СИСТЕМА ДОЗАПРАВКИ ТОПЛИВА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2005 года по МПК F02K9/50 B64D37/24 

Изобретение относится к космической технике, а точнее к области проектирования и эксплуатации систем дозаправки жидких продуктов, которые размещаются на грузовых космических кораблях (ГКК), используемых для доставки грузов на длительно действующие космические орбитальные станции (КОС).

Известны системы дозаправки и подачи топлива (см., например, патент Великобритании №2051246 А от 14.01.81, МПК: F 02 K 9/00), применяемые в современных системах дозаправки и подачи ракетного топлива в двигательных установках космических летательных аппаратов. Система содержит емкость с жидким топливом и вытеснительную систему подачи топлива к реактивным двигателям. Топливо в емкостях расположено в полости, образованной внешней оболочкой емкости и перекладной эластичной мембраной, расположенной внутри оболочки и разделяющей внутренний объем емкости на две полости - жидкостную и газовую, при этом последняя сообщена с газовой системой наддува. При подаче жидкого топлива к двигателям газовая полость надувается газом от системы наддува, жидкое топливо вытесняется из емкости и по гидромагистрали подается к ракетным двигателям (потребителю).

Недостатками таких систем являются невозможность очистки гидромагистралей от остатков топлива и проведение проверки герметичности гидроразъемов, например, при соединении последних для дозаправки топливных баков ракетным топливом в условиях орбитального полета.

Известна также система дозаправки топлива, которая может быть использована для дозаправки космического орбитального комплекса типа \Мир-Прогресс\ и которая принята за прототип (см. журнал \Авиация и космонавтика\, Воениздат, М., №7, 1978, с.36, 37, рис.2), содержащая топливные баки горючего и окислителя, гидромагитрали перекачки топлива с пускоотсечными клапанами и гадроразъемами, размещенными в стыковочном узле, для соединения с магистралями заправки топливом топливных баков двигательной установки (ДУ) КОС \Мир\ (потребителя), систему наддува, подключенную к газовым полостям топливных баков посредством пневмомагистралей с пускоотсечными клапанами и газовым редуктором. Такие системы обеспечивают проверку герметичности гидроразъемов перед дозаправкой топлива и продувку гидромагистралей после дозаправки топлива потребителю, например, в топливные баки КОС \Мир\.

Недостатками такой системы являются низкое качество проверки герметичности гидроразъемов и малоэффективная очистка гидромагистралей от остатков топлива способом продувки и вакуумированием, что не исключает выбросы остатков топлива из гидромагистралей в окружающее пространство при рассоединении гидроразъемов после проведения дозаправки топлива.

Задачей настоящего изобретения является создание системы дозаправки топлива, которая обладала бы более высоким качеством проверки герметичности гидроразъемов и более эффективной очисткой гидромагистралей от остатков топлива.

Технический результат в первом варианте достигается тем, что в систему дозаправки топлива, содержащую топливные баки горючего и окислителя, гидромагистрали перекачки топлива с пускоотсечными клапанами и гидроразъемами, размещенными в стыковочном узле, систему наддува, подключенную к газовым полостям топливных баков посредством пневмомагистралей с пускоотсечными клапанами и газовым редуктором, в отличие от известной, в нее введены обводные пневмомагистрали, каждая с дополнительным пускоотсечным клапаном, газовым редуктором, двумя последовательно расположенными отсечными клапанами и установленными на отрезке магистрали между отсечными клапанами датчиком давления и сигнализатором давления, электрически связанными с блоком управления клапанами, при этом обводные пневмомагистрали включены между системой наддува (выполнены отходящими от системы наддува) на выходе из баллонов высокого давления и магистралями перекачки топлива (включены в гидромагистрали перекачки топлива) непосредственно после пускоотсечных клапанов.

Технический результат во втором варианте достигается тем, что в систему дозаправки топлива, содержащую топливные баки горючего и окислителя, гидромагистрали перекачки топлива с пускоотсечными клапанами и гидроразъемами, размещенными в стыковочном узле, систему наддува, подключенную к газовым полостям топливных баков посредством пневмомагистралей с пускоотсечными клапанами и газовым редуктором, в отличие от известной, в нее введены обводные пневмомагистрали, каждая с дополнительным пускоотсечным клапаном, газовым редуктором, двумя последовательно расположенными отсечными клапанами и установленными на отрезке магистрали между отсечными клапанами датчиком давления и сигнализатором давления, электрически связанными с блоком управления клапанами, при этом обводные пневмомагистрали включены между системой наддува (выполнены отходящими от системы наддува) после газового редуктора на входе в газовые полости топливных баков и гидромагистралями перекачки топлива (включены в гидромагистрали перекачки топлива) непосредственно после пускоотсечных клапанов.

