Изобретение относится к космической технике, конкретно к устройствам для дозаправки и способам дозаправки в полете рабочим телом гидравлической магистрали системы терморегулирования пилотируемого космического аппарата, снабженной гидропневматическим компенсатором объемного расширения рабочего тела и размещенной внутри обитаемых отсеков.
Изобретение может быть использовано на предприятиях, разрабатывающих и эксплуатирующих пилотируемую космическую технику, предназначенную для длительного пребывания в условиях орбитального космического полета. При необходимости изобретение может использоваться по своему прямому назначению при наземной подготовке гидравлических систем терморегулирования космических аппаратов, например, при корректировке заправочных характеристик системы после ее заправки, когда использование стационарного заправочного оборудования по каким-либо причинам нецелесообразно.
Как известно, во время эксплуатации пилотируемых орбитальных станций ведется постоянный контроль потерь рабочих тел из гидравлических систем различного назначения, обусловленных конечной герметичностью материальной части, или связанных с затратами на обеспечение существования станции (например, затраты компонентов топлива двигательных установок на поддержание орбиты станции). В отечественной космической практике компенсация потерь или затрат рабочих тел производится путем их доставки транспортными грузовыми кораблями «Прогресс-М/М1» и проведения дозаправки соответствующих систем.
Для гидравлических систем терморегулирования в ходе эксплуатации потери рабочего тела из трубопроводов и агрегатов из-за их негерметичности восполняются за счет автоматического вытеснения части рабочего тела из жидкостной полости гидропневматического компенсатора объемного расширения рабочего тела. При этом рабочие характеристики системы ухудшаются. С течением времени (или из-за повышенной негерметичности системы) все рабочее тело, находящееся в жидкостной полости гидравлического компенсатора, может быть вытеснено в систему, при этом компенсатор теряет возможность поддерживать заданное давление в системе, что приводит к выходу системы из строя. Основным методом борьбы с этим явлением периодическая дозаправка системы рабочим телом при проведении плановых профилактических работ. Необходимое для этой цели рабочее тело может быть доставлено на борт орбитальной станции в составе устройства для дозаправки, а сама дозаправка системы может быть выполнена экипажем.
Известен способ заправки топливных систем транспортных средств, охраняемый патентом Российской Федерации №2220062.
Способ предусматривает заправку жидкой фазы рабочего тела в емкость с одновременным вытеснением его паров из газовой полости этой емкости, образованной над зеркалом заправленной жидкости. При этом вытесненный пар рабочего тела охлаждают до температуры его жидкой фазы, смешивают сконденсированные пары с заправляемым рабочим телом и производят их совместную заправку.
Известно устройство для реализации этого способа. Устройство содержит заправляемую емкость, магистрали заправки и дренажа, а также теплообменник, клапан и струйный насос. При этом вход высокого давления насоса соединен с магистралью заправки, вход низкого давления через теплообменник и клапан соединен с магистралью дренажа, а выход насоса соединен с заправляемой емкостью.
В соответствии с предлагаемым способом разогрев паров рабочего тела в газовой полости заправляемой емкости (из-за сжатия паров при заправке) компенсируется путем дренажа и охлаждения этих паров с конденсацией их в теплообменнике. Это обеспечивает более полную заправку емкости.
Применительно к дозаправке гидравлических систем терморегулирования космических аппаратов способ обладает следующими недостатками:
- способ не предусматривает контроль количества рабочего тела, заправляемого в емкость;
- способ достаточно сложен для реализации, т.к. требует подачи холодного теплоносителя в теплообменник. Охлаждение теплоносителя, в свою очередь, требует определенных конструктивных и энергетических затрат.
Недостатки устройства определяются недостатками способа:
- устройство не содержит в своем составе средств контроля количества рабочего тела, заправляемого в емкость;
- устройство не содержит средств, позволяющих регулировать давление рабочего тела в емкости после ее заправки.
Эти недостатки способа и устройства не позволяют использовать их для дозаправки систем терморегулирования космических аппаратов.
Известен способ заправки гидравлических систем самолетов и вертолетов рабочими телами и устройство для его реализации (см. Сапожников В.М. «Монтаж и испытания гидравлических и пневматических систем на летательных аппаратах», Москва, издательство «Машиностроение», 1972 г., стр.152-166).
