СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ЖИДКОГО ТОПЛИВА В БАКЕ Российский патент 2002 года по МПК G01F17/00 

Изобретение относится к авиакосмической технике и может найти применение в системе хранения и подачи жидкого топлива двигательных установок в космических аппаратах, работающих в условиях глубокого космоса.

Известны способы определения объемного количества жидкости в герметичном баке, в котором измерение объема жидкости связано с достижением заданного приращения давления газа в газовом объеме топливного бака (Григоровский Б.К. , Курочкин Е.П., Юркеник В.И. "Определение вместимости и количества вещества пневмометрическим способом". Измерительная техника 1, 1971 г. С.46-48).

Однако достижение высокой точности измерения связано с необходимостью определения расчетной поправки на теплообмен со стенками сосудов (Б.В. Орлов, Г. Ю. Мазинг "Термодинамические и баллистические основы проектирования ракетных двигателей на твердом топливе". М.: Машиностроение, 1968 г., с.51).

Известен способ определения количества топлива в баке (патент России 2010174 С1 на изобретение "Способ определения количества жидкого топлива в баке", авторы Ю.М. Лысиков, С.В. Наумов. 30.03.94. Бюл. 6), выбранный в качестве прототипа, основанный на подаче в топливный бак серии порций газа с предварительно определенными составом и параметрами, в котором о количестве топлива судят по величине приращения давления в расчете на одну порцию газа по формуле

где V_δ - полный объем топливного бака;
М - масса порции газа;
N - количество порций газа, подаваемых в бак;
R - газовая постоянная;
Т - температура газа на входе в бак;
Р_max-P_min - давление в баке в конце и в начале измерения.

Недостатком выбранного прототипа является большое число составляющих погрешностей измерения в определении объема "газовой подушки".

γ_Σ = γ_м+γ(P_max-P_min)+γ_т,
γ_м - относительная погрешность в определении массовой порции газа;
γ (P_max-P_min) - относительная погрешность в определении приращения давления газа;
γ_т - относительная погрешность в определении температуры газа на входе в бак.

Целью изобретения является достижение более высокой точности определения количества топлива в баке.

Цель достигается за счет устранения вышеуказанных составляющих погрешностей измерения путем введения сосуда известного эталонного объема, предварительно - для выравнивания начальных условий состояния газа, соединяемого со свободным объемом топливного бака с последующим наддувом свободного объема топливного бака и сосуда эталонного объема серией порций газа, обеспечивающих заданные приращения давления газа в топливном баке и сосуде эталонного объема.

Для достижения высокой точности измерения количество жидкого топлива в баке определяется как разность полного и свободного объемов бака путем наддува свободного объема серией порций газа, обеспечивающих заданное приращение давления газа в топливном баке. Свободный объем топливного бака предварительно соединяют с сосудом известного эталонного объема до установления в них равного статического давления и осуществляют последующий наддув свободного объема сосуда эталонного объема серией порций газа, обеспечивающих заданное приращение давления газа в сосуде, а так как температура газа на входе в бак не зависит от начального количества газа системы (Б.В. Орлов, Б. Ю. Мазинг, "Термодинамические и баллистические основы проектирования ракетных двигателей на твердом топливе". М.: Машиностроение, 1968, с.51), то количество топлива определяется формулой

где V_δ - полный объем топливного бака;
V_эт - объем эталонного сосуда;
N, n - количество порций газа, подаваемых в топливный бак и сосуд эталонного объема для обеспечения в них заданного приращения давления.

Сопоставительный анализ последней вычислительной формулы с вычислительной формулой прототипа показывает, что заявляемый способ отличается более высокой точностью измерения, так как аналоговые величины: полный объем топливного бака V_δ и объем эталонного сосуда V_эт c помощью волюметра могут быть промерены достаточно точно, и стабильны во времени; N и n - являются дискретными величинами и точность их определения зависит от принятой дискретной М - массовой порции газа, используемой в процессе наддува.

Таким образом, заявляемый способ определения количества топлива в баке соответствует критериям "новизна" и "полезность".

Анализ известных технических решений в данной области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом способе, и признать заявляемое решение соответствующим критерию "существенные отличия".

На чертеже приведено устройство, реализующее предлагаемый способ.

Устройство содержит бак 1 с жидкостью, дозирующее устройство 2, устройство подачи жидкости к потребителю 3, датчик 5 температуры, вычислительное устройство 6, сосуд эталонного объема 7, датчик 8 для измерения давления газа в сосуде эталонного объема, УВ-1, УВ-2, УВ-3, УВ-4 - управляемые вентили.

Измерения производят следующим образом.

В исходном состоянии выравнивают статическое давление газа в топливном баке 1 и сосуде эталонного объема 7, положение управляющих вентилей в этом состоянии следующее: УВ-1, УВ-2, УВ-4 - закрыты, УВ-3 - открыт. В процессе перетекания газа между сосудами 1 и 7 в них выравнивается статическое давление газа, что контролируется датчиками давления 4,8 и вычислительным устройством 6. По окончании выравнивания давления вентиль УВ-3 закрывается. В следующем цикле измерения при закрытых вентилях УВ-2 и УВ-3 открываются вентили УВ-1 и УВ 4. С помощью устройства 2 производится подача равных порций газа в топливный бак в течение сеанса наддува до достижения в нем заданного приращения давления газа, при этом вычислительным устройством 6 фиксируется необходимое для этого число N - порций газа. Далее закрывается вентиль УВ-4, открывается вентиль УВ-2 и с помощью устройства 2 производится подача n порций газа в сосуд эталонного объема до достижения в нем заданного перепада давления, после чего вентиль УВ-2 и УВ-1 закрываются, число n запоминается вычислительным устройством 6, и им же вычисляется объем

жидкого топлива в топливном баке.

Изобретение может найти применение в системе хранения и подачи жидкого топлива двигательных установок в космических аппаратах, работающих в условиях глубокого космоса. Свободный объем топливного бака предварительно соединяют с сосудом известного эталонного объема до установления в них равного статического давления. Осуществляют последовательный наддув свободных объемов топливного бака и сосуда эталонного объема сериями порций газа до достижения заданных приращений давления. По приводимой расчетной зависимости вычисляют количество топлива как разность полного и свободного объемов бака. Изобретение обеспечивает повышение точности определения объема жидкого топлива. 1 ил.

Способ определения количества жидкого топлива в баке, заключающийся в определении разности полного и свободного объемов бака путем наддува свободного объема серией порций газа, обеспечивающих заданное приращение давления газа в топливном баке, отличающийся тем, что свободный объем топливного бака предварительно соединяют с сосудом известного эталонного объема до установления в них равного статического давления и осуществляют последующий наддув свободного объема сосуда эталонного объема серией порций газа, обеспечивающих заданное приращение давления газа в сосуде, причем о количестве топлива судят по формуле

где V_δ- полный объем топливного бака;
V_эт - объем эталонного сосуда;
N, n - количество порций газа, подаваемых в топливный бак и сосуд эталонного объема для обеспечения в них заданного приращения давления газа соответственно.