Материал шар-баллонов - титан ВТ14. Таким образом, объем хранимого гелия Vне=100 л, масса шар-баллонов Мб=50 кГ. Масса гелия Мне=5 кГ.

В предлагаемой системе подачи топлива система наддува 12 топливных баков 1 (2) настроена посредством газовых редукторов 29 (300 на давление поддавливания сильфонных вытеснителей 33 (34), равное 0,5 кГс/см², при этом давление в шар-баллонах 22 аналогично прототипу, равно 350 кГс/см². Установка насосов 13 (14) позволяет обеспечивать давление подачи топлива 7, аналогично прототипу, равное 20 кГс/см² при давлении в топливном баке 1(2), равном 0,5 кГс/см² (в прототипе 20 кГс/см²).

Таким образом, в предлагаемой системе подачи топлива имеем давление наддува топливного бака 1(2) в 40 раз меньше, чем в прототипе, следовательно, объем гелия, потребный для вытеснения (поддавливания) посредством сильфонных вытеснителей 33 (34) топлива из баков 1(2), равен 2,5 л при давлении хранения 350 кГс/см². Шар-баллон из материала титан ВТ14 объемом 2,5 л при давлении 350 кГс/см² весит 1,5 кГ. Турбонасос 13 (14), устанавливаемый в предлагаемой системе подачи вместе с приводом, весит около 2 кГ. Также очевидно, что топливный бак 1 (2), работающий под избыточным давлением 0,5 кГс/см² (в прототипе 20 кГс/см²), значительно легче топливного бака, применяемого в известной системе подачи (прототипе), что подтверждает выполнение поставленной задачи.

Система подачи топлива двигательной установки космического летательного аппарата содержит топливные баки, гидравлические полости которых соединены с коллекторами питания топливом реактивных двигателей магистралями подачи топлива, пускоотсечные клапаны и систему наддува топливных баков. Система подачи топлива снабжена насосами, установленными на участках магистралей подачи топлива между топливными баками и пускоотсечными клапанами, отделяющими гидравлические полости топливных баков от коллекторов питания топливом реактивных двигателей. На магистралях подачи топлива перед каждым насосом установлен сигнализатор низкого давления, а на выходе из насоса - сигнализатор высокого давления, причем указанные сигнализаторы давления электрически связаны с блоком автоматического управления насосной системой подачи топлива. Изобретение позволяет обеспечить сокращение запасов газа высокого давления в системе подачи топлива двигательной установки и улучшить ее массогабаритные характеристики. 1 ил.

Система подачи топлива двигательной установки космического летательного аппарата, содержащая топливные баки, гидравлические полости которых соединены с коллекторами питания топливом реактивных двигателей магистралями подачи топлива, пускоотсечные клапаны и систему наддува топливных баков, отличающаяся тем, что она снабжена насосами, установленными на участках магистралей подачи топлива между топливными баками и пускоотсечными клапанами, отделяющими гидравлические полости топливных баков от коллекторов питания топливом реактивных двигателей, при этом на магистралях подачи топлива перед каждым насосом установлен сигнализатор низкого давления, а на выходе из насоса - сигнализатор высокого давления, причем указанные сигнализаторы давления электрически связаны с блоком автоматического управления насосной системой подачи топлива.