СПОСОБ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ РАСПОЛОЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ЖИДКИХ КОМПОНЕНТОВ ТОПЛИВА В БАКАХ РАКЕТ-НОСИТЕЛЕЙ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК G01F23/00 

Изобретения относятся к области ракетно-космической техники и могут найти применение при осуществлении контроля уровня расположения поверхности жидких компонентов топлива в баках ракет-носителей.

Из литературы известен способ контроля уровня расположения поверхности жидких компонентов топлива в баках ракет-носителей, заключающийся в измерении уровня поверхности жидких компонентов топлива в баках ракет-носителей средством измерения уровня поверхности жидких компонентов топлива, соединенным с блоком вычисления уровня нахождения поверхности топлива, и передаче результатов вычисленных значений в систему управления ракеты-носителя. (См., например, книгу: «Научно-технические разработки ОКБ-23-КБ «Салют»» под ред. Ю.О.Бахвалова. М.: «Воздушный транспорт», 2006 г., стр.581, 582, 592).

Однако в данном способе несколько сложна процедура заправки топлива и технология монтажа системы контроля уровней в баках и недостаточна точность контроля уровня жидкости.

Задачей предлагаемого способа является создание контроля заправки и расхода топлива с достижением технического результата в виде повышения энергетических характеристик средств выведения, упрощения процедуры заправки и расхода топлива и технологии монтажа системы контроля уровня в баках, совмещение функций контроля уровня заправки с функциями контроля расхода топлива, а также повышение точности контроля уровня жидкости.

Данная задача решается таким образом, что в способе контроля уровня расположения поверхности жидких компонентов топлива в баках ракет-носителей, заключающемся в измерении уровня поверхности жидких компонентов топлива в баках ракет-носителей и передаче результатов измерений в систему управления, в соответствии с изобретением, на поверхность компонентов топлива воздействуют частотно-модулированными излучениями от излучателя электромагнитных волн, фиксируют отраженную волну регистратором сигналов, отраженных от поверхности жидкости, и передают вычисленное в вычислителе уровня фактическое значение уровня жидких компонентов по одному каналу в наземную систему контроля заправки во время предстартовой подготовки и по другому каналу - в бортовую систему управления расходом топлива при полете ракеты-носителя, обеспечивая непрерывный контроль уровня топлива в баках.

При этом в системе контроля уровня расположения поверхности жидких компонентов топлива в баках ракет-носителей, содержащей средство измерения уровня поверхности жидких компонентов топлива в баках, соединенное с блоком вычисления уровня нахождения поверхности топлива и передачи результатов вычисленных значений в систему управления ракеты-носителя, в соответствии с изобретением, в качестве средства измерения уровня жидких компонентов топлива в баках установлены излучатели электромагнитных волн, приемник регистратора сигналов, отраженных от поверхности жидких компонентов, с вычислителем уровня и волновод, причем излучатель, приемник регистратора и вычислитель уровня объединены конструктивно в одном герметичном корпусе, волновод расположен параллельно продольной оси бака, в верхней части волновода, противоположной от заборного устройства топливного бака, установлено переходное устройство, обеспечивающее герметичное соединение излучателя и приемника с волноводом, другой конец волновода открыт для доступа в него компонентов топлива, причем в корпусе волновода выполнены отверстия для дренажа газов и паров топлива, а само переходное устройство состоит из цилиндра, внутри которого расположена призма, выполненная из стекла специального состава, служащая для передачи сигналов от излучателя и отраженных сигналов и изолирующая излучатель от контактов с жидкостью и парожидкостными смесями в топливном баке.

Далее предложенное изобретение поясняется более подробно с использованием поясняющих фигур, показывающих схематично систему контроля уровня топлива прототипа (фиг.1) и предлагаемую (фиг.2).

В существующей системе (фиг.1) измерения уровня топлива средство измерения поверхности жидких компонентов топлива в баках ракет-носителей выполнено следующим образом.

В топливном баке вдоль продольной оси бака (или в непосредственной близости к ней) установлена штанга (1) с чувствительными элементами (2). Чувствительные элементы могут быть установлены на штанге либо на равном удалении друг от друга, либо эти элементы устанавливаются на разных расстояниях. Принцип работы датчиков в чувствительных элементах основан на изменении величины индуктивности в катушке индуктивности (или емкости) при прохождении уровнем жидкости зоны измерения датчика. В индуктивном датчике уровень жидкого компонента определяется уровнем нахождения поплавка (3) в зоне датчика. По мере расхода топлива поплавок, находясь на поверхности жидкости, перемещается вдоль штанги с чувствительными элементами. При прохождении поплавком зоны действия катушки индуктивности датчика чувствительного элемента изменяется показание датчика. А его расположение на штанге известно, так что оно и определяет уровень нахождения жидкости в топливном баке в данный момент времени. Из бака сигналы датчика поступают на БЦВМ (4) системы управления. По такому принципу работают, например, датчики уровня, установленные в баках ракеты-носителя «Протон».

В предлагаемой системе (фиг.2) контроля уровня расположения поверхности жидких компонентов топлива в баках ракет-носителей, показывающей расположение поверхности жидких компонентов топлива в баках, средство измерения уровня жидких компонентов топлива состоит из излучателя (5) электромагнитных волн (или сигналов сверхвысокой частоты), приемника регистратора (6) сигналов, отраженных от поверхности жидкости, вычислителя уровня (7) жидких компонентов и волновода (8). Излучатель, приемник регистратора и вычислитель объединены конструктивно в одном герметичном корпусе (например, в форме цилиндра).