Способ предусматривает подключение к гидравлической системе устройства для заправки (заправщика), содержащего бак с рабочим телом, и вытеснение рабочего тела в систему за счет создания перепада давления между давлением газа над зеркалом рабочего тела в баке заправщика и давлением в гидравлических магистралях системы; при этом через открытые дренажные клапаны системы одновременно удаляется воздух.
Вытеснение рабочего тела ведут до заполнения гидроаккумулятора системы и достижения давлением вытеснения значения, равного давлению зарядки гидроаккумулятора. После этого 5-10 раз срабатывают исполнительными органами системы, обеспечивая сплошное заполнение системы рабочим телом.
Реализация способа может быть обеспечена с помощью устройства (стенд для закрытой заправки гидравлических систем), приведенного в том же источнике на рис.85, стр.158. Устройство содержит бак с рабочим телом; баллон со сжатым воздухом, манометром, обратным клапаном и зарядным штуцером; фильтры, установленные на воздушной и жидкостной линиях; два газовых редуктора и предохранительный клапан, установленный на линии вытеснения рабочего тела из бака; манометр, контролирующий давление газа над зеркалом рабочего тела в баке, и запорно-вентильную арматуру.
Способ обладает следующими недостатками, которые делают нецелесообразным применение его на борту пилотируемого космического аппарата:
- вытеснение рабочего тела из бака производится избыточным (по отношению к давлению окружающей атмосферы) давлением, что делает его небезопасным для экипажа, т.к. в случае нарушения герметичности жидкостной магистрали рабочее тело может попасть внутрь обитаемого отсека;
- давление вытеснения рабочего тела поддерживается на постоянном уровне с помощью двух газовых редукторов, поэтому контролировать количество заправленного в систему рабочего тела с помощью манометра, измеряющего давление в баке с рабочим телом, невозможно, а другие средства способ не предусматривает.
К недостаткам устройства относятся:
- устройство не содержит средств для измерения давления рабочего тела, заправленного в систему, и средств, позволяющих установить давление в системе на необходимом уровне;
- устройство не содержит средств, позволяющих контролировать и регулировать количество рабочего тела, заправляемого в систему.
Известно устройство для заправки гидравлической системы терморегулирования космического аппарата, снабженной гидропневматическим компенсатором объемного расширения рабочего тела. Описание устройства приведено в патенте Российской Федерации №2252901 «Способ заправки теплоносителем гидравлической системы терморегулирования космического аппарата, снабженной гидропневматическим компенсатором, и устройство для его осуществления». Устройство принято автором за прототип. Устройство разработано для заправки гидравлических систем терморегулирования в процессе наземной подготовки космических аппаратов.
В состав устройства входят гидравлически связанные между собой заправочный и дренажный баки, дренажно-заправочные магистрали с наземными элементами управления бортовыми заправочными клапанами; вакуумный агрегат, наземный источник технологического давления, заправочно-вентильная арматура, эталонная емкость и контрольно-измерительные приборы.
Заправочный бак устройства выполнен в виде герметичной однополостной емкости с образованием газовой «подушки» за счет неполной заправки бака рабочим телом и создания вытесняющего давления газа непосредственно над зеркалом рабочего тела. Вытесняющий газ подается в заправочный бак от наземного источника технологического давления с редуцированием давления до необходимой величины в газовом редукторе устройства. Внутренняя полость бака в своей нижней точке связана заправочной магистралью с заправочным приспособлением, установленным на заправочной панели системы, при этом заправочная магистраль содержит запорный вентиль, регулирующий подачу рабочего тела в систему.
Количество заправленного в систему рабочего тела в устройстве определяется по разности вытесненного из заправочного бака и слитого в процессе заправки в дренажный бак рабочего тела с помощью мерных стекол на баках.
