СИСТЕМА ПОДАЧИ ТОПЛИВА Российский патент 2008 года по МПК F02K9/50 

Предлагаемое изобретение относится к области космической техники, а точнее к области проектирования и эксплуатации реактивных двигательных установок (РДУ) космических летательных аппаратов (КЛА).

Системы подачи топлива используются в современных РДУ КЛА, применяемых для создания импульсов тяги, необходимых как для перемещения центра масс КЛА (коррекция траектории движения, торможения КЛА для обеспечения его схода с орбиты), так и для создания управляющих моментов относительно его центра масс (ориентация, развороты и т.д.). Импульсы тяги для различных режимов управления аппаратом в пространстве создаются с помощью имеющихся на борту реактивных двигателей (РД), величины тяг которых в зависимости от их назначения изменяются в широких пределах (от нескольких сотен кгс до единиц и менее кгс). Работа указанных двигателей с заданными параметрами обеспечивается системами наддува топливных баков и подачи топлива к входам двигателей.

Известны системы подачи топлива РДУ КЛА (см., например, журнал №7 «Авиация и космонавтика», М., Воениздат, 1978 г., с.36, 37, рис.2). Системы подачи топлива содержат топливные баки горючего и окислителя, магистрали подачи топлива с пускоотсечными клапанами и системы наддува топливных баков, включающие баллоны высокого давления, связанные пневмомагистралями с газовыми полостями топливных баков и установленные на них пускоотсечные клапаны, газовые редукторы, сигнализаторы и датчики давления. Баллоны высокого давления заполнены газом, например азотом, и служат для обеспечения выдавливания топлива из топливных баков и подачи его к РД РДУ КЛА.

Общими недостатками известных аналогов системы подачи топлива являются низкая надежность и небольшой ресурс работы системы.

Известна также система подачи топлива РДУ КЛА (см., например, патент России №2143579 с приоритетом от 31.08.1998, МПК F02K 9/50), выбранная в качестве прототипа, содержащая топливные баки горючего и окислителя, магистрали подачи топлива с пускоотсечными клапанами и систему наддува топливных баков, включающую баллоны высокого давления, связанные пневмомагистралями с газовыми полостями топливных баков, и установленные на пневмомагистралях пускоотсечные клапаны, дроссельные устройства, газовые редукторы и предохранительные клапаны.

В таких системах выдавливание топлива из топливных баков производят газом, например гелием или азотом, закачанным в баллоны высокого давления на Земле перед стартом. Топливо из топливных баков поступает по магистралям подачи к потребителю, например к РД. В процессе работы системы подачи топлива она не имеет контроля перепада давления между газом наддува в газовой полости бака и топливом, в результате чего отсутствует возможность регулировать и стабильно поддерживать допускаемый перепад давления в полостях топливного бака, что ведет к снижению надежности и долговечности системы подачи топлива.

Недостатками прототипа системы подачи топлива, также как и у аналогов, являются невысокая надежность и недолговечность системы.

Задачей настоящего изобретения является создание системы подачи топлива, например, РДУ КЛА, которая обладала бы повышенной надежностью и долговечностью.

Это достигается тем, что в системе подачи топлива каждый топливный бак снабжен закольцовочным трубопроводом, снабженным датчиком перепада давлений между газом наддува и топливом.

Сущность изобретения заключается в том, что в системе подачи топлива, содержащей топливные баки горючего и окислителя, магистрали подачи топлива с пускоотсечными клапанами и систему наддува топливных баков, включающую баллоны высокого давления, связанные пневмомагистралями с газовыми полостями топливных баков, и установленные на пневмомагистралях пускоотсечные клапаны, дроссельные устройства, газовые редукторы и предохранительные клапаны, каждый топливный бак снабжен закольцовочным трубопроводом, включенным между входом в газовую полость топливного бака и выходом из его жидкостной полости перед пускоотсечным клапаном, установленным на магистрали подачи топлива, причем в закольцовочный трубопровод встроен датчик перепада давлений, электрически подключенный к блоку управления клапанами.

Техническое решение в части снабжения каждого топливного бака закольцовочным трубопроводом, включенным между входом в газовую полость топливного бака и выходом из его жидкостной полости перед пускоотсечным клапаном, установленным на магистрали подачи топлива, подключения к блоку управления клапанами датчика перепада давления, встроенного в закольцовочный трубопровод, который контролирует закрытие (открытие) пускоотсечных клапанов, регулируя подачу газа и отбор (подачу) топлива из топливных баков, обеспечивая сохранность перекладных мембран и, как следствие, нормальную работу РД, при этом обеспечивается повышение надежности и долговечности системы подачи топлива, что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения.

Использование предлагаемой системы подачи топлива, например, на космическом орбитальном комплексе типа «МКС» - «Прогресс» - «Шаттл» позволит дать значительный экономический эффект за счет повышения надежности и долговечности системы.