При монтаже в баке волновод располагают параллельно продольной оси бака. В верхней части волновода, противоположной от заборного устройства топливного бака, устанавливают специальное переходное устройство (9), обеспечивающее герметичное соединение излучателя, приемника регистратора и вычислителя с волноводом. Другой конец волновода открыт для доступа в него компонента топлива, а в корпусе волновода выполнены отверстия (10) для дренажа газов и паров компонентов топлива.

Специальное переходное устройство (9) состоит из цилиндра, внутри которого расположена призма, выполненная из стекла специального состава, например гермопереходник с кварцевой призмой, служащая для передачи сигналов от излучателя и приема отраженных волн (сигналов) и изолирующая излучатель от контактов с жидкостью и парожидкостными смесями в топливном баке. В противоположной от переходного устройства и волновода стороне излучателя выведены электрические связи с источником электропитания, бортовым компьютером (11) системы управления и с наземным компьютером (12). Соединение с наземным компьютером реализуется через блок быстроразъемных соединений и отключается при старте ракеты.

Принцип работы системы заключается в формировании направленного по волноводу модулированного СВЧ-сигнала, приема отраженного от поверхности топлива сигнала, вычисления уровня нахождения поверхности топлива и передачи вычисленных значений в наземные системы, обеспечивающие заправку топливных баков, и затем в систему управления полетом для реализации алгоритмов системы управления расходом топлива после старта ракеты.

Преимущества предлагаемой системы по сравнению с прототипом:

1. Упрощается технология монтажа за счет снятия электрических соединений от каждого датчика до наземных и бортовых компьютеров системы управления. Облегчается и упрощается кабельная сеть. Снижается вероятность технологических ошибок и ошибок монтажа.

2. Упрощается процедура проверок на всех этапах подготовки к пускам.

3. Практически исключаются ошибки определения уровня, существующие в прототипе и связанные с дискретным расположением чувствительных элементов.

4. Повышается точность прогноза выработки топлива, могут быть снижены гарантийные запасы топлива и за счет этого повышены энергетические характеристики.

Изобретения относятся к области ракетно-космической техники и могут найти применение при осуществлении контроля уровня расположения поверхности жидких компонентов топлива в баках ракет-носителей. Технический результат - повышение точности контроля уровня заправки и энергетических характеристик средств выведения. Для этого на поверхность компонентов топлива воздействуют частотно-модулированными излучениями от излучателя электромагнитных волн, фиксируют отраженную волну регистратором сигналов, отраженных от поверхности жидкости, и передают вычисленное фактическое значение уровня жидких компонентов по одному каналу в наземную систему контроля заправки во время предстартовой подготовки и по другому каналу - в бортовую систему управления расходом топлива при полете ракеты-носителя, обеспечивая непрерывный контроль уровня топлива в баках. При этом в качестве средства измерения уровня жидких компонентов топлива в баках установлены излучатели электромагнитных волн, приемник регистратора сигналов, отраженных от поверхности жидких компонентов топлива, с вычислителем уровня жидких компонентов топлива и волновод. Причем излучатель, приемник регистратора и вычислитель уровня объединены конструктивно в одном герметичном корпусе. Волновод расположен параллельно продольной оси бака. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ контроля уровня расположения поверхности жидких компонентов топлива в баках ракет-носителей, заключающийся в измерении уровня поверхности жидких компонентов топлива в баках ракет-носителей и передаче результатов измерений в систему управления, отличающийся тем, что на поверхность компонентов топлива воздействуют частотно-модулированным излучением от излучателя электромагнитных волн, фиксируют отраженную волну регистратором сигналов, отраженных от поверхности жидкости, и передают вычисленное фактическое значение уровня жидких компонентов по одному каналу в наземную систему контроля заправки во время предстартовой подготовки и по другому каналу - в бортовую систему управления расходом топлива при полете ракеты-носителя, обеспечивая непрерывный контроль уровня топлива в баках.

2. Система контроля уровня расположения поверхности жидких компонентов топлива в баках ракет-носителей, содержащая средство измерения уровня поверхности жидких компонентов топлива в баках и передачи результатов вычисленных значений в систему управления ракеты-носителя, отличающаяся тем, что в качестве средства измерения уровня жидких компонентов топлива в баках установлен излучатель электромагнитных волн, приемник регистратора сигналов, отраженных от поверхности жидких компонентов топлива, с вычислителем уровня жидких компонентов топлива и волновод, причем излучатель, приемник регистратора и вычислитель уровня объединены конструктивно в одном герметичном корпусе, волновод расположен параллельно продольной оси бака, в верхней части волновода, противоположной от заборного устройства топливного бака, установлено переходное устройство, обеспечивающее герметичное соединение излучателя и приемника с волноводом, другой конец волновода открыт для доступа в него компонентов топлива, причем в корпусе волновода выполнены отверстия для дренажа газов и паров топлива, а само переходное устройство состоит из цилиндра, внутри которого расположена призма, выполненная из стекла, служащая для передачи сигналов от излучателя и приема отраженных сигналов и изолирующая излучатель от контактов с жидкостью и парожидкостными смесями в топливном баке.