В системе дозаправки топлива предлагается в гидромагистрали перекачки топлива перед гидроразъемами установить патрубок с клапанами для сообщения с открытым космосом.

Предлагается также гидромагистрали перекачки топлива перед гидроразъемами снабдить патрубком с клапаном для подключения к емкости с поглотителем остатков топлива.

Сущность изобретения заключается в том, что система дозаправки по первому варианту снабжена обводными пневмомагистралями, отходящими от системы наддува на выходе из баллонов высокого давления и включенными в гидромагистрали перекачки топлива непосредственно после пускоотсечных клапанов, причем каждая обводная пневмомагистраль содержит дополнительный пускоотсечной клапан, газовый редуктор, два последовательно расположенных отсечных клапана и установленные между ними датчик и сигнализатор давления, электрически связанные с блоком управления клапанами; по второму варианту система дозаправки топлива снабжена обводными пневмомагистралями, отходящими от системы наддува после газового редуктора на входе в газовые полости топливных баков и включенными в гидромагистрали перекачки топлива непосредственно после пускоотсечных клапанов, причем каждая обводная пневмомагистраль содержит дополнительный пускоотсечной клапан, два последовательно расположенных отсечных клапана, установленных между ними датчик и сигнализатор давления, электрически связанные с блоком управления клапанами. Кроме того, гидромагистрали перекачки топлива перед гидроразъемами содержат патрубки с клапанами для сообщения с отрытым космосом или для подключения к емкости с поглотителем остатков топлива.

Это позволяет обеспечить улучшенную проверку герметичности гидроразъемов и более эффективную очистку гидромагистралей от остатков топлива, что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения.

Использование предлагаемой системы дозаправки топлива, например, на космическом орбитальном комплексе типа МКС - \Прогресс\ - \Шаттл\ позволит дать значительный экономический эффект за счет повышения качества и эффективности очистки гидромагистралей от остатков топлива и улучшения проверки герметичности гидроразъемов.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых приведены:

на фиг.1 - первый вариант системы дозаправки топлива;

на фиг.2 - второй вариант системы дозаправки топлива.

Система дозаправки топлива состоит из топливного бака горючего 1, топливного бака окислителя 2, гидромагистралей перекачки топлива 3, 4 с пускоотсечными клапанами 5, 6, датчиками давления 7, 8 и гидроразъемами 9, 10, размещенными в стыковочном узле 28 для соединения с магистралями заправки топлива 11, 12 потребителя, например, с магистралями заправки топливных баков двигательной установки КОС типа МКС; системы наддува 13, подключенной посредством пневмомагистралей 14, 15, содержащих соответственно пусоотсечные клапаны 16, 17 и 18, 19 и газовый редуктор 20, 21, к газовым полостям 22, 23 топливных баков 1, 2. Система дозаправки топлива снабжена обводными пневмомагистралями 24, 25, отходящими от системы наддува 13 (см. фиг.1 - первый вариант) на выходе из баллонов высокого давления 26, 27 и включенными в гидромагистрали перекачки топлива 3, 4 непосредственно после пускоотсечных клапанов 5, 6, причем каждая обводная пневмомагистраль 24, 25 содержит соответственно дополнительный пускоотсечной клапан 29, 30, газовый редуктор 31, 32, два последовательно расположенных отсечных клапана 33, 34 и 35, 36 и установленные на отрезке магистрали между указанными отсечными клапанами датчик давления 37, 38 и сигнализатор давления 39, 40, электрически связанные с блоком управления клапанами 41.

По второму варианту (см. фиг.2) система дозаправки топлива снабжена обводными пневмомагистралями 24, 25, отходящими от системы наддува 13 после газового редуктора 20, 21 на входе в газовые полости 22, 23 топливных баков 1, 2 и включенными в гидромагистрали перекачки топлива 3, 4 непосредственно после пускоотсечных клапанов 5, 6, причем каждая обводная пневмомагистраль 24, 25 содержит дополнительный пускоотсечной клапан 29, 30, два последовательно расположенных отсечных клапана 33, 34 и 35, 36 и установленные между ними датчик давления 37, 38 и сигнализатор давления 39, 40, электрически связанные с блоком управления клапанами 41. Гидромагистрали перекачки топлива 3, 4 перед гидроразъемами 9, 10 содержат патрубки 42, 43 с клапанами 44, 45 для сообщения с открытым космосом или для подключения к емкости 46, 47 с поглотителем остатков топлива. Емкость 46, 47 снабжена на входе отсечным клапаном 48, 49 и на выходе отсечным клапаном 50, 51 для сообщения с открытым космосом. Все клапаны, используемые в системе дозаправки топлива, преимущественно электромагнитного типа.