Суть изобретения поясняется чертежом. Предлагаемая система подачи топлива состоит из следующих основных узлов, деталей и агрегатов: топливных баков горючего 1 и окислителя 2, магистралей подачи топлива 3, 4 с пускоотсечными клапанами 5, 6 и систему наддува топливных баков, включающую баллоны высокого давления 7, 8, связанные пневмомагистралями 9, 10 с газовыми полостями 11, 12 топливных баков 1, 2 и установленные на пневмомагистралях 9, 10 пускоотсечные клапаны 13, 14 и 15, 16, например моторные или электромагнитные клапаны, дроссельные устройства 17, 18, газовые редукторы 19, 20 и предохранительные клапаны 21, 22. Каждый топливный бак 1(2) снабжен закольцовочным трубопроводом 23(24), включенным между входом 25(26) в газовую полость 11(12) топливного бака 1(2) и выходом 27(28) из его жидкостной полости 29(30) перед пускоотсечным клапаном 5(6), установленным на магистрали подачи топлива 3(4). В закольцовочный трубопровод 23(24) встроен датчик перепада давлений 31(32), например, типа ИКД27ДФ-3,0, электрически подключенный к блоку управления клапанами 33. Выдавливаемое посредством перекладных мембран 34, 35 топливо (горючее и окислитель) из топливных баков 1, 2 подается к потребителю, например к реактивным двигателям 36. Пускоотсечной клапан 37 установлен на перепускной магистрали, сообщающей пневмомагистрали 9, 10, и предназначен для обеспечения перераспределения газа между пневмомагистралями 9, 10.

Работает система подачи топлива следующим образом. Для выдавливания и подачи топлива к реактивным двигателям 36 из топливных баков горючего 1 и окислителя 2 открывают пускоотсечные клапаны 13, 14 и 15, 16, и газ, например гелий, из баллонов высокого давления 7, 8 под высоким давлением (порядка 350 кгс/см²) проходит через дроссельные устройства 17, 18, где в результате дросселирования газа давление понижается порядка до 30 кгс/см² и подается в газовые редукторы 19, 20, которые понижают давление до заданного и необходимого (порядка 10 кгс/см²) для выдавливания топлива посредством перекладных мембран 34, 35 из топливных баков 1, 2 и подачи через магистрали подачи топлива 3, 4 к РД 36, при этом пускоотсечные клапаны 5, 6 открывают.

В процессе работы системы подачи топлива датчики перепада давления 31, 32, рассчитанные на заданный (допускаемый) перепад давления между газом наддува и топливом, например, не более 2 кгс/см², осуществляют контроль, и по сигналу от них (при превышении допускаемого перепада давления) блок управления клапанами 33 подает команду на полное или частичное закрытие (открытие) пускоотсечных клапанов 15, 16 и 5, 6, таким образом, регулируя подачу газа и отбор (подачу) топлива из топливных баков 1, 2, обеспечивая сохранность от повреждений перекладных мембран 34, 35 и нормальную работу РД 36, что повышает надежность и увеличивает ресурс работы системы.

Изобретение относится к области космической техники, а точнее - к области проектирования и эксплуатации реактивных двигательных установок, обеспечивающих дозаправку космических объектов в условиях космического пространства. В системе подачи топлива, содержащей топливные баки горючего и окислителя, магистрали подачи топлива с пускоотсечными клапанами и систему наддува топливных баков, включающую баллоны высокого давления, связанные пневмомагистралями с газовыми полостями топливных баков, и установленные на пневмомагистралях пускоотсечные клапаны, дроссельные устройства, газовые редукторы и предохранительные клапаны, каждый топливный бак снабжен закольцовочным трубопроводом, включенным между входом в газовую полость топливного бака и выходом из его жидкостной полости перед пускоотсечным клапаном, установленным на магистрали подачи топлива, причем в закольцовочный трубопровод встроен датчик перепада давлений, электрически подключенный к блоку управления клапанами. Изобретение обеспечивает повышение надежности и увеличение ресурса работы системы подачи топлива. 1 ил.

Система подачи топлива, содержащая топливные баки горючего и окислителя, магистрали подачи топлива с пускоотсечными клапанами и систему наддува топливных баков, включающую баллоны высокого давления, связанные пневмомагистралями с газовыми полостями топливных баков, и установленные на пневмомагистралях пускоотсечные клапаны, дроссельные устройства, газовые редукторы и предохранительные клапаны, отличающаяся тем, что каждый топливный бак снабжен закольцовочным трубопроводом, включенным между входом в газовую полость топливного бака и выходом из его жидкостной полости перед пускоотсечным клапаном, установленным на магистрали подачи топлива, причем в закольцовочный трубопровод встроен датчик перепада давлений, электрически подключенный к блоку управления клапанами.