К недостаткам устройства, которые практически исключают возможность применения его в полете для дозаправки гидравлических систем терморегулирования, относятся:
- прямое воздействие вытесняющего газа на рабочее тело в невесомости неизбежно приведет к перемешиванию рабочего тела и газа. Это значительно снижает надежность дозаправки, т.к. в дозаправляемую систему легко может попасть газ;
- при дозаправке в систему небольших доз (0,5-1,5 л) рабочего тела, что является наиболее характерным для гидравлических систем терморегулирования, метод и средства измерения дозаправляемых доз устройства дают большую (до 100%) ошибку, т.к. часть рабочего тела при сливе в дренажный бак из дренажных магистралей за счет смачиваемости удерживается на стенках трубопроводов и в гофрах сильфонных металлорукавов этих магистралей;
- относительно высокое избыточное давление вытеснения (до ˜1,5 кгс/см2) рабочего тела, необходимое для преодоления статического давления столба жидкости при заправке в наземных условиях, делают устройство небезопасным для экипажа в полете.
Известен также способ заправки гидравлических систем терморегулирования космических аппаратов с гидропневматическими компенсаторами объемного расширения рабочего тела с помощью вышеописанного устройства, охраняемый патентом Российской Федерации №2196711 и принятый автором за прототип.
Способ разработан для заправки гидравлической системы терморегулирования вертикально установленного в рабочем стапеле космического аппарата при его наземной подготовке. Способ предусматривает предварительное вакуумирование системы, заполнение ее деаэрированным теплоносителем (рабочим телом) путем вытеснения его из заправочного бака за счет создания избыточного давления газа над зеркалом теплоносителя в баке, растворение остаточного воздуха в системе, тарировочный слив теплоносителя и установку рабочего давления в системе. Отличительными признаками способа являются предварительный слив теплоносителя из системы после ее заполнения, равный объемному расширению заправленного теплоносителя в ходе операции растворения воздуха, и нагружение заправленной системы максимально-допустимым по условиям прочности технологическим давлением на время операции растворения остаточного воздуха в системе с измерением среднемассовой температуры теплоносителя и последующей установкой рабочего давления в системе, соответствующего измеренной температуре.
Применительно к использованию этого способа для дозаправки рабочим телом гидравлической системы терморегулирования космического аппарата в полете, он обладает следующими недостатками:
- способ небезопасен для экипажа, т.к. предусматривает начальное сплошное заполнение системы рабочим телом с последующими предварительным и окончательным сливами избыточного рабочего тела. В полете такие сливы рабочего тела недопустимы из-за возможного пролива жидкости и попадания ее в обитаемый отсек;
- способ предусматривает нагружение системы максимально-допустимым по условиям прочности технологическим давлением, что также является небезопасным для экипажа из-за возможного нарушения герметичности системы и попадания рабочего тела внутрь обитаемого отсека;
- способ достаточно сложен, содержит большое число технологических операций, которые необходимы только в наземных условиях для качественного заполнения системы рабочим телом.
В полете такие операции просто не требуются, т.к. рабочее тело в систему уже заправлено и необходимо лишь восполнить его потери.
Задачей настоящего изобретения является создание устройства для дозаправки в полете рабочим телом гидравлической магистрали системы терморегулирования космического аппарата, снабженной гидропневматическим компенсатором объемного расширения рабочего тела, и способа его эксплуатации, надежных в работе, безопасных для экипажа и исключающих попадание газа в гидравлическую магистраль при дозаправке системы.
Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для заправки, содержащем емкость для рабочего тела, жидкостная полость которой связана заправочной магистралью через запорный вентиль и гидроразъем с гидравлической магистралью системы терморегулирования, манометр абсолютного давления, эталонную емкость, вакуумный насос, источник давления и арматуру, емкость для рабочего тела выполнена в виде двухполостной конструкции, полости которой герметично отделены друг от друга подвижным разделителем сред, при этом одна из полостей - газовая заполнена вытесняющим газом, а другая - жидкостная заполнена рабочим телом гидравлической магистрали и связана с гидравлической магистралью системы терморегулирования вышеупомянутым образом, при этом газовая полость емкости для рабочего тела через второй и третий запорные вентили и самозапирающийся пневморазъем сообщена пневмомагистралью с газовой полостью гидропневматического компенсатора системы терморегулирования, причем к этой пневмомагистрали на участке между вторым и третьим запорными вентилями через четвертый, пятый и шестой запорные вентили подключены соответственно эталонная емкость, вакуумный насос и нагнетатель.
