DE8806777U1

DE8806777U1 - Vorrichtung zum Messen der in einem Tank befindlichen Flüssigkeitsmenge, insbesondere der Flüssigtreibstoffmenge in Satellitentanks unter Schwerelosigkeit

Info

Publication number: DE8806777U1
Application number: DE8806777U
Authority: DE
Original assignee: TRINKS HAUKE PROF DR 2110 BUCHHOLZ DE
Current assignee: TRINKS HAUKE PROF DR 2110 BUCHHOLZ DE
Priority date: 1988-05-25
Filing date: 1988-05-25
Publication date: 1988-07-28

Description

Beschreibung

|)ie Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der in einem Tank befindlichen FlUssigkeitsmenge, insbesondere der FlUssigtreibstoffmenge in Satellitentanks Unter Schwerelosigkeit.

lter FlUssigtreibstoff zum Antrieb von Satelliten betteht bei Zweistofftriebwerken aus einem Brennstoff, fe. B. Monomethyl-Hydrazin (MMH), und aus einem Oxidator zur Verbrennung dieses Brennstoffs, z. B. Distickstofftetroxid (NTO). Diese beiden Treibstoffkomponenten werden in getrennten Tanks bevorratet und gelangen Über meist redundant ausgelegte Systeme von Rohrleitungen und Ventilen zu den Triebwerken.

Um den Tankinhalt in der Schwerelosigkeit entnehmen zu können, werden die Tanks aus einem Druckgas-Vorratsbe-Käiter über ein Ventil- und Speiseleitungssystem mit Druckgas unter einem Druck von beispielsweise 25 bar beaufschlagt. Wird einem Tank Brennstoff bzw. Oxidator •ntnommen, füllt sich das frei gewordene Volumen in 6em Tank sofort aus dem Druckgas-Vorratsbehälter auf. Die bekannten Volumina der Tankinhalte setzen sich zu jeder Zeit aus einem zu bestimmenden Volumenanteil Brennstoff bzw. Oxidator und einem Volumenanteil Druckgas zusammen. Als Druckgas wird meistens aufgrund seiner definierten, einem idealen Gas sehr nahe kommenden Eigenschaften Helium verwendet.

Die hinreichend genaue meßtechnische Erfassung von FlUs-•igkeitsinhalten insbesondere von Plüssigtreibstofftanks an Bord von Satelliten unter Weltraumbedingungen »teilte bisher ein ungelöstes Problem dar. Von den Üblichen Verfahren und Vorrichtungen arbeiten viele Meßverfahren unter schwerelosen Bedingungen nicht oder nur Ungenau.

feine möglichst genaue Bestimmung der Flüssigtreibstoff-Inenge bzw. der Menge ihrer Komponenten ist im wesentlichen unter drei Aspekten besonders wünschenswert:

Hn wirtschaftlicher Hinsicht ist die Kenntnis der in den Tanks befindlichen Mengen der Treibstoffkomponenten torforderlich, um eine ggf. vorhandene Unsymmetrie von ttestmengen der Komponenten durch Modifikation des Mischungsverhältnisses zwischen Oxidator und Brennstoff fcum Betrieb der Triebwerke ausgleichen zu können, Wodurch die Einsatzdauer des Satelliten erhöht und damit ein verbesserter Wirkungsgrad des gesamten Satellitensystems erreicht werden würde.

Im Hinblick auf die weitere Satellitenentwicklung ist flie genaue Kenntnis der in den Tanks befindlichen Treibfctoffkomponentenmengen sowohl vor, während, als auch tiach ein«="- sogenannten Space to Space-Betankung des Satelliten durch einen Betan'.ungssatelliten erforderlich, um den BetanXungsvorgang unter Weltraumbedingungen hinsichtlich der gesamten Logistik optimal durchführen zu können.

Ein weiterer Aspekt gilt der Sicherheit im Weltraum nach Ablauf der Einsatzdauer des Satelliten. Mit genauer Kenntnis noch vorhandener Mengen an Treibstoffkomponenten ist eine Bestimmung der Gesamteinsatzdauer eines Satelliten bzw. eine genaue Vorhersage desjenigen Zeitpunktes möglich, zu dem noch eine geringe Restmenge an Treibstoff vorhanden sein muß, um den dann ausgedienten Satelliten auf eine unkritische Umlaufbahn zu bringen.

