DE4242977C2

DE4242977C2 - Containers, in particular fuel tanks

Info

Publication number: DE4242977C2
Application number: DE19924242977
Authority: DE
Inventors: Dietrich Ehrig; Manfred Steenborg
Original assignee: Daimler Benz Aerospace AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1992-12-18
Filing date: 1992-12-18
Publication date: 1996-06-05
Anticipated expiration: 2012-12-19
Also published as: DE4242977A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Behälter nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a container according to the Preamble of claim 1.

In der Raumfahrttechnik ist es bekannt, zur Lagekor rektur bzw. -stabilisierung von Satelliten und Orbi talstationen Triebwerke einzusetzen, die durch geringe, exakt dosierbare Impulse die erforderlichen Korrektur bewegungen herbeiführen. Zum Betrieb dieser Triebwerke führen die Raumflugkörper in Treibstofftanks entsprechende, meist flüssige Treibstoffe mit sich, wobei den Triebwerken über Gasdruckbeaufschlagung oder Pumpen die benötigte Treibstoffmenge zugeführt wird. Da zum Austreiben des Treibstoffes aus dem Tank im all gemeinen Treibgase verwendet werden, die sich mit den Treibstoffen vermischen können, muß eine exakte Tren nung zwischen dem Treibstoff und diesen Treibgasen gewährleistet werden, um sicherzustellen, daß der dem Triebwerk zugeführte Treibstoff frei von Fremdgasein lagerungen ist.In space technology, it is known for the location decor correction and stabilization of satellites and orbi to use engines that are characterized by low, precisely metered impulses the necessary correction induce movements. To operate these engines guide the spacecraft in fuel tanks appropriate, mostly liquid fuels, the engines being pressurized or Pumps the required amount of fuel is supplied. There to drive the fuel out of the tank in space common propellant gases are used, which deal with the Mixing fuels must be an exact door between the fuel and these propellants be ensured to ensure that the Engine supplied fuel free of extraneous gas storage is.

Um die Trennung von Treibstoff und Treibgasen zu er reichen, ist es bereits bekannt, Treibstofftanks durch membranförmige Trennwände in zwei Teilräume zu unter teilen, von denen der eine Teilraum den Treibstoff ent hält und der andere Teilraum mit dem Treib- oder Fördergas beaufschlagt wird, dessen Förderdruck über die Membran auf den Treibstoff einwirkt, wobei der Membranwerkstoff auch auf einer Seite metallisch beschichtet sein kann.To separate fuel and propellant gases range, it is already known to pass through fuel tanks membrane-shaped partitions in two sub-rooms share, of which one sub-room ent the fuel stops and the other subspace with the propellant or Conveying gas is applied, the delivery pressure above the membrane acts on the fuel, the Membrane material also metallic on one side can be coated.

So ist aus der Zeitschrift "Journal of Spacecraft and Rockets", Volume 7, May 1970, Number 5, Seiten 513 ff. ein Behälter bekannt, bei dem eine Membran aus alu miniumbeschichteten Mylar oder Kapton verwendet wird und bei dem, um eine Diffusion der Treibstoffkomponen ten zu vermeiden, diese Membran aus mehreren Schichten unter Verwendung von Metallfolien aufgebaut ist.So from the journal "Journal of Spacecraft and Rockets ", Volume 7, May 1970, Number 5, pages 513 ff. a container is known in which a membrane made of alu mini-coated Mylar or Kapton is used and in order to diffuse the fuel components avoid this multi-layer membrane is constructed using metal foils.

Neben Einkomponententreibstoffen, wie beispielsweise Hydrazin, finden in der Raumfahrttechnik in zunehmendem Maß aber auch Mehrkomponententreibstoffe Verwendung, die wegen ihres vergleichsweise höheren Energieinhalts insbesondere bei Langzeitmissionen vorteilhaft sind. Diese Mehrkomponententreibstoffe bestehen zumeist aus einem flüssigen Brennstoff, beispielsweise Monomethylhydrazin (MMH) und einem flüssigen Oxidator, in der Regel Stickstofftetroxid (NTO). Bei Verwendung derartiger Mehrkomponententreibstoffe ist in der DE- OS 40 27 306 bereits ein Behälter vorgeschlagen worden, bei dem der Innenraum durch mehrere Membranen in separate Kammern zur Aufnahme der unterschiedlichen Komponenten unterteilt ist.In addition to one-component fuels, such as Hydrazine, found in space technology in increasing Measure but also use multi-component fuels, the because of their comparatively higher energy content are particularly advantageous for long-term missions. These multi-component fuels mostly consist of a liquid fuel, for example Monomethylhydrazine (MMH) and a liquid oxidizer, usually nitrogen tetroxide (NTO). Using such multi-component fuels is in DE- OS 40 27 306 a container has already been proposed where the interior is made up of several membranes separate chambers to accommodate the different Components is divided.