Задача решается также тем, что в известном способе заправки рабочим телом гидравлической системы терморегулирования космического аппарата, снабженной гидропневматическим компенсатором объемного расширения рабочего тела, основанном на вытеснении рабочего тела в гидравлическую магистраль системы терморегулирования из емкости с рабочим телом под действием перепада давлений, создаваемых в газовой полости упомянутой емкости и в гидравлической магистрали системы терморегулирования, предварительно измеряют объем газовой полости емкости с рабочим телом V1 и устанавливают в ней давление воздуха P1, на 100-150 мм рт.ст. меньшее, чем давление атмосферы отсека, где работает экипаж во время дозаправки системы, после чего вакуумируют газовую полость гидропневматического компенсатора системы до давления, превышающего давление насыщенных паров рабочего тела на величину абсолютной погрешности канала измерения давления в гидравлической магистрали системы терморегулирования, а затем производят вытеснение рабочего тела в упомянутую гидравлическую магистраль, при этом постоянно контролируют текущее давление в газовой полости емкости с рабочим телом Р2 и прекращают вытеснение, когда это давление понизится до величины, определяемой из соотношения:
где V1 - измеренный объем газовой полости с рабочим телом перед вытеснением дозаправляемой дозы рабочего тела в гидравлическую магистраль;
Р1 - установленное давление воздуха в газовой полости емкости с рабочим телом перед вытеснением дозаправляемой дозы рабочего тела в гидравлическую магистраль;
Р2 - текущее давление в газовой полости емкости с рабочим телом, при котором прекращают вытеснение дозаправляемой дозы рабочего тела в гидравлическую магистраль;
ΔV - объем дозаправляемой дозы рабочего тела, необходимый для восстановления номинальных рабочих характеристик системы.
Технический результат при использовании предложенного устройства для дозаправки в полете гидравлической магистрали системы терморегулирования космического аппарата, снабженной гидропневматическим компенсатором объемного расширения рабочего тела, и способа его эксплуатации, достигается за счет того, что в отличие от существующих в настоящее время аналогичных устройств и способов, они обеспечивают:
- безопасность экипажа космического аппарата, т.к. дозаправка гидравлической магистрали системы терморегулирования рабочим телом проводится при давлении, меньшем, чем давление атмосферы обитаемого отсека. Поэтому, в случае разгерметизации заправочной магистрали устройства, подающей рабочее тело в гидравлическую магистраль системы терморегулирования, либо жидкостной полости самой емкости с рабочим телом, рабочее тело попасть в обитаемый отсек не может (наоборот, в устройство для дозаправки будет натекать воздух из отсека);
- возможность контролировать и регулировать количество рабочего тела дозаправляемого в гидравлическую магистраль системы терморегулирования путем контроля изменения давления вытеснения в газовой полости емкости с рабочим телом и прекращать дозаправку после вытеснения в гидравлическую магистраль необходимой дозы рабочего тела;
- надежность дозаправки, т.к. исключается возможность вытеснения в систему рабочего тела со свободными газовыми включениями.
Предложенные устройство и способ его эксплуатации, а также работу устройства рассмотрим на примере дозаправки рабочим телом в полете внутренней гидравлической магистрали системы терморегулирования перспективного модуля орбитальной станции.
Гидравлический контур магистрали системы терморегулирования объединяет теплообменные агрегаты различного назначения, расположенные внутри обитаемых отсеков, электронасосные агрегаты, обеспечивающие циркуляцию рабочего тела, арматуру и датчиковую аппаратуру. Компенсация объемного расширения рабочего тела в гидравлической магистрали обеспечивается гидропневматическим компенсатором. В состав арматуры гидравлической магистрали входят ответная часть гидравлического разъема, обеспечивающего подключение жидкостной полости емкости для рабочего тела устройства и ответная часть пневморазъема, обеспечивающего подключение газовой полости емкости для рабочего тела к газовой полости гидропневматического компенсатора.