Für den Betrieb von Satelliten sind lediglich Verfahren zur Abschätzung der Flüssigtreibstoffmengen bekannt, bei denen beispielsweise der Treibstoffverbrauch über die jeweiligen Betriebszeiten aufintegriert wird oder bei denen aus dem bei zunehmender Entleerung der Tanks sinkenden Druck eines Gaspolsters in den Tanks auf deren Inhalt geschlossen wird.

Zu diesem Zweck mußten bisher über den relativ langen Lebenszeitraum eines Satelliten die für die Messung wesentlichen Randbedingungen, wie z. B. die Tanktemperaturen, die Drücke der Gaspolster und deren ungewollte Verringerung durch Verluste sowie das Mischungsverhältnis von Oxidator und Brennstoff, laufend als Meßwerte aufgenommen, gespeichert und ausgewertet werden. Da außerdem manche Parameter-Änderungen aufgrund des Langzeiteffektee im Bereich der Meßgenauigkeit oder des Auflösungsvermögens der Sensoren lagen, waren diese Verfahren mit einer hohen Ungenauigkeit von bis zu etwa 10 % behaftet.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabenstellung zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die unter Weltraumbedingungen eine wesentlich höhere Meßgenauigkeit besitzt und entsprechend zuverlässig ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß der Tank über eine Druckgasspeiseleituug mit einem Druckgas-Vorratsbehälter verbunden ist und in der Druckgasspeiseleitung anschließend an den Tank eine Gasmengen-Meßeinrichtung sowie darauffolgend ein Absperrventil angeordnet ist, daß der mit einem Druckgas gefüllte Druckgas-Vorratsbehälter unter einem höheren Druck steht als der Tank und daß die Gasmengen-Meßeinrichtung einen Drucksensor aufweist, mit dem auch der statische Gasdruck im Tank meßbar ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lehre sieht vor, daß die Gasmengen-Meßeinrichtung zusätzlich zu dem Drucksensor eine die Druckgasspeiseleitungen definiert verengende Drossel aufweist, daß diese Drossel zwischen dem Drucksensor und dem Tank angeordnet ist und daß die Gasmengen-Meßeinrichtung sowie das Absperrventil an eine Auswerte- und Steuereinrichtung angeschlossen sind, welche zur zeitlich definierten Auf- und Zusteuerung des Absperrventile, zur Messung der Öffnungs-Zeitdauer dee Absperrventils und zur Druckmessung mittels des Drucksensors vor und nach dem Öffnen des Absperrventile eingerichtet ist. In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Gasmengen-Meßeinrichtung ihrerseits an ihrem dem Tank zugekehrten Auegang ein eigene« Absperrventil sowie zwischen diesem und dem dem ersten Absperrventil zugekehrten Drucksensor einen Hilfsbehälter aufweist

und daß die Gasmengen-Meßeinrichtung sowie das Absperrventil an eine Auswerte- und Steuereinrichtung angeschlossen sind, welche zum Öffnen und Schließen dts zusätzlichen Absperrventils bei geschlossenem Absperrventil, zur Druckmessung mittels des Drucksensors, zum Öffnen und Schließen des ersten Absperrventils bei geschlossenem zweiten Absperrventil und zur Messung des Drucks in dem Hilfsbehälter eingerichtet ist.

Die Erfindung verwendet die thermische Zustandsgleichung für ideale Gase

I) pxV=mxRxT

worin &rgr; den Gasdruck, V das Gasvolumen, m die Masse des Gases, R die Gaskonstante und T die Temperatur des Gattes i,i einem bestimmten Zustand bezeichnen. Ausgehend vor einem Grundzustand in einem Satellitentanksystem, der durch die Gleichung

II) P₁ &khgr; V = In₁ XRxT

charakterisiert wird, kann nach Zugabe einer Gasmenge

A m aus dem Druckgas-Vorratsbehälter in das geschlossene Tanksystem mit der daraus resultierenden Druckerhöhung &Dgr; &rgr; der neue Zustand durch die Gleichung

