ОТСЕК КОМПОНЕНТОВ ДОЗАПРАВКИ Российский патент 2005 года по МПК B64G1/40 

Предлагаемое изобретение относится к области космической техники, а более конкретно к транспортным космическим кораблям (ТКК), обеспечивающим дозаправку космических орбитальных станций (КОС) типа “Мир” в условиях космического пространства.

Известен отсек компонентов дозаправки (ОКД) (см., например, журнал №7 “Авиация и космонавтика”, М., Воениздат, 1978 г., с.36, 37, рис.1), в котором установлены топливные баки с окислителем и горючим, баллоны высокого давления с азотом и воздухом, агрегаты и системы для заправки. С помощью таких отсеков может быть обеспечена доставка и дозаправка рабочих компонентов на КОС.

Известен также ОКД, который принят за прототип (см., например, патент России №2132804 от 10.07.1999 г., кл. B 64 G 1/40, 9/00), содержащий баки окислителя и горючего с соответствующей этим компонентам арматурой и системами наддува, включающими газовые баллоны высокого давления. Устройство таких отсеков обеспечивает дозаправку топливом баков автономной системы, расположенной на КОС типа “Мир”, т.е. перекачку топлива из баков ОКД, расположенного на ТКК типа “Прогресс”, в баки станции. Конструктивно отсек выполнен в виде двух усеченных конусов, соединенных друг с другом большими основаниями и образующими корпус отсека. Внутри корпуса отсека на специальных рамах расположены сферические баки с компонентами топлива - окислителем и горючим, газовые баллоны высокого давления системы наддува с азотом, используемым для вытеснения компонентов топлива при перекачке. Заправку топливных баков и баллонов высокого давления, расположенных в ОКД, производят перед стартом ТКК от наземной системы заправки. При этом заправка производится до заданного количества компонентов без контроля температуры в заправляемых баках и баллонах, что понижает точность количества заправленных компонентов и повышает взрывоопасность заправляемой системы.

Недостатками известных аналогов и прототипа ОКД являются низкая точность количества заправляемых компонентов топлива и газа наддува, а также наличие взрывоопасности при заправке.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности количества заправляемых компонентов топлива и газа наддува и исключение взрывоопасности при заправке путем обеспечения контроля температуры в заправляемых агрегатах.

Технический результат достигается тем, что в отсеке компонентов дозаправки, содержащем баки окислителя и горючего с соответствующей этим компонентам арматурой и системами наддува с газовыми баллонами высокого давления, в отличие от известного в нем баки окислителя и горючего и газовые баллоны высокого давления снабжены датчиками температуры, установленными в верхних зонах оболочек указанных агрегатов, причем между поверхностью оболочек и датчиками температуры нанесен слой с малым термическим сопротивлением, а сверху над датчиками температуры установлена тепломеханическая защита, скрепленная с оболочкой по периметру датчика температуры, при этом датчики температуры подключены через бортовой электроразъем к входам блока контроля и управления наземной системы заправки, выполненного в виде схемы сравнения, первая группа входов которой связана с входами блока контроля и управления наземной системы заправки, и задатчика пороговых значений максимально допустимых температур на поверхностях оболочек агрегатов, связанного со второй группой входов схемы сравнения, при этом выход схемы сравнения через выход блока контроля и управления наземной системы заправки связан с арматурой системы заправки.

Технический результат достигается путем обеспечения контроля температуры в заправляемых агрегатах, контроля температуры при заправке и за счет регулировки ее уровня путем изменения скорости и расхода подачи компонентов, не допуская превышения заданных расчетных параметров, что исключает значительные повышения температуры заправленных компонентов и газа в агрегатах и повышает точность количества заправленных компонентов топлива и газа, а также исключает возможность взрыва агрегатов из-за превышения допустимого давления в них при температурном расширении компонентов топлива и газа и значительном разогреве оболочек заправляемых агрегатов.

Использование предлагаемого ОКД, например, на ТКК типа “Прогресс”, обеспечивающего доставку топлива на международную космическую станцию, позволит дать значительный экономический эффект за счет повышения точности количества заправляемых компонентов топлива и газа наддува и исключения взрывоопасности при заправке путем обеспечения контроля температуры в заправляемых агрегатах, что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых приведены:

на фиг.1 - поперечный разрез отсека (вид на агрегат сверху);

на фиг.2 - пример схемы блока контроля и управления наземной системы заправки.

Трубопроводы и арматура на чертежах не показаны.

Предлагаемый ОКД состоит из следующих основных агрегатов, узлов и деталей: баков окислителя 1 и горючего 2 с соответствующей этим компонентам арматурой 3, 4 и системами наддува, включающими газовые баллоны 5, 6 высокого давления. Баки 1, 2 и баллоны 5, 6 снабжены датчиками температуры 7, установленными в верхних зонах оболочек указанных агрегатов: баков 1, 2 и баллонов 5, 6. Датчики температуры 7 подключены через бортовой электроразъем 8 к блоку 9 контроля и управления наземной системы заправки, выполненной в виде схемы сравнения 11, первая группа входов которой связана с входами блока 9 контроля и управления наземной системы заправки, и задатчика 12 пороговых значений максимально допустимых температур на поверхностях оболочек агрегатов, связанного со второй группой входов схемы сравнения 11, при этом выход схемы сравнения 11 через выход блока 9 контроля и управления наземной системы заправки связан с арматурой системы заправки.

