СИСТЕМА НАДДУВА ТОПЛИВНЫХ БАКОВ Российский патент 2011 года по МПК F02K9/50 

Изобретение относится к области систем автоматического регулирования и может быть использовано для наддува топливных баков в двигательных установках с жидкостными ракетными двигателями в том числе с жидкостными ракетными двигателями малой тяги и газовыми ракетными двигателями систем маневрирования и ориентации космических летательных аппаратов.

Известна схема вытеснительной подачи топлива к жидкостным ракетным двигателям (А.П.Васильев, В.М.Кудрявцев и др. Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. В 2 кн. Кн.2. - М.: Высшая школа, 1993, с.104-105, рис.13.4), состоящая из аккумулятора сжатого газа, магистрали подачи газа наддува в баки с компонентами топлива, в которой установлена дроссельная шайба и пусковой клапан. Дроссельные шайбы могут быть подобраны таким образом, что будут обеспечивать снижение давления подачи компонентов топлива и тяги двигателя во времени по заданному закону. Недостатком такой схемы является узкая область применения из-за постоянно изменяющегося давления подачи компонентов топлива.

Известна система регулирования давления подачи компонентов топлива с электронным регулятором давления (Rose L.J. Evaluation of a monopropellant propulsion system converted to bipropellants. - AIAA-85-1301, 1985), состоящая из аккумулятора высокого давления, коллектора потребителей газа, соединяющих их параллельных ветвей трубопроводов с встроенными в них последовательно электроклапанами по три в каждой ветви, причем один из электроклапанов в каждой ветви является импульсным, а остальные - магистральными, при этом управление импульсным электроклапаном осуществляет электронная схема на триггерном принципе с фиксированными уровнями давления включения и выключения импульсного электроклапана и контролем по датчикам давления, установленным на коллекторе потребителей газа.

Регулятор обладает высокой надежностью, точностью регулирования, гибкостью парирования нештатных ситуаций. Недостатком системы являются низкие расходные характеристики (до 1 Г/с). Увеличение расхода газа потребителями до 6…8 Г/с приводит к нестабильности давления при начальном газовом объеме коллектора и максимальном давлении в аккумуляторе высокого давления.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и расширение расходных характеристик регулятора.

Поставленная цель достигается тем, что в известной системе подачи топлива, состоящей из аккумулятора высокого давления и коллектора потребителей газа, связанных между собой трубопроводами с установленными в них последовательно импульсными клапанами и магистральными клапанами, датчиками давления в коллекторе потребителей газа и системы управления импульсными клапанами на триггерном принципе с фиксированными уровнями давления включения и выключения импульсного электроклапана дополнительно в триггерную схему управления импульсными электроклапанами введена ступень дифференцирования сигнала датчика по скорости нарастания давления в коллекторе. При превышении заданной скорости нарастания давления происходит прерывание сигнала включения импульсного электроклапана.

Предлагаемая система подачи топлива приведена на чертежах.

На фиг.1 показана пневмогидравлическая схема системы подачи топлива.

На фиг.2 - упрощенная электронная схема управления давлением (блок управления).

Пневмогидравлическая часть системы подачи топлива (фиг.1) состоит из двух или более параллельных ветвей 1 с последовательно установленными в них импульсными 2 и магистральными 3 электромагнитными клапанами, при этом по одной из них осуществляется наддув, а другие являются резервными. Параллельные ветви 1 сообщают между собой аккумулятор высокого давления 4 и коллектор 5. Коллектор 5 сообщен с полостями наддува 6 и 7 топливных баков горючего 8 и окислителя 9. Окислитель и горючее через клапаны 10 и 11 соответственно подаются в ракетный двигатель 12. Часть газа наддува может быть использована в качестве рабочего тела газовых реактивных двигателей малой тяги 13 с клапанами управления 14. На коллекторе 5 установлены датчики контроля давления 15, связанные электрически с блоком управления 16, предназначенным для подачи сигнала на открытие и закрытие импульсных электромагнитных клапанов 2.