III) (P₁ + &Dgr; &rgr;) &khgr; V = Cm₁ + &Dgr; m) &khgr; R &khgr; &Tgr;

beschrieben werden. Diese Gleichungen sind auf die Verhältnisse in einem Satellitentanksystem unmittelbar anwendbar« da sowohl Brennstoff als auch Oxidator inkompressible Flüssigkeiten sind und ferner davon ausgegangen werden kann, daß sich die Temperatur T in dem kurzen Zeitraum zwischen den beiden Zuständen nicht ändert. Die mathematische Differenz der Gleichungen II und III lautet demzufolge

• I 1 IJt fl * ·

f m . im &psgr; * ■" ·

I » J | I · S ·

I J I J &igr; > I 11 in C · -i ·

- 10 -

IV) &Dgr;&rgr; XV= &Dgr;&igr;&eegr; &khgr; R &khgr; &Tgr;

Daraus folgt nach Umstellung eine Gleichung V) zur Berechnung des Gasvolumens in alleiniger Abhängigkeit vom Quotienten aius der hinzugefügten Druckgasmenge &Dgr; m und dem Druckzuwachs &Dgr; &rgr;.

V) V =£j£ XRxT

Das bekannte Gesamtvolumen eines Brennstoff bzw. Oxidatortanks besteht immer aus dem Volumen des Brennstoffs bzw. Oxidators sowie dem Druckgasvolumen. Kann das Druckgasvolumen bestimmt werden, ist demgemäß über das Gesamtvolumen des Tanks auch das Brennstoff- bzw. Oxidatorvolumen berechenbar. Gemäß Gleichung V) ist dieses Druckgasvolumen V berechenbar, wenn dem betreffenden Tank mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine bekannte Druckgasmenge zugeführt und die dadurch bewirkte Druckerhöhung im Tank gemessen wird.

In durchgeführten Versuchen während der Entwicklung der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat sich gezeigt, daß mit ihr und dem ihr zugrundeliegenden Meßverfahren die Ungenauigkeiten der Meßergebnisse auf bis zu 1 bis 2 % reduzierbar sind. Vorteilhaft ist ferner, daß mit einer einzigen Vorrichtung sowohl die Brennstoff- als auch die Oxidatormenge in den entsprechenden Tanks eines Satelliten bestimmt werden kann.

Da sich Druckdifferenzen innerhalb kurzer Zeiten außerordentlich genau meßtechnisch bestimmen lassen, genügen geringe Druckerhöhungen im Satellitentank, um mit

• * · « It

- 11 -

großer Genauigkeit das Gasvolume&eegr; zu bestimmen. Demzufolge sind mit einem relativ geringen Druckgasvorrat zahlreiche EinzeLmessungen im Verlauf der Lebensdauer eines Satelliten durchführbar.

Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben sowie nachstehend noch partiell angesprochen.

Mit besonderem Vorteil ist die erfindungsgemäße Meßvorrichtung in Satelliten unter Schwerelosigkeit einzusetzen. Dort ist es von besonderer Wichtigkeit, sowohl die Anzahl als auch das Gewicht der für die Realisierung der Meßvorrichtung nötigen Bauteile so gering wie möglich zu halten. Deshalb ist bevorzugt vorgesehen, daß der Druckgas-Vorratsbehälter aus einem in dem Satellitentanksystem vorhandenen Versorgungetank besteht; daß die Druckgasspeiseleitung(en) im wesentlichen aus den Speiseleitungen des Satellitentanksystems gebildet sind; daß wenigstens einer der Drucksensoren aus in dem Satellitentanksystem vorhandenen Drucksensoren besteht; und daß in der Druckgasspeiseleitung zwischen dem Druckgas-Vorratsbehälter und dem ersten Absperrventil ein Druckreduzierventil angeordnet ist, dessen Abgabedruck größer ist, als der Abgabedruck eines oder mehrerer parallelgeschalteter, im Satellitentanksystem vorhandener Druckreduzierventi¹e. Somit wirkt sich diese Meßvorrichtung nur minimal auf das Gewicht und die Funktion des gesamten Satellitentanksystems aus, da zur Realisierung der Meßvorrichtung weitgehend auf in dem Tanksystem ohnehin vorhandene Bauteile zurückgegriffen werden kann.