Система дозаправки топлива размещается на ГКК типа \Прогресс\, который обеспечивает доставку и дозаправку топлива в топливные баки потребителя, т.е. в топливные баки ДУ КОС типа \Мир\, \МКС\ и др.

Аналогичные патрубки 54, 55 с клапанами 56, 57 для выполнения аналогичных задач устанавливают на магистралях заправки топлива 11, 12 потребителя перед клапанами 52, 53.

Работает система дозаправки топлива следующим образом. После причаливания ГКК к КОС в процессе их стыковки с помощью стыковочного узла 28 происходит автоматическое соединение посредством гидроразъемов 9, 10, размещенных в стыковочном узле 28, гидромагистралей перекачки топлива 3, 4 с соответствующими магистралями заправки топлива 11, 12 потребителя. После этого производят проверку герметичности соединений гидроразъемов 9, 10 (на данный момент все клапаны системы дозаправки находятся в закрытом состоянии), для чего открывают дополнительный пускоотсечной клапан 29, 30 и отсечной клапан 33, 34, при этом от датчика давления 37, 38 блок управления клапанами 41 получает информацию о наличии давления газа, например, азота, поступающего из системы наддува 13, и подает команду на открытие отсечного клапана 35, 36 и заполнение замкнутого объема между пускоотсечными клапанами 5, 6 гидромагистралей перекачки топлива 3, 4 и клапанами 52, 53 магистралей заправки топлива 11, 12 потребителя. Контролируют давление в замкнутом объеме по датчику давления 37, 38 и сигнализатору давления 39, 40 после закрытия клапана 33, 34, проверка герметичности гидроразъемов 9, 10 проводится по спаду давления в замкнутом объеме. В процессе проверки герметичности информация с датчика и сигнализатора давления вводится в логический блок систем автоматического управления клапанами 41, который сравнивает полученные данные с заложенными в память системы автоматического управления. При этом, если рассогласование полученных данных достигает некоторой величины, например, более 2 кгс/см² за час, то выдается команда на блокировку открытия пускоотсечного клапана 5, 6, а на экране отображения системы автоматического управления высвечивается сигнал \не готов\. В случае нормальной работы, т.е. при допускаемой нормальной герметичности от системы автоматического управления поступает команда \готов\. Перед подготовкой гидромагистралей перекачки топлива 3, 4 формируется команда на открытие клапана 44, 45 для сообщения с открытым космосом и замкнутый объем, вакуумируясь \на космос\, очищается от заполнявшего его газа (азота), после чего закрывают отсечной клапан 35, 36 и клапан 44, 45. Далее производят перекачку (дозаправку) топлива из системы дозаправки топлива потребителю. По окончании дозаправки топлива закрывают пускоотсечные клапаны 5, 6 и 52, 53 (которые открывались при перекачке топлива) и производят очистку гидромагистралей перекачки топлива 3, 4 и магистралей заправки топлива 11, 12 потребителя от остатков топлива, для чего открывают клапаны 44, 45 и 48, 49 и 50, 51 и за счет космического вакуума откачивают остатки топлива в космос, при этом в случае открытия клапанов 48, 49 и 50, 51 и прохождения остатков топлива через поглотитель емкости 46, 47 топливо поглощается поглотителем, что исключает выброс остатков топлива в космос и возможные попадания капель топлива на поверхность конструкции КОС, особенно при расстыковке гидроразъемов 9, 10. Дополнительно одновременно с вакуумированием замкнутого объема производят продувку последнего посредством открытия на некоторое время отсечных клапанов 33, 34 и 35, 36. После продувки подается команда на закрытие дополнительного пускоотсечного клапана 29, 30, отсечных клапанов 33, 34 и 35, 36, клапанов 44, 45; 48, 49 и 50, 51. Продувка газом гидромагистралей замкнутого объема предусмотрена для очистки гидромагистралей от остатков топлива, что необходимо для исключения попадания капель агрессивного топлива, например, гиптила на наружные поверхности КОС при расстыковке стыковочного узла 28 и гидроразъемов 9, 10, а включение (ввод) обводных пневмомагистралей 24, 25 в гидромагистрали перевачки топлива 3, 4 непосредственно после пускоотсечных клапанов 5, 6 ислючает застойные и непродуваемые зоны в гидромагистралях. Отвод обводных магистралей 24, 25 от системы наддува 13 (по первому варианту, см. фиг 1) на выходе из баллонов высокого давления 26, 27 позволяет настраивать самостоятельный газовый редуктор 31, 32 на любое испытательное давление, необходимое для проверки гидроразъемов 9, 10 на герметичность, а отвод обводных пневмомагистралей 24, 25 от системы наддува 13 (по второму варианту, см. фиг.2) после газового редуктора 20, 21 в газовые полости 22, 23 топливных баков 1, 2 обеспечивает проведение испытаний на герметичность гидроразъемов 9, 10 только при давлении газа, выходящего после газового редуктора 20, 21, настроенного на давление, необходимое для выдавливания топлива и топливных баков 1, 2. Однако оба варианта отвода обводных пенвмомагистралей 24, 25 и включения их в гидромагистрали перекачки топлива 3, 4 непосредственно после пускоотсечных клапанов 5, 6 позволяют обеспечить улучшенную проверку герметичности гидроразъемов 9, 10 и более эффективную очистку гидромагистралей перекачки топлива 3, 4 от остатков топлива, что выполняет поставленную задачу.