Блок управления 16 (фиг.2) состоит из датчика давления 15, компаратора 17 (выключение импульсного элекроклапана), компаратора 18 (включение импульсного электроклапана), триггера 19, настроечных резисторов 20, 21, 22, операционного усилителя 23, компаратора 24, схемы сравнения 25 и выходного усилителя 26 электрически соединенного с электроклапаном 2.

Система подачи топлива работает следующим образом.

В исходном состоянии газ наддува хранится в аккумуляторе высокого давления 4. Для создания рабочего давления газа в полостях наддува 6 и 7 топливных баков горючего 8 и окислителя 9 подают электропитание на блок управления 16. При этом открываются магистральные электроклапаны 3 одной из ветвей подачи газа наддува. Сигнал с датчика давления 15 поступает на компараторы 17, 18 и операционный усилитель 23, работающий как дифференцирующее звено. Сигнал компаратора 18 переключает триггер 19 в положение Q и через схему сравнения 25 включается импульсный электроклапан 2. Газ наддува поступает в колектор 5 и полости наддува 6 и 7 баков 8 и 9. Давление в коллекторе и баках повышается. По достижении заданного давления в коллекторе 5, контролируемого датчиками давления 15, компаратор 17 переключает триггер 19 в положение и схема сравнения 24 выключает импульсный электромагнитный клапан 2. Газ из аккумулятора высокого давления 4 не поступает в коллектор 5 и полости наддува 6 и 7. По мере расходования компонентов топлива и газа через газовые двигатели 13 с клапанами 14 давление в коллекторе 5, контролируемое датчиками давления 15, падает до уровня срабатывания компаратора 18, включается импульсный электромагнитный клапан 2. Цикл повторяется. В начальный период работы системы наддува, когда газовые полости имеют малый объем, а давление в аккумуляторе 2 максимально, скорость нарастания давления в коллекторе 5 может превышать заданную компаратором 24. В этом случае по сигналу операционного усилителя 23 компаратор 24 выдает сигнал на схему сравнения 25 и прерывает сигнал включения электромагнитного клапана 2, поступающий с триггера 19. Выключение электромагнитного клапана 2 происходит по сигналу компаратора 17, при этом скорость нарастания давления не будет превышать заданной компаратором 24 величины.

Изобретение позволяет за счет введения в триггерную схему управления контроля и ограничения скорости нарастания давления наддува в коллекторе потребителей газа, повысить его расходные характеристики.

Изобретение относится к области систем автоматического регулирования и может быть использовано для наддува топливных баков в двигательных установках с жидкостными ракетными двигателями, в том числе с жидкостными ракетными двигателями малой тяги и газовыми ракетными двигателями систем маневрирования и ориентации космических летательных аппаратов. Система наддува топливных баков состоит из аккумулятора высокого давления и коллектора потребителей газа, связанных между собой трубопроводами с установленными в них последовательно импульсными клапанами и магистральными клапанами, датчиками давления в коллекторе потребителей газа и системы управления импульсными клапанами на триггерном принципе с фиксированными уровнями давления включения и выключения импульсного электроклапана, при этом дополнительно в триггерную схему управления импульсными электроклапанами введена ступень дифференцирования сигнала датчика давления по скорости нарастания давления в коллекторе. Изобретение обеспечивает стабилизацию давления и расширение расходных характеристик регулятора. 2 ил.

Система наддува топливных баков, состоящая из аккумулятора высокого давления и коллектора потребителей газа, связанных между собой трубопроводами с установленными в них последовательно импульсными клапанами и магистральными клапанами, датчиками давления в коллекторе потребителей газа и системы управления импульсными клапанами на триггерном принципе с фиксированными уровнями давления включения и выключения импульсного электроклапана, отличающаяся тем, что дополнительно в триггерную схему управления импульсными электроклапанами введена ступень дифференцирования сигнала датчика давления по скорости нарастания давления в коллекторе.