- 12 -

Die Erfindung ist nachstehend anhand der in den Zeichnungen gezeigten bevorzugten Ausfuhrungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer ersten AusfUhrungsform der FUllstandsmeßvorrichtung;

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung einer zweiten AusfUhrungsform der FUllstandemeßvorrichtung;

Fig. 3 eine pL-LÜäiipuär ö töllüny «ines Satellite«—

tanksystems mit integrierter FUllstandsmeßvorrichtung gemäß der ersten Alternative;

Fig. 4 zwei Diagramme zum Druckverlauf während

eines Meßvorganges mit der AusfUhrungsform gemäß Fig. 3;

Fig. 5 ein vereinfachtes Schaltbild eines Satellitentanksystems mit integriertem FUllstandsmeßvorrichtung gemäß der ersten Alternative ;

Fig. 6 eine Prinzipdarstellung eines Satelliten-

tanksystems mit integrierter FUllstandsmeßvorrichtung gemäß der zweiten Alternative; und

Fig. 7 ein vereinfachtes Schaltbild eines Satellitentanksystems mit integrierter FUllstandsmeßvorrichtung gemäß der zweiten Alternative.

Gemäß Fig. 1 und 2 weist eine Füllstandsmeßvorrichtung tür Bestimmung der Flüssigtreibstoffmenge in Satellitentanks einen mit Druckgas 5 gefüllten Druckgas-Vorratsbehälter 2 auf, eine von diesem Druckgas-Vorratsbehälter 2 zu einem Füssigtreibstoff 90 und Druckgas 5 enthaltenden Satellitentank 9 führende Druckgasspeiseleitung 8, in der behälterseitig ein erstes steuerbares Absperrventil 6 und tankseitig eine Gasmengen-Meßeinrichtung 14 angeordnet ist. Die Gasmengen-Meßeinrichtung 14 dient der Bestimmung einer während eines Füllstandsmeßvorganges dem Satellitentank 9 aus dem Druckgas -Vorratsbehälter 2 zugeführten Druckgasmenge &Dgr; m.

- 13 -

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform der Gasmengen-Meßeinrichtung 14 dargestellt, die hier aus einem Drucksensor 18 und einer die Druckgasspeiseleitung &thgr; definiert verengenden Drossel 24 besteht. Mit dem Drucksensor 18 der Gasmengen-Meßeinrichtung 14 ist tuch der statische Gasdruck in dem nachgeordneten Tan*: 9 meßbar. Die Drossel 24 besitzt eine definierte Geometrie, so daß bei einem bekannten (durch den Drucksensor 18 meßbaren) Gasdruck in Strömungsrichtung Vor der Drossel 24 bekannt ist, welche Gasmenge &Dgr; m in •inem Zeitintervall &Dgr; t durch die Drossel 24 in den featellitentank 9 strömt.

Xn Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform der Gasüengen-Meßeinrichtung 14 dargestellt, die hier zwifechen dem aus der Fig. 1 bekannten Drucksensor 18 und dem Satellitentank 9 eine in der Druckgasspeiseleitung 6 angeordnete Reihenschaltung aus einem Gasbehälter 28 Und einem zweiten steuerbaren Absperrventil 7 enthält. Der Gasbehälter 28 besitzt ein definiertes Volumen und dient der Bestimmung der dem Satellitentank 9 in einem FUllstandsmeßvorgang aus dem Druckgas-Vorratsbehälter 22 züge führt en Druckgasmenge Am.

Die Funktionsweise der Gasmengen-Meßeinrichtung 14 Wird nachfolgend anhand der Fig. 3 und 4 für die Ausführungsform gemäß Fig. 1 und anhand der Fig. 6 für die Ausführungsform gemäß Fig. 2 erläutert.