Принципиальная пневмогидравлическая схема устройства для дозаправки, подключенного к гидравлической магистрали системы терморегулирования, приведена на чертеже, где обозначены:
1 - устройство для дозаправки;
2 - гидроразъем;
3 - штуцер;
4 - заправочный клапан;
5 - запорный вентиль;
6 - емкость для рабочего тела;
7 - подвижный разделитель сред;
8 - жидкостная полость емкости для рабочего тела;
9 - газовая полость емкости для рабочего тела;
10 - манометр абсолютного давления;
11 - запорный вентиль;
12 - запорный вентиль;
13 - заправочный клапан;
14 - штуцер;
15 - эталонная емкость;
16 - вакуумный насос;
17 - штуцер;
18 - штуцер;
19 - нагнетатель;
20 - запорный вентиль;
21 - запорный вентиль;
22 - запорный вентиль;
23 - пневмомагистраль;
24 - запорный вентиль;
25 - запорный вентиль;
26 - штуцер;
27 - запорный вентиль;
28 - гибкий металлорукав;
29 - пневморазъем;
30 - дренажный клапан;
31 - штуцер;
32 - заправочная магистраль;
33 - гидравлическая магистраль системы терморегулирования;
34 - телеметрический датчик давления;
35 - гидропневматический компенсатор системы терморегулирования;
36 - газовая полость гидропневматического компенсатора системы терморегулирования;
37 - телеметрический датчик давления.
Устройство для дозаправки 1 содержит двухполостную емкость для рабочего тела 6, манометр абсолютного давления 10, эталонную емкость 15, вакуумный насос 16 и нагнетатель 19.
Двухполостная емкость для рабочего тела 6 представляет собой цилиндрическую оболочку с верхним и нижним днищами, герметично разделенную на две полости - жидкостную полость емкости для рабочего тела 8 и газовую полость емкости для рабочего тела 9 - подвижным разделителем сред 7, представляющим собой металлическую сильфонную конструкцию переменного объема, размещенную внутри цилиндрической оболочки. К верхнему срезу сильфонной конструкции приварена герметичная крышка, нижний срез сильфонной конструкции герметично приварен к нижнему днищу цилиндрической оболочки.
Внутренний объем жидкостной полости емкости для рабочего тела 8 заправочной магистралью 32 через запорный вентиль 5 и самозапирающийся гидроразъем 2 с гидравлической магистралью системы терморегулирования 33. Для удобства соединения упомянутых магистралей заправочная магистраль 32 выполнена в виде гибкого сильфонного металлорукава необходимой длины.
Внутрь жидкостной полости емкости для рабочего тела 8 через штуцер 3 и заправочный клапан 4 заправлено рабочее тело, а газовая полость емкости для рабочего тела 9 заполнена воздухом обитаемого отсека, который используется в качестве вытесняющего газа.
Заправка емкости для рабочего тела 6 соответствующим рабочим телом производится в процессе наземной подготовки транспортного грузового корабля, который в числе прочих грузов доставляет на орбитальную станцию и устройство для дозаправки 1.
Эталонная емкость 15 предназначена для измерения объема газовой полости емкости для рабочего тела 9 и представляет собой сферический баллон низкого давления, объем внутренней полости которого с необходимой точностью измерен на заводе-изготовителе; эталонная емкость связана с пневмомагистралью 23 через запорный вентиль 22.
Вакуумный насос 16 предназначен для вакуумирования пневмомагистрали 23 и связанной с ней газовой полости гидропневматического компенсатора системы терморегулирования 36. Вакуумный насос 16 представляет собой малогабаритный агрегат с электроприводом, который запитывается от бортовой розетки системы электропитания модуля орбитальной станции и связан с пневмомагистралью 23 через запорный вентиль 21.
Нагнетатель 19 предназначен для восстановления номинального рабочего давления в гидравлической магистрали системы терморегулирования 33 после ее дозаправки рабочим телом путем соответствующего наддува газовой полости гидропневматического компенсатора системы терморегулирования 36; представляет собой микрокомпрессор с электроприводом и также запитывается от бортовой розетки системы электропитания модуля.
Гидроразъем 2 предназначен для быстрого подключения заправочной магистрали 32 устройства для дозаправки 1 к гидравлической магистрали системы терморегулирования 33; он представляет собой герметичное гидравлическое соединение, состоящее из двух составных частей, при разъединении (соединении) которых не происходит пролив рабочего тела в окружающую среду. Подсоединительная часть гидроразъема 2 установлена на конце заправочной магистрали 32, а ответная часть - стационарно установлена в обитаемом отсеке модуля и связана трубопроводом с гидравлической магистралью системы терморегулирования 33.