Система дозаправки топлива содержит топливные баки горючего и окислителя, гидромагистрали перекачки топлива с пускоотсечными клапанами и гидроразъемами, размещенными в стыковочном узле, систему наддува, подключенную к газовым полостям топливных баков посредством пневмомагистралей с пускоотсечными клапанами и газовым редуктором. В систему дозаправки введены обводные пневмомагистрали с дополнительным пускоотсечным клапаном, газовым редуктором, двумя последовательно расположенными отсечными клапанами и установленными на отрезке магистрали между отсечными клапанами датчиком давления и сигнализатором давления, электрически связанными с блоком управления клапанами. Обводные пневмомагистрали включены между системой наддува и магистралями перекачки топлива, либо на выходе из баллонов высокого давления, либо после газового редуктора на входе в газовые полости топливных баков, непосредственно после пускоотсечных клапанов. Изобретение улучшит герметичность гидроразъемов и повысит эффективность очисткой гидромагистралей от остатков топлива. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система дозаправки топлива, содержащая топливные баки горючего и окислителя, гидромагистрали перекачки топлива с пускоотсечными клапанами и гидроразъемами, размещенными в стыковочном узле, систему наддува, подключенную к газовым полостям топливных баков посредством пневмомагистралей с пускоотсечными клапанами и газовым редуктором, отличающаяся тем, что в нее введены обводные пневмомагистрали с дополнительным пускоотсечным клапаном, газовым редуктором, двумя последовательно расположенными отсечными клапанами и установленными на отрезке магистрали между отсечными клапанами датчиком давления и сигнализатором давления, электрически связанными с блоком управления клапанами, при этом обводные пневмомагистрали включены между системой наддува на выходе из баллонов высокого давления и магистралями перекачки топлива непосредственно после пускоотсечных клапанов.2. Система дозаправки топлива по п. 1, отличающаяся тем, что гидромагистрали перекачки топлива перед гидроразъемами снабжены патрубком с клапаном для сообщения с открытым космосом.3. Система дозаправки топлива по п. 1, отличающаяся тем, что гидромагистрали перекачки топлива перед гидроразъемами снабжены патрубком с клапаном для подключения к емкости с поглотителем остатков топлива.4. Система дозаправки топлива, содержащая топливные баки горючего и окислителя, гидромагистрали перекачки топлива с пускоотсечными клапанами и гидроразъемами, размещенными в стыковочном узле, систему наддува, подключенную к газовым полостям топливных баков посредством пневмомагистралей с пускоотсечными клапанами и газовым редуктором, отличающаяся тем, что в нее введены обводные пневмомагистрали с дополнительным пускоотсечным клапаном, газовым редуктором, двумя последовательно расположенными отсечными клапанами и установленными на отрезке магистрали между отсечными клапанами датчиком давления и сигнализатором давления, электрически связанными с блоком управления клапанами, при этом обводные пневмомагистрали включены между системой наддува после газового редуктора на входе в газовые полости топливных баков и гидромагистралями перекачки топлива непосредственно после пускоотсечных клапанов.5. Система дозаправки топлива по п. 4, отличающаяся тем, что гидромагистрали перекачки топлива перед гидроразъемами снабжены патрубком с клапаном для сообщения с открытым космосом.6. Система дозаправки топлива по п. 4, отличающаяся тем, что гидромагистрали перекачки топлива перед гидроразъемами снабжены патрубком с клапаном для подключения к емкости с поглотителем остатков топлива.