DE3146262C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Treibstofftank zur Lagerung aggres­ siver Flüssigkeiten insbesondere Treibstoffe zum Betrieb von Sa­ tellitentriebwerken, mit einer den Tankinnenraum in zwei Teilräume unterschiedlicher Volumina aufteilenden Trennwand, einem zum größeren Teilraum führenden Treibgaseinlaßstutzen und einem vom kleineren Teilraum ausgehenden Treibstoffauslaßstutzen.

Bei Satelliten ist es bekannt, diese in einer bestimmten Relativ­ lage, z. B. gegenüber der Erde, zu halten, damit diese ihre Aufgabe insbesondere Nachrichtenverbindungen aufrechtzuerhalten erfüllen können. Aus diesem Grunde sind die Satelliten mit Lageregelungs­ einrichtungen versehen, welche Lagerkorrekturen in allen Frei­ heitsgraden des Satelliten ermöglichen. Im allgemeinen werden da­ für Kleinsttriebwerke verwendet, die durch geringe, sehr genau dosierte Impulse, die Korrekturbewegungen ermöglichen. Zum Betrieb dieser Kleinsttriebwerke führen die Satelliten in Treibstofftanks entsprechende, meist flüssige, Treibstoffe mit sich, die bei­ spielsweise über Gaserzeuger die Triebwerke mit dem erforderlichen Treibstoff versorgen. Dabei muß allerdings außerordentlich sorg­ fältig darauf geachtet werden, daß diesen Triebwerken nur die be­ nötigten Treibstoffe ohne Fremdgaseinlagerungen zugeführt werden. Diese Forderung wird besonders erhoben, weil zum Austreiben der Treibstoffe aus dem Tank im allgemeinen Treibgase verwendet wer­ den, welche sich mit den Treibstoffen vermischen können. Um eine sichere Trennung zwischen diesen Treibgasen und den Treibstoffen selbst zu gewährleisten, sind die Treibstofftanks meist durch Kunststoffmembranen unterteilt, die das zum Austreiben der Treib­ stoffe benötigte Treibgas mit Sicherheit von den Treibstoffen trennen.

Neben den bekannten Einkomponententreibstoffen, wie z. B. Hydrazin, das durch Zersetzung den für die Triebwerke erforderlichen Treib­ stoff liefert, sind auch Mehrkomponententreibstoffe bekannt, die wegen ihres im allgemeinen höheren Energieinhalts für Langzeit­ aufgaben zweckmäßiger als Einkomponententreibstoffe sind. Aller­ dings ist ein schwerwiegender Nachteil dieser Mehrkomponenten­ treibstoffe darin zu sehen, daß mindestens einzelne Komponenten, wie z. B. Stickstofftetraoxyd, außerordentlich aggressiv sind, so daß der Einsatz von Kunststoffmembranen in den Treibstofftanks für Langzeitaufgaben unmöglich wird. Aus diesem Grunde sind bereits Vorschläge für Treibstofftanks gemacht worden, die u. a. auch die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten zur Treibstofförderung aus­ nutzen. In diesen Fällen ist also keine mechanische Trennung zwischen Treibgas und Treibstoff möglich, so daß die Gefahr be­ steht, daß Gasblasen der Treibgase in den Treibstoff gelangen und damit die Zuverlässigkeit der Triebwerke beeinträchtigen.

Wie aus der DE-AS 24 58 368 hervorgeht, ist es bei Treibstofftanks für Satelliten auch bekannt, diese in zwei Teilräume unterschied­ licher Volumina mit einer ebenen Trennwand aufzuteilen. Eine Rohranordnung innerhalb des größeren Teilraumes mit porösen Sei­ tenwänden zur Tankwand verbindet beide Tankräume und gestattet mit den porösen Seitenwänden dem Treibstoff einen kapillaren Durch­ tritt. Unbefriedigend ist bei einem solchen Treibstofftank, daß die Trennung der Teilräume keine Orientierung des Treibstoffs bei Apogäumsmanövern erlaubt mit sicherer Trennung des Treibgases vom Treibstoff.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, einen Treibstoff­ tank zu schaffen, welcher die Oberflächenspannung zur sicheren Trennung zwischen Treibgas und Treibstoff ausnutzt und welcher eine Orientierung des Treibstoffes insbesondere für Apogäumsmanö­ ver ermöglicht. Diese Aufgabe ist durch die Kennzeichenmerkmale des Anspruchs 1 gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Treibstofftank wird von der physikalischen Tatsache Gebrauch gemacht, daß im zumindest nahezu schwerefreien Raum die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten beträchtliche Werte annimmt, wobei diese Kräfte dazu ausgenutzt werden, den Treibstoff in dazu vorgesehenen Teilen des Tanks stabil zu orientieren und außerdem den Einbruch von Gasblasen in den Treibstoff durch die vorgesehenen engmaschigen Siebe, die von einer Flüssigkeit benetzt sind, zu ver­ hindern.