Behälter dieser Art sind auch bereits von anderen Anwendungsbereichen bekannt. So ist in der DE 83 22 697 U1 ein Mischwasserspeicher für Misch wasserkanalisationsnetze beschrieben, der aus einer flexiblen Hülle mit Anschlußstutzen für den Ein- und Auslaß für das Mischwasser besteht und bei dem die Hülle durch eine ebenfalls flexible Membran in eine Kammer für das Mischwasser und eine Kammer zur Aufnahme von Druckluft unterteilt ist, durch die das Mischwasser aus der Mischwasserkammer herausgedrückt wird.Containers of this type are already from others Application areas known. So is in the DE 83 22 697 U1 a mixed water storage for mixing water sewer networks described, which from a flexible cover with connecting piece for the inlet and There is an outlet for the mixed water and at which the Envelope in a flexible membrane Chamber for the mixed water and a chamber for receiving is divided by compressed air through which the mixed water is pushed out of the mixed water chamber.

Schließlich ist aus der DE-OS 33 40 451 ein Behälter der eingangs genannten Art bekannt, bei dem einzelne Kammern jeweils als ballonartige Säcke ausgebildet sind.Finally, from DE-OS 33 40 451 is a container of the type mentioned, in which individual Chambers each formed as balloon-like sacks are.

Gemeinsam ist diesen bekannten Behältern, daß sie ins gesamt recht massiv gebaut sind, da ihre Außenwände dem im Inneren herrschenden Gasdruck des Austreibmediums standhalten müssen. Aufgabe der Erfindung ist es, einen derartigen Behälter so auszubilden, daß er in Leicht bauweise herstellbar ist und dadurch ein möglichst geringes Eigengewicht aufweist.Common to these known containers is that they are ins overall are built quite solid, because their outer walls internal gas pressure of the expulsion medium have to withstand. The object of the invention is a to train such containers so that it is easy can be manufactured in a constructional manner and therefore as far as possible has low weight.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Behälter mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentan spruchs 1. Der Behälter gemäß der Erfindung ist dabei nicht nur auf einen Einsatz in Raumflugkörpern beschränkt, sondern auch für eine Vielzahl terrestri scher Anwendungsfälle geeignet. Die Erfindung ermög licht es, einen solchen Behälter auf einfache und preisgünstige Weise herzustellen, der zugleich eine ausgezeichnete Festigkeit besitzt. Sofern gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Material für die Außenhülle ein elastischer Werkstoff, wie Gummi oder ähnliches, verwendet wird, das von einem ent sprechend ausgebildeten Fasergewebe gestützt wird, reduzieren sich die Herstellungskosten noch weiter, da aufwendige Fertigungsverfahren, wie Elektronenstrahl schweißen, wie sie in der Regel bei Behältern angewandt werden, deren Außenhülle aus Metall besteht, gänzlich fortfallen können. Wichtig ist aber, daß die Innenseite der Außenhülle metallisch beschichtet ist und damit Diffusionsprozesse im Hochvakuum, wie es beispielsweise im Weltraum herrscht, nicht stattfinden.The invention solves this problem with a container with the characteristic features of the patent saying 1. The container according to the invention is included not just for use in spacecraft limited, but also for a variety of terrestri suitable applications. The invention enables light it, such a container on simple and inexpensive way to manufacture, which is also a has excellent strength. If according to a preferred embodiment of the invention as material an elastic material such as rubber for the outer shell or the like, used by an ent speaking fiber fabric is supported, the manufacturing costs are reduced even further since elaborate manufacturing processes such as electron beam welding, as usually applied to containers whose outer shell is made of metal, entirely can drop away. It is important, however, that the inside the outer shell is coated with metal and thus Diffusion processes in a high vacuum, such as rules in space, does not take place.

Die Verwendung eines Stützgewebes bei Behältern zur Aufnahme fließfähiger Stoffe ist für sich genommen zwar bereits bekannt, nicht jedoch im Zusammenhang mit solchen Behältern, die gemäß dem Gattungsbegriff Kammern in veränderlicher Größe mit flexiblen Außen wänden enthalten und die von einem Druckgas als Aus treibmedium beaufschlagbar sind. So ist aus der US- PS 4,951,844 ein doppelwandiger Erdtank für Tankstellen bekanntgeworden, bei dem die äußere Hülle aus einem faserverstärkten Kunstharzmaterial besteht, wobei die Verstärkungsfasern auch in Form von Netzen, Matten oder dergleichen in die Kunstharzmatrix eingebettet sein können.The use of a support fabric for containers Intake of flowable substances is in itself already known, but not in connection with such containers that according to the generic term Variable size chambers with flexible exterior contain walls and that of a pressurized gas as off drive medium can be acted upon. So from the US PS 4,951,844 a double-walled underground tank for petrol stations become known in which the outer shell from a fiber-reinforced synthetic resin material, the Reinforcing fibers also in the form of nets, mats or the like may be embedded in the synthetic resin matrix can.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von in der Zeich nung dargestellten Ausführungsbeispielen näher er läutert werden. Es zeigen: The invention is based on the in the drawing illustrated embodiments he closer to be refined. Show it:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen ersten Be hälter, Fig. 1 a cross section through a first container Be,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen zweiten Be hälter und Fig. 2 shows a cross section through a second loading container and