Газовая полость емкости для рабочего тела 9 через запорный вентиль 12, пневмомагистраль 23 и запорный вентиль 27 с помощью гибкого металлорукава 28 связана с пневморазъемом 29, размещенном в обитаемом отсеке станции. Пневморазъем 29 также состоит из двух частей - подсоединительной части, непосредственно связанной с гибким металлорукавом 28, и ответной части, стационарно установленной в обитаемом отсеке. Ответная часть пневморазъема 29 связана трубопроводом с газовой полостью гидропневматического компенсатора системы терморегулирования 36.
Контроль абсолютного давления в пневмомагистрали 23 устройства для дозаправки 1 в процессе работы и хранения производится с помощью манометра абсолютного давления 10, связанного с пневмомагистралью 23 через запорный вентиль 11.
Установка необходимого рабочего давления в газовой полости емкости для рабочего тела 9 в процессе наземной подготовки устройства для дозаправки 1 производится через штуцер 14 и заправочный клапан 13 путем подключения к штуцеру 14 наземного источника низкого давления. При необходимости сообщение пневмомагистрали 23 с окружающей атмосферой производится через запорный вентиль 25 и штуцер 26.
Подготовленное к работе и заправленное необходимым рабочим телом устройство для дозаправки 1 доставляется на модуль орбитальной станции транспортным грузовым кораблем и хранится в обитаемом отсеке в составе запасных частей и расходуемых элементов системы терморегулирования. При этом предполагается, что устройство для дозаправки 1 может применяться многократно до полного использования рабочего тела.
После принятия специалистами Центра управления полетом решения о необходимости проведения дозаправки гидравлической магистрали системы терморегулирования рабочим телом (теплоносителем) и определения ими объема дозаправляемой дозы экипаж производит необходимую подготовку к работе. Он выключает электронасосные агрегаты и автоматику гидравлической магистрали системы терморегулирования 33 и подключает устройство для дозаправки 1 непосредственно к этой магистрали. Для этой цели подсоединительная часть гидроразъема 2, установленная на заправочной магистрали 32, подстыковывается к ответной части гидроразъема 2, а подсоединительная часть пневморазъема 29 с помощью гибкого металлорукава 28 подстыковывается к ответной части пневморазъема 29.
После этого экипаж с помощью эталонной емкости 15 измеряет объем газовой полости емкости для рабочего тела 9. Для этой цели предварительно открывают запорные вентили 11 и 12 и манометром абсолютного давления 10 измеряют давление в газовой полости емкости для рабочего тела 9 (исходное давление из условий безопасности находится на уровне 600-700 мм рт.ст., т.е. ниже, чем давление атмосферы обитаемого отсека). После этого закрывают запорный вентиль 12, открывают запорные вентили 21, 22, снимают герметичную заглушку со штуцера 17 вакуумного насоса 16 и с помощью вакуумного насоса 16 вакуумируют эталонную емкость 15 до давления 300-400 мм рт.ст.; в ходе вакуумирования контроль давления в эталонной емкости 15 ведут по манометру абсолютного давления 10. Далее закрывают запорный вентиль 21, выключают вакуумный насос 16, открывают запорный вентиль 12, вновь измеряют установившееся давление в системе эталонная емкость 15 - газовая полость емкости для рабочего тела 9 и определяют объем газовой полости двухполостной емкости для рабочего тела 9 по формуле:
где VГП - объем газовой полости емкости для рабочего тела;
VЭЕ - объем эталонной емкости;
Роб - давление воздуха в объединенном объеме газовая полость емкости для рабочего тела плюс эталонная емкость;
PЭЕ - давление воздуха в эталонной емкости после ее вакуумирования;
рГП - исходное давление воздуха в газовой полости емкости для рабочего тела.
Приведенная методика измерения объема газовой полости гидропневматического компенсатора системы терморегулирования с помощью эталонной емкости изложена в отраслевом стандарте ОСТ 92-470-81 "Система терморегулирования. Методика заправки теплоносителями".
После завершения этой операции снимают герметичную заглушку со штуцера 26 и устанавливают в газовой полости двухполостной емкости для рабочего тела 9 давление, исходя из условия обеспечения безопасности работ на уровне, меньшем на ˜100-150 мм рт.ст., чем давление атмосферы в обитаемом отсеке, где находится экипаж во время дозаправки системы. Установку давления производят путем напуска воздуха из обитаемого отсека через запорный вентиль 25. Точно фиксируют установленное давление и закрывают запорные вентили 12, 25.
