Система амортизации топливного бака Российский патент 2024 года по МПК F16F13/00 

Изобретение относится к оборудованию для хранения и транспортировки топливных баков электрореактивной двигательной установки космических аппаратов (КА), например, ксеноновых баков высокого давления (КБВД), в частности к системам и устройствам смягчения ударов и вибровоздействий на объект и может быть использовано в космической технике, авиационной технике, приборостроении и т.п.

Особенностью конструкции КБВД является то, что он представляет собой тонкостенный металлокомпозитный бак в виде эллипса вращения, закрепляемый по своему периметру к КА или к технологическому ложементу в период наземных испытаний.

Оборудование КА, предназначенное для работы в условиях невесомости, в целях снижения массово габаритных характеристик, изготавливается с минимально допустимыми запасами по прочности. КБВД - тонкостенная емкость, не предназначенная для работы в условиях гравитации. Этим объясняются высокие требования к допустимым нагрузкам при наземной отработке.

Особенностью технологии изготовления и наземных испытаний является необходимость гидравлических испытаний КБВД с заполнением рабочим телом и межоперационной транспортировки КБВД заполненными частично или полностью. Вследствие высоких требований при перевозке, возникает необходимость в контейнере, обеспечивающем, в том числе, необходимый уровень вибрационной защиты для исключения деформации КБВД для большого диапазона весов, и, как следствие, широкий диапазон настройки жесткости упругих элементов, используемых устройств амортизации.

Из уровня техники известна система амортизации объекта (патент RU2209352), содержащая набор амортизаторов, образующих n ≥ 2 групп, каждая из которых расположена по кольцу, плоскость которого перпендикулярна продольной оси объекта, дополнительно введены, по крайней мере, две группы амортизаторов, закрепленных диаметрально противоположно друг друга на корпусе объекта. При этом каждая группа содержит, по крайней мере, два противоположно ориентированных амортизатора. Причем для подвижных элементов каждого из амортизаторов введены контактные поверхности, плоскость контакта которых перпендикулярна оси соответствующего амортизатора. Помимо этого, на амортизируемом объекте введены, по крайней мере, два торцевых пояса амортизаторов, установленных на кольцевом фланце, жестко закрепленном на объекте. При этом плоскость фланца перпендикулярна продольной оси объекта, а количество амортизаторов в составе торцевого пояса к ≥ 1.

Недостатком подобной системы является необходимость установки большого количества амортизаторов, и, как следствие, неудобство монтажа транспортируемого объекта, кроме того амортизирующее устройство не обеспечивает регулирование упругодемпфирующей характеристики при изменении массы перевозимого объекта.

Известно устройство, использующее пневматические амортизаторы, например, патент RU 2457376 «Устройство для амортизации транспортно-пускового контейнера (ТПК) в шахтном сооружении». Изобретение относится к устройствам систем подвески транспортно-пусковых контейнеров. Система вертикальной амортизации включает маятниковую подвеску, содержащую охватывающее ТПК опорное устройство, которое с помощью двух первых тяг кинематически связано с пневмоамортизаторами, которые установлены на соответствующих стационарных основаниях, установленных в верхней части шахтного сооружения. Плунжер каждого пневмоамортизатора контактирует с коромыслом, которое одним концом закреплено на стене с возможностью поворота в вертикальной плоскости, а другим - связано с первой тягой. Опорное устройство выполнено в виде шарнирно соединенного с первыми тягами силового кольца, на котором смонтированы подшипники, в которых установлены цапфы, на которых закреплен барабан.

Недостатком подобной системы является сложность механизма подвески, а шахтное расположение оборудования предполагает использование конструкции только для стационарных объектов.