Gemäß Fig. 3 weist das Tanksystem eines Satelliten «inen als Druckgas-Vorratsbehälter 2 der Füllstandsmeßvorrichtung dienenden, mit Druckgas 5 gefüllten Versorgungsgastank auf, ein diesem Vorratsbehälter 2 nachge-

• ···· »I ti

- 14 -

ordnetes System von parallelen Druckgasspeieelaitungen 8 mit jeweils einem Druckreduzierventil 3, eine Verzweigung 16 der Druckgasspeiseleitung 8, ein sich daran anschließendes Ventilsystem 22 und nachgeordnet je einen Brennstofftunk 9 und einen Oxidatortank 10. Das Volumen des Brennstofftanks 9 setzt sich aus drm Volumen des darin enthaltenen Brennstoffs 90 und des Druckgases 5 zusammen und das Volumen des Oxidäfcörfcanks 10 besteht aus dem Volumen des Oxidators 100 und ebenfalls aus dem Volumen deä Druckgases 5. Die hierin integrierte FUllstandsmeßvorrichtung zur Bestimmung der FlUssigtreibstoffmenge - hier also sowohl der !Brennstoffmenge als auch der Oxidatormenge - besteht aus einer Reihenschaltung eines Druckreduzierventils 4 Hit dem Absperrventil 6 sowie aus der Gasmengen-Meßeinrichtung 14 zur Bestimmung der dem nachgeordneten Tank 9, 10 in einem FUllstandsmeßvorgang vom Druckgas-Vcriratsbehälter 2 zugefUhrten Druckgasmenge &Dgr; m.

Die Reihenschaltung aus dem Druckreduzierventil 4 und dem Absperrventil 6 ist in einem Druckgasspeiseleitungsstrang 8 angeordnet, der parallel zu den im Satellitentanksystem vorhandenen Druckreduzierventilen 3 geschaltet ist. Der Drucksollwert des Druckreduzierventils 4 ist 1 bar größer gewählt als der Sollwert der paraxielgeschalteten, im Satellitentanksystem Vorhandenen Druckreduzierventile 3. Der Sollwert des fcruckreduzierventils 4 muß höher eingestellt sein als der der Druckreduzierventile 3, um über den in den t)ruckgasspeiseleitungen 8 zwischen den Satellitent*" s Φ, 10 und den Druckreduzierventilen 3 vorherrseHeiic -n, durch die Druckreduzierventile 3 geregelten ^.ödruck «eine zusätzliche Gasmenge aus dem Druckgas-Vorratsbehälter 2 in die Tanks 9, 10 strömen lassen zu können.

- 15 -

Anhand der Fig. 4, die zwei Druckdiagramme im Verlaufe eines Meßvorganges darstellt., und anhand der Fig. 3
wird nachfolgend ein Meßvorgang in mehreren Schritten
beschrieben. Zur Vereinfachung sei vorausgesetzt, daß
sich das Sate11itentanksystern zu Beginn des Meßvorganges im Ruhezustand befindet, d. h. weder Brennstoff noch Oxidator den Tanks entnommen wird. Im praktischen Einsatz der Füllstandsmeßvorrichtung ist diese
Voraussetzung nicht nötig, da der gesamte Meßvorgang
nur eine sehr kurze Zeit in Anspruch nimmt und dadurch die möglicherweise zwischen den Messungen des Anfangsund des Enddrucks erfolgenden Reduzierungen des Brennstoff- bzw. Oxidatorvolumens durch Entnahme vernachlässigbar klein ist.

In einem ersten Schritt des Meßvorganges wird der
statische Gasdruck pn in jedem Tank 9, 10 mittels des zugeordneten Druckseneors 18 der Gasmengen-Meßeinrichtung 14 gemessen. In einem zweiten Schritt wird das
Absperrventil 6 mittels der Auswerte- und Steuereinrichtung SO geöffnet, so daß über das Druckreduzierventil 4 Druckgas 5 aus dem Druckgas-VorratsbehSlter 2 über die Druckgasspeiseleitungen 8 und das VentHeystem 22 in
die Tanks 9, 10 geleitet wird. Dabei wird, wie aus dem oberen Diagramm der Fig. 4 ersichtlich, das Absperrventil 6 für ein bestimmtes Zeitintervall ^t geöffnet, woraus vor den Drosseln 24 ein durch die Drucksensoren der Gaemengen-Meßeinrichtungen 14 zu messender Druckanstieg &rgr;&khgr; resultiert. Nach Ablauf der Zeit At wird das Absperrventil 6 wieder geschlossen. Sobald das Druckgas 5 die Drosseln 24 passiert hat und damit ein Druckausgleich zwischen dem Ventileystem 22 und den Tanke 9, erfolgt ist, wird in einem weiteren Schritt erneut der

- 16 -

statische Gasdruck &rgr;^2 ^^{&eegr; den} Tanks 9, 10 gemessen, der um den Betrag &Lgr; P größer ist als der erste statische Gasdruck P^ &khgr; · Damit ist der MeßVorgang beendet.