Далее экипаж приступает к вакуумированию газовой полости гидропневматического компенсатора системы терморегулирования 36. Сначала открывают запорные вентили 25, 27, выравнивая тем самым давление в газовой полости гидропневматического компенсатора системы терморегулирования 36 с давлением атмосферы обитаемого отсека. После этого закрывают запорный вентиль 25, открывают запорный вентиль 21, включают вакуумный насос 16 и вакуумируют газовую полость гидропневматического компенсатора системы терморегулирования 36 до давления, превышающего давление насыщенных паров рабочего тела на величину абсолютной погрешности канала измерения давления в системе (величина давления вакуумирования для операции дозаправки заранее вносится в бортовую инструкцию на проведение работы). Это делается для того, чтобы создать максимальный перепад давления между газовыми полостями емкости для рабочего тела 9 и гидропневматического компенсатора системы терморегулирования 36, обеспечив тем самым максимальную скорость вытеснения дозаправляемой дозы рабочего тела и, следовательно, сокращение времени дозаправки.
В то же время выбранный уровень вакуумирования позволяет гарантированно проконтролировать по телеметрическому каналу (по показаниям телеметрического датчика давления 34) в Центре управления полетом, что давление рабочего тела в гидравлической магистрали системы терморегулирования 33 не опустилось ниже давления насыщенных паров рабочего тела (вакуумирование газовой полости гидропневматического компенсатора системы терморегулирования 36 ниже давления насыщенных паров рабочего тела недопустимо из-за вскипания последнего и нарушения сплошности жидкости). После достижения необходимого давления закрывают запорный вентиль 21, выключают вакуумный насос 16 и закрывают запорный вентиль 27.
Теперь, зная заранее необходимую величину дозаправляемой дозы рабочего тела, по приведенному в бортовой инструкции соотношению
экипаж определяет давление в газовой полости емкости для рабочего тела, при котором он прекращает дозаправку. Величина (объем) дозаправляемой дозы рабочего тела определяется специалистами Центра управления полета, исходя из соображений полного восстановления номинальных рабочих характеристик гидравлической магистрали системы терморегулирования.
Для вытеснения дозаправляемой дозы рабочего тела открывают запорный вентиль 5 и контролируют изменение давления воздуха в газовой полости емкости для рабочего тела 9 по манометру абсолютного давления 10. При достижении необходимого давления закрывают запорный вентиль 5, прекращая тем самым вытеснение рабочего тела в гидравлическую магистраль системы терморегулирования и завершая процесс дозаправки.
Затем приводят в исходное состояние устройство для дозаправки 1 и гидравлическую магистраль системы терморегулирования 33. Предварительно открывают запорный вентиль 12 и сообщают газовую полость емкости для рабочего тела 9 с пневмомагистралью 23, а затем открывают запорный вентиль 25, и устанавливают в газовой полости емкости для рабочего тела 9 исходное на начало операции дозаправки давление воздуха (˜600 мм рт.ст.), после чего закрывают запорный вентиль 12.
Далее открывают запорный вентиль 27 и устанавливают в газовой полости гидропневматического компенсатора системы терморегулирования 36 давление атмосферы обитаемого отсека.
Закрывают запорный вентиль 25, снимают заглушку со штуцера 18, открывают запорный вентиль 20, включают нагнетатель 19 и устанавливают в газовой полости гидропневматического компенсатора системы 36 номинальное рабочее давление (контроль по манометру абсолютного давления 10). После этого закрывают запорный вентиль 27, выключают нагнетатель 19, закрывают запорный вентиль 20, открывают запорный вентиль 25 и устанавливают в пневмомагистрали 20 давление атмосферы обитаемого отсека. Затем закрывают запорный вентиль 25, устанавливают герметизирующие заглушки на штуцеры 17, 18, 26 и отстыковывают подсоединительные части гидроразъема 2 и пневморазъема 29 от их ответных частей. Устанавливают технологические заглушки (не указаны) на подсоединительные и ответные части гидроразъема 2 и пневморазъема 29, отключают вакуумный насос 16 и нагнетатель 19 от бортовой розетки, после чего убирают устройство для дозаправки 1 на место хранения.