Еще одно устройство, использующее пневмоамортизаторы, описано в патенте RU 2424457. Изобретение относится к устройствам активной сейсмозащиты зданий и сооружений в системе амортизации (сейсмоизоляции) для защиты реакторного отделения атомных электростанций от силового воздействия при землетрясениях. Амортизирующее устройство содержит телескопическое направляющее устройство, опорные плиты, упругий элемент. Телескопическое направляющее устройство выполнено в виде встречно направленных наружного и внутреннего стаканов, с установленными между ними резинокордной оболочкой и центрирующими элементами. Упругий элемент выполнен в виде равномерно расположенных вокруг наружного стакана телескопического направляющего устройства пневматических амортизаторов. Продольные оси пневматических амортизаторов упругого элемента расположены под углом 40°-70° к продольной оси направляющего устройства.

Недостатком подобной системы является сложность конструкции, связанная с функциональным разделением амортизационных устройств - для амортизации объекта в вертикальном направлении используется телескопическое устройств с центрирующими элементами, а для демпфирования колебаний по горизонту используются пневматические амортизаторы, подобранные по массе здания.

В общем случае все рассмотренные выше устройства включают в себя систему амортизации, рассчитанную под конкретный объект с известной массой и одним возможным характером вибровоздействия. Задача регулирования упругодемпфирующих характеристик системы при изменении массы объекта не решается ни одним рассмотренных выше изобретений.

В качестве прототипа для заявленного устройства выбрана «Система амортизации объекта» по патенту RU 2178536C1, в которой описано устройство для смягчения ударов и вибровоздействий на объект, содержащее набор амортизаторов, имеющее выполненные с торцов объекта две конические поверхности, а амортизаторы образуют не менее двух групп, каждая из которых расположена по кольцу на каждой конической поверхности, при этом оси амортизаторов ориентированы вдоль нормалей к упомянутой конической поверхности, для каждого из амортизаторов введены контактные поверхности, плоскость контакта которых перпендикулярна оси соответствующего амортизатора, а в упомянутые контактные поверхности упираются соответствующие подвижные элементы амортизаторов, причем дополнительно введены, по крайней мере, две группы амортизаторов, закрепленных диаметрально противоположно друг другу на корпусе объекта, и каждая из этих групп содержит, по крайней мере, два противоположно ориентированных амортизатора так, что направления осей этой пары амортизаторов перпендикулярны плоскости, проходящей через продольную ось объекта.

Недостатком предлагаемой прототипом системы является то, что амортизирующее устройство предназначено для демпфирования вибровоздействий объекта с известной постоянной массой и не обеспечивает регулирование упругодемпфирующей характеристики при изменении массы объекта, а также требует установки амортизаторов с обеих сторон объекта, что может затруднять доступ к объекту при необходимости его обслуживания.

Для заявленного устройства выявлены следующие общие с прототипом существенные признаки: система амортизации топливного бака, содержащая амортизаторы, расположенные вокруг бака и под углом к нему, причём контактные поверхности крепления каждого из амортизаторов перпендикулярны его оси.

Технической проблемой изобретения является создание устройства, обеспечивающего регулирование упругодемпфирующей характеристики при изменении массы транспортируемого объекта и позволяющего безопасно хранить и транспортировать тонкостенные топливные баки высокого давления, например, для ксенона с соблюдением жестких норм по вибрации и ускорениям и обеспечить удобство доступа, установки и демонтажа КБВД.

Данная проблема решается посредством системы амортизации топливного бака, содержащей амортизаторы, расположенные вокруг бака и под углом к нему, причём контактные поверхности крепления каждого из амортизаторов перпендикулярны его оси, при этом топливный бак установлен в ложемент внутри контейнера, состоящего из основания и съёмной крышки. На основании контейнера закреплена пневматическая подсистема управления амортизаторами, которая связана воздушными магистралями, по меньшей мере, с тремя амортизаторами, равномерно расположенными вокруг ложемента контейнера таким образом, что их геометрические продольные оси пересекаются в точке расчетного центра тяжести топливного бака. При этом контактные поверхности амортизаторов с одной стороны закреплены к ложементу, а с другой стороны к основанию контейнера.

Техническим результатом заявляемого изобретения является обеспечение регулирования упругодемпфирующей характеристики при изменении массы транспортируемого объекта.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

На фиг.1 изображен общий вид системы.