Zur Auswertung der Meßergebnisse wird das eingangs erläuterte Gasgesetz in der umgewandelten Form der Gleichung V) angewandt. Der Druckunterschied Ap ergibt sich aus der Subtraktion des ersten statischen Gasdruckes Y>\\ von dem zweiten, höheren statischen Gasdruck Pi2* °i-^e während der Zeit 2Lt aus dem Vorratsbehälter 2 zugeführte Gasmenge Am ist aus dem während des Meßvorgangs ermittelten, erhöhten Druck P₁ vor den Drosseln 24 aus der Zeit At sowie aus der definierten Geometrie der Drosseln 24 berechenbar, da durch vorherige Eichungen der Drosseln 24 oder ähnliche Maßnahmen bekannt ist, welche Gasmenge Am bei dem Druck Pl während einer Zeit /Jt die Drosseln 24 durchströmt. Hiernach läßt sich aus der Gleichung V) nach Einsetzen der Gaskonstante für das Druckgas (bevorzugt Helium) und der Temperatur T des Druckgases während des Meßvorganges das aktuelle Volumen V des in den Tanks 9, 10 vorhandenen Druckgases 5 berechnen. Schließlich folgt aus der einfachen Beziehung

^vBrennstoff/Oxidator ^{&bgr; v}Tank ~ ^vDruckgae

das gesuchte Volumen des Brennstoffs bzw. des Oxidators.

Fig. 5 veranschaulicht in eindrucksvoller Weise, wie das FUlIstandsmeßvorrichtung, hier in der Ausführungsform mit den Drosseln 24 in das vorhandene Tanksystem eines Satelliten integrierbar ist. Die zusätzlich in

- 17 -

das Tanksystem einzufügenden Bauteile 4, 6, 24 (zweifach) sowie der die Bauteile 4, 6 enthaltende Druckgasleitungsstrang 8 sind in diesem vereinfachten Schaltbild durch dickere Linien hervorgehoben. Ferner ist zur Vereinfachung der Darstellung jeweils nur ein Tank 9 mit Monomethyl-Hydrazin (MMH) als Brennstoff 90 und ein Tank 10 mit Distickstofftetroxid (NTO) als Oxidator 100 dargestellt. Da die meisten Satelliten aus Gründen der Redundanz wenigstens je zwei dieser Tanks 9, 10 besitten, sind dann zwei weitere definierte Drosseln in den entsprechenden Druckgasspeiseleitungen zu den Tanks erforderlich. Besonders anschaulich wird hier nochmals, daß zur Realisierung der Füllstandsmeßvorrichtung auf die im Tanksystem des Satelliten vorhandenen Druckseneoren 18 als Bestandteile der Gasmengen-Meßeinrichtungen 14 zurückgegriffen werden kann.

In Fig. 6 ist das Prinzip des SateIlitentanksysteras mit einer alternativen Füllstandsmeßvorrichtung dargestellt« die sich von der Meßvorrichtung gemäß Fig. 3 nur in der Ausführung der Gasmengen-Meßeinrichtungen 14 unterscheidet. Diese bestehen hier neben den aus Fig. 3 bekannten Drucksensortm 18 aus je einem den Drucksengoren 18 nachgeordneten Gasbehälter 28 und einem sich daran in der Druckgasspeiseleitung 8 anschließenden Absperrventil 7. Die Gasbehälter 28 dienen hierbei als Hilfsvolumen zur Bestimmung der in einem Füllstandsmeßvorgang den Tanks 9, 10 zugeführten Druckgasmenge A ^m·

Die Funktionsweise der Gasmengen-Meßeinrichtungen 14 in dieser AusfUhrungsform wird wieder anhand eines Meßvorgangs in mehreren Schritten erläutert. Die verein-

Hi-mar 1 —■.