Таким образом, совокупность новых признаков, отсутствующих в известных технических решениях, позволяет достичь нового технического результата, а именно:
- создать устройство для дозаправки в полете рабочим телом гидравлической магистрали системы терморегулирования, снабженной гидропневматическим компенсатором объемного расширения рабочего тела и способ его эксплуатации, обеспечивающие высокоточную, надежную и безопасную дозаправку рабочим телом гидравлических магистралей систем терморегулирования;
- увеличить продолжительность полета долговременных пилотируемых космических аппаратов за счет продления срока службы систем терморегулирования путем их периодической дозаправки рабочими телами.
Предложенный способ не требует принципиального изменения технологии эксплуатации гидравлических систем терморегулирования, а устройство для дозаправки рабочим телом использует арматуру, уже разработанную и применяемую в конструкции таких систем. Отработка навыков дозаправки у экипажа по предложенному способу может быть проведена в ходе обычной подготовки по системе терморегулирования на существующей материальной части с использованием образца устройства, прошедшего конструкторско-доводочные испытания.
Изобретения относятся к области терморегулирования космических аппаратов. Предлагаемое устройство содержит емкость для рабочего тела с жидкостной и газовой полостями, герметично отделенными друг от друга подвижным разделителем сред. Жидкостная полость заполнена рабочим телом гидравлической магистрали. Газовая полость заполнена вытесняющим газом и через запорные вентили и пневморазъем сообщена пневмомагистралью с газовой полостью гидропневматического компенсатора. К пневмомагистрали подключены эталонная емкость, вакуумный насос и нагнетатель. Согласно предлагаемому способу предварительно измеряют объем газовой полости емкости с рабочим телом и устанавливают в ней давление воздуха, несколько меньшее давления в отсеке, где работает экипаж. Затем вакуумируют газовую полость гидропневматического компенсатора до давления, превышающего давление насыщенных паров рабочего тела на величину абсолютной погрешности канала измерения давления в гидравлической магистрали. После этого вытесняют из жидкостной полости указанной емкости рабочее тело в гидравлическую магистраль, постоянно контролируя текущее давление в газовой полости этой емкости. Прекращают вытеснение, когда это давление понизится до определенной величины, зависящей от объема дозаправляемой дозы рабочего тела, объема газовой полости указанной емкости перед вытеснением данной дозы, давлений воздуха в газовой полости перед вытеснением и в конце его. Техническим результатом изобретений является создание устройства и способа, надежных в работе, безопасных для экипажа и исключающих попадание газа в гидравлическую магистраль при дозаправке системы. Этим достигается продление срока службы систем терморегулирования и увеличение продолжительности полета, в частности, орбитальных космических станций. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
где V1 - измеренный объем газовой полости емкости с рабочим телом перед вытеснением дозаправляемой дозы рабочего тела в гидравлическую магистраль;
P1 - установленное давление воздуха в газовой полости емкости с рабочим телом перед вытеснением дозаправляемой дозы рабочего тела в гидравлическую магистраль;
Р2 - текущее давление в газовой полости емкости с рабочим телом, при котором прекращают вытеснение дозаправляемой дозы рабочего тела в гидравлическую магистраль;
ΔV - объем дозаправляемой дозы рабочего тела, необходимый для восстановления номинальных рабочих характеристик системы терморегулирования.
| СПОСОБ ЗАПРАВКИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА, СНАБЖЕННОЙ ГИДРОПНЕВМАТИЧЕСКИМ КОМПЕНСАТОРОМ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 2003 |
|
RU2252901C1 |
| СПОСОБ ЗАПРАВКИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ | 2001 |
|
RU2196711C2 |
| СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЕМ В ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ ПИЛОТИРУЕМОГО КОСМИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА | 2002 |
|
RU2238887C2 |
| СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ В ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ С ГАЗОЖИДКОСТНЫМ КОМПЕНСАТОРОМ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА | 1999 |
|
RU2160217C1 |
| ЩИТОВОЙ ДЛЯ ВОДОЕМОВ ЗАТВОР | 1922 |
|
SU2000A1 |
| US 5005787 А, 09.04.1991 | |||
| JP 6234400 А, 23.08.1994. | |||