На фиг.2 изображена схема пневматической подсистемы.

На фиг.3 - общий вид системы с сечением контейнера.

На фиг.4 - трехмерный вид, поясняющий расположение пневматических амортизаторов относительно основания и ложемента для установки КБВД

При этом на фигурах 1, 3 и 4 позициями обозначены:

1- транспортный контейнер,

2- съемная крышка,

3- основание,

4- ложемент,

5- КБВД,

6- манометр показывающий давление в амортизаторах,

7- ручной пневматический переключатель дренажа (сброса давления),

8-обратный клапан заправки сжатым воздухом.

9- амортизаторы пневматические,

10- резервуар для хранения сжатого воздуха - ресивер,

11- пневматический редуктор-регулятор давления,

12-обратный клапан,

13- дроссель регулирования плавности сброса давления 1,

14-манометр.

На фиг.2 - показана схема пневматической подсистемы, где схемными обозначениями показаны:

КО1- обратный клапан заправки сжатым воздухом,

МН1- манометр контроля уровня давления в ресивере,

Р1- резервуар для хранения сжатого воздуха - ресивер,

КО2 - обратный клапан, для предотвращения обратных перетеканий,

РД1- пневматический редуктор-регулятор давления в амортизаторах,

КР1- ручной пневматический переключатель,

ДР1 -дроссель регулирования плавности сброса давления,

МН2-манометр контроля давления в амортизаторах,

П1, П2, П3- амортизаторы пневматические.

Заявленная система амортизации топливного бака, например, КБВД (5) содержит транспортный контейнер (1) и пневматическую подсистему с амортизаторами (9).

Транспортный контейнер (1) состоит из: съемной крышки (2), основания (3), ложемента (4), на который установлен транспортируемый объект - топливный бак, например, КБВД (5).

Пневматическая подсистема закреплена на основании (3) и связана, по меньшей мере, с тремя пневматическими амортизаторами П1-П3 (9), равномерно расположенными вокруг ложемента (4) и закрепленными на основании (3). Каждый амортизатор 9 расположен под углом к топливному баку (5) таким образом, что геометрические продольные оси амортизаторов (9) пересекаются в точке расчетного центра тяжести топливного бака (5). Причём контактные поверхности крепления каждого из амортизаторов (9) перпендикулярны оси топливного бака (5) и с одной стороны крепятся к ложементу (4), а с другой стороны - к основанию контейнера (3). Давление в пневматических амортизаторах (9) устанавливается по предварительно снятым характеристикам, по массе топливного бака (5) и характеру операции транспортировки. Такая конфигурация установки при минимально возможном количестве пневматических амортизаторов (9) позволяет обеспечить эффективную вибрационную защиту топливного бака (5) по всем степеням свободы, в том числе, при значительных амплитудах смещений несущей конструкции относительно бака.

Упомянутая пневматическая подсистема схематично не нова и состоит из резервуара для хранения сжатого воздуха - ресивера высокого давления (10) с обратным клапаном (8) для заправки сжатым воздухом и манометром (14) контроля уровня давления в ресивере; подсистемы распределения и поддержания задаваемого давления воздуха в пневматических амортизаторах (9), включающую в себя воздушные магистрали, пневматический редуктор-регулятор давления (11), обратный клапан, служащий для предотвращения обратных перетеканий сжатого воздуха (12), дроссель регулирования плавности сброса давления (13), подключенный к дренажному выходу ручного пневматического переключателя (7), служащего для подачи и сброса давления воздуха в пневматические амортизаторы (9). Редуктор-регулятор давления (11) связан магистралью через обратный клапан (12) с ручным пневматическим переключателем (7). Переключатель, в свою очередь, связан магистралью с манометром (6) контроля давления в пневматических амортизаторах П3 (9),

