ТОПЛИВНЫЙ БАК Российский патент 2005 года по МПК B64G1/40 F17C1/00 

Изобретение относится к области космической техники, а именно к устройству топливных баков для хранения на борту космических аппаратов жидких и газообразных сред под избыточным давлением. Кроме хранения на борту космического аппарата топлива, топливные баки используются в конструктивных узлах, которые должны воспринимать и передавать значительные нагрузки, направление которых параллельно или близко к продольной оси космического аппарата.

Известен топливный бак космического назначения (см. И.Т.Беляков "Технология сборки и испытаний космических аппаратов", М.: Машиностроение, 1990, стр.65, 65), который выполнен в виде тонкостенной оболочки вращения. На его наружной поверхности размещены узлы крепления, выполненные в виде кронштейнов, и размещенные на оболочке емкости в одном ее поперечном сечении.

Недостатком этого топливного бака является то, что он не предназначен для включения его в общую силовую схему: оболочка топливного бака работает только на восприятие внутреннего давления и не воспринимает и не передает продольные и близкие к этому направлению нагрузки.

Этот недостаток частично устранен в конструкции топливного бака космического назначения (см. И.Т.Беляков "Технология сборки и испытаний космических аппаратов", М.: Машиностроение, 1990, стр.65, 65, рис.33). Топливный бак выполнен в виде тонкостенной оболочки вращения и снабжен узлами крепления в виде кронштейнов. Узлы крепления топливного бака разнесены по его высоте, с их помощью бак соединяется со смежными элементами конструкции космического аппарата.

Размещение кронштейнов крепления емкости разнесенными по высоте относительно продольной (вертикальной) оси бака обеспечивает восприятие и передачу оболочкой бака продольных или близких к этому нагрузок от смежных элементов конструкции космического аппарата. Однако масса такого топливного бака является большой.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является топливный бак (емкость), описанный в патенте России на изобретение №2042873, МПК F 17 C 1/00, B 64 G 1/40, опубл. 27.08.95 г. Это техническое решение выбрано за прототип.

Известный топливный бак выполнен в виде тонкостенной оболочки вращения с расположенными на ее наружной поверхности узлами крепления, при этом емкость снабжена пронизывающим оболочку и скрепленным с ней силовым стержнем. Для скрепления с оболочкой на концах стержня выполнены два фитинга. Соединение оболочки с фитингами осуществляется сваркой. Узлы крепления представляют собой присоединенные к фитингам фланцы в форме кронштейнов. В случае необходимости фланцы могут быть снабжены дополнительными узлами для крепления смежных элементов конструкции космического аппарата.

Достоинством этой конструкции топливного бака является минимазация его массы, а также способность к восприятию и передаче значительных внешних нагрузок в направлении продольной оси.

Недостатками известной конструкции топливного бака является уменьшенная вместимость топливного бака из-за расположения внутри емкости силового стержня, а также недостаточная технологичность изготовления бака с расположенным внутри его стержнем.

Технической задачей, решаемой настоящим изобретением, является увеличение объема топлива в баке при минимизации его массы и повышение технологичности его изготовления.

Поставленная задача решается за счет того, что топливный бак, как и в прототипе, содержит тонкостенную оболочку вращения и силовой элемент крепления, выполненный в виде стержня, пронизывающего оболочку, с фитингами для крепления оболочки и фланцами, на которых расположены узлы крепления со смежными элементами конструкции.

Заявленный топливный бак отличается от прототипа тем, что стержень выполнен полым с отверстиями, проделанными в его корпусе.

При этом указанный силовой стержень выполнен из двух труб, вставленных друг в друга, и сваренных между собой. Отверстия расположены в верхней и нижней частях стержня.

Выполнение топливного бака из тонкостенной оболочки в сочетании с полым стержнем, заполняемым жидким топливом, позволяет увеличить объем топлива, размещаемого в баке в сочетании с минимизацией массы топливного бака. Для обеспечения эффективного слива топлива из внутренней полости стержня во внутреннюю полость бака предусмотрены выполненные на корпусе стержня отверстия. Выполнение полого стержня сваренным из двух труб позволяет компенсировать деформации (изгиб) труб при сборке бака. При этом улучшается технологичность изготовления топливного бака.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими чертежами:

фиг.1 - продольный разрез топливного бака, фиг.2 - сечение стержня топливного бака с отверстием,

Топливный бак содержит тонкостенную оболочку вращения 1, выполненную из алюминиевого сплава типа АМГ-6, силовой стержень 2, внутри которого размещена внутренняя полость 3. В верхней и нижней части стержня выполнены отверстия 4. Стержень 2 может быть выполнен из двух труб 5 и 6, вставленных друг в друга и сваренных между собой (шов А - место сварки двух труб). На концах стержня выполнены два фитинга 7, соединенных с оболочкой 1 емкости. Соединение фитингов 7 с оболочкой 1 выполнено при помощи сварки. К фитингам 7 присоединены фланцы 8 для крепления топливного бака к смежным элементам конструкции космического аппарата. В случае необходимости фланцы могут быть снабжены дополнительными узлами для крепления смежных элементов конструкции космического аппарата.

Для заправки топливных баков жидкостью и газом используются заправочные штуцеры, не показанные на чертежах. Для обеспечения забора жидкости в космических условиях бак снабжается заборником, например, капиллярного типа. При заправке емкость заполняется жидкостью или газом не только внутри оболочки бака, но и внутри полости стержня 3. При уменьшении уровня топлива в баке жидкость из внутренней полости стержня вытекает через нижнее отверстие 4, при этом через верхнее отверстие во внутреннюю полость поступает газ наддува.

Сборка топливного бака осуществляется в следующей последовательности.

Сначала оболочка 1 сваривается с фитингами и к ним привариваются фланцы. Затем трубы, образующие силовой стержень, вставляются друг в друга и свариваются с фитингами. После этого трубы свариваются друг с другом.

Проведенные расчеты показывают, что выполнение стержня полым с отверстиями позволяет увеличить объем заправляемого топлива на 5...10 кг при длине стержня бака порядка 1 м, обеспечить эффективный слив топлива из бака, а также упростить и улучшить технологию сборки топливного бака. Это позволяет увеличить запас характеристической скорости космического аппарата.

Изобретение относится к устройствам для хранения на борту космических аппаратов жидких и газообразных сред под избыточным давлением. Предлагаемый бак содержит тонкостенную оболочку вращения и силовой элемент крепления в виде пронизывающего оболочку стержня. На концах стержня выполнены фитинги для крепления стержня к оболочке. Данное крепление осуществляется преимущественно при помощи сварки. На концах стержня имеются также фланцы с узлами крепления к смежным элементам конструкции космического аппарата. При этом стержень выполнен полым, из двух труб, вставленных друг в друга и сваренных между собой. В корпусе стержня, преимущественно в его верхней и нижней частях, проделаны отверстия. Технический результат изобретения состоит в увеличении полезного объема бака и повышении его технологичности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Топливный бак, содержащий тонкостенную оболочку вращения и силовой элемент крепления в виде пронизывающего оболочку стержня, на концах которого выполнены фитинги для крепления, преимущественно при помощи сварки, оболочки и фланцы с узлами крепления к смежным элементам конструкции, отличающийся тем, что стержень выполнен полым из двух труб, вставленных друг в друга и сваренных между собой, причем в корпусе стержня проделаны отверстия.2. Топливный бак по п.1, отличающийся тем, что указанные отверстия проделаны в верхней и нижней частях стержня.