Die Unterteilung des erfindungsgemäßen Treibstofftanks in zwei Teil­ räume mit unterschiedlichen Volumen entspricht der üblichen Forderung, in diesen Tanks sowohl den Treibstoff für das Apogäumsmanöver als auch den Treibstoff für den Satellitenbetrieb im Orbit zu befördern. Dabei dient der Tankinhalt des größeren Teilraums zur Durchführung des Apogäumsmanövers, bei dem größere Stoffmengen benötigt werden, wobei gleichzeitig durch eben diese Apogäumsmanöver und die dabei auf­ tretende Beschleunigung eine bestimmte Orientierung des Treibstoffs in dem Tank gewährleistet ist. Während dieses Manövers wird der erforderli­ che Treibstoff durch das Treibgas durch das den konusförmigen Einsatz abschließende Sieb hindurch zum Sammelbehälter gedrückt und damit dem Treibstoffauslaßstutzen zugeführt. Während des Orbitbetriebes sammelt sich der in dem kleineren Teilraum 12 vorhandene Treibstoff durch die Oberflächenspannung bei zunehmendem Verbrauch in dem ringförmigen Teil zwischen der Außenwand des Treibstofftanks und dem konusförmigen Ein­ satz. Durch die in diesem Raum vorgesehenen Treibstoffleitungen gelangt dann der Treibstoff unter der Einwirkung der Oberflächenspannung in den Sammelraum und von dort zum Treibstoffauslaßstutzen.

In den Zeichnungen ist schematisch ein Beispiel für den Treibstofftank nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Treibstoff­ tank und

Fig. 2 den unteren Teil des Tanks in einem größeren Maßstab.

Der aus zwei Halbkugeln zusammengesetzte Treibstofftank 10 ist durch einen konusförmigen Einsatz 15 in einen (größeren) Teilraum 11 und einen (kleineren) Teilraum 12 unterteilt. Am oberen Ende des größeren Teilraums 11 ist ein Gaseinlaßstutzen 13, ihm gegenüber im kleineren Teilraum 12 ein Treibstoffauslaßstutzen 14 angeordnet. Die beiden Teil­ räume stehen durch ein engmaschiges Sieb 16 miteinander in Verbindung.

Der Treibstoffauslaßstutzen 14 ist von einem zylinderförmigen Sam­ melbehälter 17 umgeben, der gegenüber dem Teilraum 12 durch ein engmaschiges Sieb 18 abgeschlossen ist. An den Teilraum 17 sind gleichmäßig über den Umfang verteilt mehrere Treibstoffleitungen 19 angeschlossen, deren freie Enden 20 in den von der Tankaußenwand und dem konusförmigen Einsatz 15 gebildeten ringförmigen Winkel liegen. Diese Leitungsenden 20 sind ebenfalls durch engmaschige Siebe 21 gegenüber dem Teilraum 12 abgeschlossen. Beiderseits der Wand des konusförmigen Einsatzes 15 sind ebenfalls mehrere Entlüftungsrohre 22 vorgesehen, deren in der Nähe der kleineren Konusöffnung liegende En­ den durch Siebe 23 abgeschlossen sind.

Die in dem Tank vorgesehenen Siebe 16, 18, 21 und 23 erfüllen jeweils die Aufgabe, das Durchtreten von Gas zumindest solange zu verhindern, wie diese Siebe noch durch Flüssigkeit benetzt sind. Diese Sperrwir­ kung der Siebe hängt mit der Oberflächenspannung zusammen. Damit wird aber auch gewährleistet, daß die Treibstoffe blasenfrei zum Treibstoff­ auslaßstutzen 14 und damit zu den Triebwerken selbst gelangen.

Bei geeigneter Materialauswahl für den Tank selbst - beispielsweise Titanbleche - und die Siebe - zum Beispiel Chrom-Nickel-Stahl - sind daher besonders geeignet für die Lagerung von Zweikomponenten­ treibstoffen, wie sie für Langzeitaufgaben von Satelliten erforder­ lich sind.

Claims (3)

1. Treibstofftank zur Lagerung aggressiver Flüssigkeiten, insbesondere Treibstoffe zum Betrieb von Satellitentriebwerken, mit einer den Tankinnenraum in zwei Teilräumen unterschiedlicher Volumina aufteilenden Trennwand, einem zum größeren Teilraum führenden Treibgaseinlaßstutzen und einem vom kleineren Teilraum ausgehenden Treibstoffauslaßstutzen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Trennwand als konusförmiger Einsatz (15) mit einem die kleinere Konusöffnung abschließenden Sieb (16) aus­ gebildet ist, und daß der Treibstoffauslaßstutzen (14) von einem zylinderförmigen, durch ein engmaschiges Sieb (18) gegenüber dem kleineren Teilraum (12) abgeschlossenen Sammelbehälter (17) um­ geben ist.

2. Treibstofftank nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an den Sammelbehälter (17) mindestens eine Treibstoffleitung (19) angeschlossen ist, deren freies, durch ein engmaschiges Sieb (20) abgeschlossenes Ende (21) in dem durch die Wand des Tanks (10) und den konusförmigen Einsatz (15) gebil­ deten ringförmigen Winkel des kleineren Teilraums (12) liegt.

3. Treibstofftank nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten der Wand des konusförmigen Einsatzes (15) mindestens je ein Entlüftungsrohr (22) vorgesehen ist, dessen in der Höhe der kleineren Konusöffnung liegendes Ende durch ein engmaschiges Sieb (23) abgeschlossen ist.