Заявленное устройство работает следующим образом: в ресивер (10) высокого давления через обратный клапан (8), от внешнего источника закачивается запас сжатого воздуха до требуемого давления, которое контролируется манометром (14) на входе ресивера (10). Затем на регуляторе давления (11) устанавливается необходимое для текущей технологической операции давление, которое через ещё один обратный клапан (12) подается на ручной пневматический переключатель (7), посредством которого осуществляется подача давления в пневматические амортизаторы (9). Уровень давления в пневматических амортизаторах (9) контролируется манометром МН2 (6), стоящим в общей пневматической линии амортизаторов (9). Посредством ручного пневматического переключателя (7), при необходимости можно плавно сбросить давление из системы через дроссель (13), подключенный к дренажному выходу переключателя (7). Обратные клапаны (8) и (12) установлены для упрощения заправки ресивера (10) и предотвращения обратных перетеканий сжатого воздуха.

Достижение заявленного технического результата, связанного с удобством и простотой установки и демонтажа КБВД в процессе прохождения наземных испытаний, в том числе в условиях стесненного пространства при различных технологических операциях, обеспечивается расположением только трех пневматических амортизаторов в качестве опоры КБВД, (в нижней части), что делает доступным основные конструктивные элементы бака для проведения технологических операций без извлечения бака из контейнера транспортного, только со снятой верхней крышкой.

Наличие ресивера высокого давления (запаса воздуха) позволяет осуществлять длительные транспортировочных операции.

Пневмоамортизация обладает рядом преимуществ перед другими видами амортизации, это и широкий диапазон настройки жёсткости, лёгкость регулирования посредством изменения давления в пневматических амортизаторах, хорошая линейность нагрузочной характеристики.

Давление в пневмоамортизаторах устанавливается по предварительно снятым характеристикам, по массе перевозимого объекта и характеру операции транспортировки.

Для снятия характеристик КБВД в контейнере транспортном устанавливают на вибростенд и посредством установленных на него датчиков ускорения снимают зависимость величины ускорения при вибрационных воздействиях от давления в амортизаторах - пневмобаллонах при разных уровнях заполнения КБВД и при разных типах вибрационных воздействий.

Предварительно снятые характеристики позволяют выбрать оптимальное требуемое давление воздуха в пневматических амортизаторах для конкретной технологической операции (межцеховое транспортирование на электрокаре, перевозка автомобильным транспортом, перевозка на самолёте и т. п.).

Изобретение относится к системам амортизации. Система амортизации топливного бака содержит амортизаторы, выполненные с возможностью расположения вокруг бака и под углом к нему, причем контактные поверхности крепления каждого из амортизаторов перпендикулярны его оси. Система включает ложемент, выполненный с возможностью установки в него топливного бака внутри контейнера, состоящего из основания и съёмной крышки. На основании контейнера закреплена пневматическая система регулирования упругодемпфирующей характеристикой амортизаторов, связанная по меньшей мере с тремя амортизаторами, равномерно расположенными вокруг ложемента контейнера таким образом, что их геометрические продольные оси пересекаются в точке расчетного центра тяжести топливного бака, при этом контактные поверхности амортизаторов с одной стороны закреплены к ложементу, а с другой стороны - к основанию контейнера. Обеспечивается регулирование упругодемпфирующей характеристики при изменении массы транспортируемого объекта. 4 ил.

Система амортизации топливного бака, содержащая амортизаторы, выполненные с возможностью расположения вокруг бака и под углом к нему, причём контактные поверхности крепления каждого из амортизаторов перпендикулярны его оси, отличающаяся тем, что включает ложемент, выполненный с возможностью установки в него топливного бака внутри контейнера, состоящего из основания и съёмной крышки, на основании контейнера закреплена пневматическая система регулирования упругодемпфирующей характеристикой амортизаторов, связанная по меньшей мере с тремя амортизаторами, равномерно расположенными вокруг ложемента контейнера таким образом, что их геометрические продольные оси пересекаются в точке расчетного центра тяжести топливного бака, при этом контактные поверхности амортизаторов с одной стороны закреплены к ложементу, а с другой стороны - к основанию контейнера.