Fig. 3 eine Darstellung der äußeren Hülle eines Behälters gemäß den Fig. 1 oder 2. Fig. 3 is a view of the outer shell of a container according to Fig. 1 or 2.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Behälter handelt es sich um einen Hochdrucktank in Leichtbauweise zur Auf nahme eines Zweikomponententreibstoffs für einen Raum flugkörper. Die Außenwand dieses Behälters besteht aus einer dünnen Hülle 1 aus einem elastischen Werkstoff, in diesem Fall Gummi, die von einem Stützgewebe 2 um geben ist. Der elastische Werkstoff ist dabei innen mit einer dünnen Metallschicht belegt, um Diffusionspro zesse, die im Hochvakuum eintreten, zu vermeiden, da sie langfristig zu Druckverlusten führen. Als Material für das Stützgewebe 2 wurden bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel Kevlareinzelfäden gewählt.In the container shown in Fig. 1, it is a high-pressure tank in lightweight construction for taking on a two-component fuel for a space missile. The outer wall of this container consists of a thin shell 1 made of an elastic material, in this case rubber, which is given by a support fabric 2 . The elastic material is covered on the inside with a thin metal layer to avoid diffusion processes that occur in a high vacuum, since they lead to pressure losses in the long term. As the material for the support fabric 2 in the embodiment described here, Kevlar filaments are selected.

Im Inneren des Behälters sind im Fall des hier be schriebenen Ausführungsbeispiels zwei Kammern oder Speicherblasen 3 und 4 angeordnet, deren Wände eben falls aus einem flexiblen Werkstoff bestehen. Die Auswahl des hierfür geeigneten Materials richtet sich nach den chemischen Eigenschaften der zu speichernden Medien und des verwendeten Fördergases zum Austreiben dieser Medien. Im vorliegenden Fall bestehen diese Wände ebenfalls aus Gummi. In jeder der Speicherblasen 3 und 4 ist ein perforiertes Entnahmerohr 5, 6 vorge sehen, das mit einer Entnahmeöffnung 7, 8 in Verbindung steht. Diese Entnahmeöffnungen 7 und 8 sind ebenso wie entsprechende Öffnungen 9 und 10 zum Befüllen der Speicherblasen 3 und 4 sowie Zuführ- und Entnahmeöff nungen 11 und 12 für das Treib- oder Fördergas in einem Anschlußblock 13 untergebracht, an dem der gesamte Behälter gehaltert ist.Inside the container, in the case of the exemplary embodiment described here, two chambers or storage bladders 3 and 4 are arranged, the walls of which are also made of a flexible material. The selection of the suitable material for this depends on the chemical properties of the media to be stored and the gas used to drive out these media. In the present case, these walls are also made of rubber. In each of the storage bladders 3 and 4 , a perforated sampling tube 5, 6 is provided, which is connected to a removal opening 7 , 8 . These removal openings 7 and 8 are, as well as corresponding openings 9 and 10 for filling the storage bladders 3 and 4, and supply and removal openings 11 and 12 for the propellant or feed gas in a connection block 13 , on which the entire container is held.

Das Treib- oder Fördergas befindet sich in dem zwischen der Hülle 1 und den Speicherblasen oder Kammern 3 und 4 verbleibenden Volumen 14, so daß beide Speicherblasen vom Druck des Fördergases gleichmäßig beaufschlagt werden und die unterschiedlichen Komponenten des Treib stoffs gleichzeitig aus dem Behälter ausgetrieben werden. Durch die Wahl unterschiedlich großer Speicher blasen für die einzelnen Komponenten ist es dabei ohne weiteres möglich, die einzelnen Komponenten ent sprechend dem geforderten Mischungsverhältnis mit unterschiedlichen Mengen aus dem Behälter auszutreiben, ohne daß hierzu getrennte Austreibmedien oder zusätz liche Regel- oder Dosiervorrichtungen erforderlich sind. Der durch das Fördergas auf die äußere Hülle 1 des Behälters ausgeübte Druck wird von dem sie umgeben den Stützgewebe 2 aufgefangen, das ihr die erforder liche Festigkeit verleiht.The propellant or conveying gas is in the volume 14 remaining between the casing 1 and the storage bladders or chambers 3 and 4 , so that both storage bubbles are acted upon uniformly by the pressure of the conveying gas and the different components of the propellant are simultaneously expelled from the container. By choosing different sized memory bubbles for the individual components, it is easily possible to expel the individual components accordingly to the required mixing ratio with different amounts from the container without the need for separate expulsion media or additional regulating or dosing devices. The pressure exerted by the conveying gas on the outer casing 1 of the container is absorbed by the surrounding support fabric 2 , which gives it the required strength.