Между поверхностью оболочек агрегатов и датчиками температуры 7 нанесен слой с малым температурным сопротивлением, выполненный, например, из клея ВК-9. Сверху над датчиками температуры 7 установлена тепломеханическая защита, выполненная, например, из стеклоткани, которая скреплена с оболочкой агрегатов по периметру датчика температуры 7, например, посредством клея ВК-9.

Работает ОКД в режиме наземной заправки баков окислителя 1, горючего 2 и газовых баллонов 5, 6 следующим образом.

Заправку баков окислителя 1, горючего 2 и баллонов 5, 6 осуществляют на стартовой позиции за несколько часов до пуска ракетоносителя с установленным на нем ТКК. Для этого производят стыковку заправочных магистралей наземной системы заправки 10 с соответствующими бортовыми заправочными магистралями, а датчики температуры 7, установленные в верхних зонах оболочек баков 1, 2 и баллонов 5, 6, подключают через бортовой электроразъем 8 к блоку 9 контроля и управления наземной системы заправки 10. Заправку баков и баллонов производят одновременно или раздельно, при этом ведется постоянный контроль температуры по сигналам, поступающим от датчиков температуры 7. В случае повышения температуры выше заданной в заправляемом агрегате (баке, баллоне), что определяется схемой сравнения, в которой сравниваются текущие значения температур на поверхностях оболочек агрегатов и пороговые значения максимально допустимых температур на поверхностях соответствующих оболочек, команда на уменьшение скорости и расхода заправляемого компонента топлива (газа) в данный агрегат от наземной системы заправки 10. Такое регулирование процесса заправки в зависимости от температуры заправляемого компонента топлива (газа) в агрегаты, установленные в ОКД, позволяет поддерживать состояние компонентов топлива (газа), близкое к расчетному значению, имеющему плотность, принятую при расчете количества компонента топлива, (газа) заправляемого в постоянный объем оболочки агрегата, установленного в ОКД, что позволяет повысить точность количества заправленного компонента топлива (газа) в каждый агрегат. Кроме того, поддержание температуры в пределах не выше заданной сохраняет прочность оболочки агрегата (при высокой температуре прочность оболочки уменьшается), особенно это касается прочности газовых баллонов высокого давления 5, 6. Установка датчиков температуры 7 в верхних зонах оболочек агрегатов, установленных в ОКД, обеспечивает замер температуры, имеющей наибольший температурный уровень в верхних слоях компонентов заправки (топлива, газа), контактирующих непосредственно с верхней зоной оболочки агрегатов, т.е. замеряется максимальная температура. Точность показаний датчиков температуры 7 повышается за счет нанесения между поверхностью оболочки и датчиком температуры 7 подслоя с малым температурным сопротивлением и установки сверху над датчиком температуры 7 тепломеханической защиты, скрепленной по периметру датчика температуры 7 с оболочкой. Теплозащита обеспечивает уменьшение теплопритоков к датчику температуры 7 извне и защищает его от механических повреждений.

Таким образом, предлагаемое техническое решение в части установки датчиков температуры 7, производящих замер максимальной температуры компонентов топлива и газа, необходимый для управления процессом заправки, позволяет обеспечить повышение точности количества заправляемого компонента топлива и газа и исключить взрывоопасность при заправке, что в свою очередь обеспечивает выполнение поставленной задачи.

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при обслуживании транспортными кораблями орбитальных станций типа “Мир”. Предлагаемый отсек содержит баки окислителя и горючего с арматурой и системы наддува баков с газовыми баллонами высокого давления. Баки и газовые баллоны снабжены датчиками температуры, установленными в верхних зонах их оболочек. Между поверхностью оболочек и этими датчиками нанесен слой с малым термическим сопротивлением. Сверху над датчиками установлена тепломеханическая защита, скрепленная с каждой оболочкой по периметру соответствующего датчика температуры. Датчики подключены через бортовой электроразъем к входам блока контроля и управления наземной системы заправки. Этот блок выполнен в виде схемы сравнения и задатчика пороговых значений температур на поверхностях оболочек. Первая группа входов схемы сравнения связана с входами указанного блока контроля и управления, вторая группа входов - с указанным задатчиком, а выход схемы сравнения - с арматурой указанной системы заправки. При заправке обеспечивается контроль температуры заправляемых агрегатов и ее регулирование путем изменения скорости и расхода подачи заправляемых компонентов. Технический результат изобретения состоит в повышении точности заправки топлива и газа наддува и снижении взрывоопасности за счет проводимого контроля и регулирования. 2 ил.

Отсек компонентов дозаправки, содержащий баки окислителя и горючего с соответствующей этим компонентам топлива арматурой и системами наддува с газовыми баллонами высокого давления, отличающийся тем, что баки окислителя и горючего и газовые баллоны высокого давления снабжены датчиками температуры, установленными в верхних зонах оболочек указанных баков и газовых баллонов, причем между поверхностью оболочек и этими датчиками нанесен слой с малым термическим сопротивлением, а сверху над датчиками установлена тепломеханическая защита, скрепленная с каждой оболочкой по периметру соответствующего датчика температуры, при этом указанные датчики подключены через бортовой электроразъем к входам блока контроля и управления наземной системы заправки баков и баллонов, выполненного в виде схемы сравнения и задатчика пороговых значений максимально допустимых температур на поверхностях указанных оболочек, причем первая группа входов схемы сравнения связана с входами указанного блока контроля и управления, вторая группа входов - с указанным задатчиком, а выход схемы сравнения через выход указанного блока контроля и управления связан с арматурой указанной системы заправки.