Die Anzahl der im Behälterinneren untergebrachten Speicherblasen ist selbstverständlich frei wählbar und im wesentlichen durch die Zahl der zu speichernden unterschiedlichen Komponenten vorgegeben, wobei es sich im Fall eines Monopropellants, wie Hydrazin, auch nur um eine Speicherblase handeln kann. Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin selbstverständlich auch möglich, anstelle einer Gummi- oder Kunststoffhülle eine solche aus Metall, insbesondere auch Leichtmetall, vorzusehen. Auch in diesem Fall weist die Hülle nur eine geringe Wandstärke auf und ist von einem äußeren Stützgewebe Kevlar umgeben, das einen Großteil der auf tretenden mechanischen Beanspruchungen aufnimmt und dem Behälter so die erforderliche Festigkeit verleiht und seine äußere Form aufrechterhält. Bei den Substanzen, die in den einzelnen Speicherblasen oder Kammern ent halten sind, kann es sich sowohl um Flüssigkeiten als auch um Gase handeln.The number of housed inside the container Memory bubbles are of course freely selectable and essentially by the number of to be saved given different components, it being even in the case of a monopropellant like hydrazine can be a memory bubble. As part of the It is of course also an invention possible instead of a rubber or plastic cover one made of metal, especially light metal, to provide. In this case too, the shell only shows a small wall thickness and is of an external Supporting fabric surround Kevlar, which is a large part of the absorbing mechanical stresses and the Container gives the required strength and maintains its external shape. With the substances the ent in the individual storage bubbles or chambers hold, it can be both liquids as well also act as gases.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unter scheidet sich von dem bisher beschriebenen dahingehend, daß auf der Innenseite der auch in diesem Fall aus Gummi bestehenden Hülle 21 Gumminoppen 25 vorgesehen sind, die gleichmäßig über die innere Oberfläche oder zumindest über einen Teilbereich dieser Oberfläche verteilt angeordnet sind und die in das Innere des Behälters ragen. Durch diese Noppen 25 wird auf die im Behälterinneren angeordneten Speicherblasen 23 und 24 ein Stützeffekt ausgeübt, der die gefüllten Speicher blasen im Behälter zentriert. Auf der Außenseite ist auch in diesem Fall die Hülle 21 von einem Stützgewebe 25 aus Kunststoff bzw. Kevlar umgeben.The embodiment shown in Fig. 2 differs from that described previously in that provided on the inside of the existing also in this case made of rubber sheath 21 rubber studs 25, which are distributed uniformly over the inner surface or at least over a partial area of this surface and protrude into the interior of the container. By means of these knobs 25 , a support effect is exerted on the storage bubbles 23 and 24 arranged in the interior of the container, which center the filled storage bubbles in the container. In this case too, the shell 21 is surrounded on the outside by a supporting fabric 25 made of plastic or Kevlar.

Die gewirkte Struktur dieses äußeren Gewebes 2 bzw. 22 ist abschließend in Fig. 3 dargestellt. Erwähnt sei dabei, daß abweichend von den in den Figuren darge stellten Ausführungsbeispielen die äußere Gestalt des Behälters selbstverständlich auch von der hier ge wählten Kugelform abweichen kann, wenn dies für den speziellen Einsatzfall zweckmäßig ist.The knitted structure of this outer fabric 2 or 22 is finally shown in FIG. 3. It should be mentioned that, deviating from the exemplary embodiments shown in the figures, the outer shape of the container can of course also differ from the spherical shape selected here, if this is expedient for the special application.

Claims

1. Container with an outer shell and with chambers of variable size arranged in the interior of the container with flexible outer walls for receiving flowable substances, the chambers being provided with assigned filling and removal openings and being pressurized by a compressed gas as expulsion medium, characterized in that that the outer shell ( 1 , 21 ) of the container is surrounded by a support fabric ( 2 , 22 ).

2. Container according to claim 1, characterized in that the supporting fabric ( 2 , 22 ) consists of a plastic.

3. Container according to claim 2, characterized in that the support fabric is made of Kevlar material.

4. Container according to one of claims 1 to 3, characterized in that the outer shell ( 1 , 21 ) consists of an elastic material and is provided on the inside with a thin metal layer.

5. A container according to claim 4, characterized in that on the inner surface of the outer shell ( 21 ) knobs ( 25 ) are arranged.

6. Container according to one of claims 1 to 3, characterized in that the outer shell ( 1 ) consists of a metallic material.