• » f

• ■It I I 111

- 18 -

fachenden, in der Praxis nicht relevanten Voraussetzungen des vorstehend beschriebenen Meßvorganges mit der ersten Alternative der Gasmengen-Meßeinrichtungen 14 seien auch hier getroffen.

In einem ersten Schritt wird durch die Auswerte- und Steuereinrichtung 55 das Absperrventil 6 geschlossen und das Absperrventil 7 geöffnet und der Anfangsgas-4ruck P21 des Brennstofftanks 9 und des Oxidatortanks 10 wird gemessen. Als zweiter Schritt wird das Absperr-Ventil 7 geschlossen und das Absperrventil 6 geöffnet, woraufhin über das Druckreduzierventil 4 (Sollwertu^^.

reduzierventil 4 = ^SollwertDruckreduzierventil 3 ^{+ 1} bar) Druckgas 5 aus dem Druckgas-Vorratsbehälter 2 in die Gasbehälter 28 strömt, die somit auf einen Gasdruck &rgr;2 aufgefüllt werden, der mit den Drucksensoren 18 zu Messen ist. Ist der Druck P2 erreicht, wird das Absperr-Ventil 6 geschlossen. Die jetzt in den Gasbehältern 28 eingeschlossene Gasmenge ist über das oben erläuterte Casgesetz aufgrund des bekannten Behältervolumens urvä tfes gemessenen Gasdrucks P2 berechenbar. In einem Veiteren Schritt wird das Absperrventil 7 wieder geöffnet und die definierte Gasmenge der Gasbehälter fttrömt in die Tanke 9, 10, bis ein Druckausgleich zwischen den Gasbehältern 28 und den Tanks 9, 10 •intritt. In einem letzten Schritt wird jetzt der •tatische Endgasdruck P22 mittels der Drucksenvoren 18 gemessen. Der Meßvorgang ist damit beendet.

Die Auswertung der Meßergebnisse .nur Bestimmung Brennstoffmenge 90 bzw. der Oxidatormenge 100 erfolgt wieder unter Zuhilfenahme der Gleichung V). Der Differenzdruck ^ P ist aus der Subtraktion des Anfangedlrucke

	* · · • · • *	- 19 -	• · · «it • · · ti·· *t • · · · · » · « 1	Gas-
	dem Endruck P22 erhältlich		Gas-
P21 ^von	m ist aus dem definierten
menge &Lgr;		. Die zugeführte
	Hilfsvolumen der

behälter 28 und dem gemessenen Druck p₂ berechenbar. Die weitere Berechnung der Brennstoff- bzw. Oxidatorvolumina 90, 100 erfolgt in gleicher Weise wie zu der ersten Alternative obenstehend erläutert.

Anhand des in Fig. 7 dargestellten vereinfachten Schaltbildes eines Satellitentanksystems wird auch mit dieser alternativen AusfUhrungsform die weitestgehende Integrationsfähigkeit der FUllstandsmeßvorrichtung in das vorhandene Satellitentanksystem deutlich. FUr diese AusfUhrungsform sind die zusätzlichen Bauteile 4, 6, 7 (zweifach), 28 (zweifach), sowie der die Bauteile 4, 6 enthaltende Druckgasleitungsstrang 8 erforderlich. Auch hier sei nochmals auf die besondere vorteilhafte Möglichkeit hingewiesen, die in dom Satellitentanksystem vorhandenen Druckseneoren 18 für die Realisierung der FUlIstandsmeßvorrichtung mitzuverwenden.

Abschließend sei der Vollständigkeit halber erwähnt, daß mit der vorgestellten FUllstandsmeßvorrichtung die Inhalte der einzelnen Tanks selbstverständlich auch getrennt voneinander bestimmt werden können. Diese Möglichkeit ergibt sich in vorteilhafter Weise durch die einzelnen Beschaltungsmöglichkeiten des satelliten-"sigenen Ventilsystems 22.

Claims

Prof. Dr. Hauke Trinke, Hasenkamp 13, 2110 Buchholz

Vorrichtung zum Messen der in einem Tank befindlichen Flüssigkeitsmenge, insbesondere der Flüssigtreibstoffmenge in Satellitentanks unter Schwerelosigkeit

A &eegr; s &rgr; r U c h e

I. Vorrichtung zum Messen der in einem Tank befindlichen FlUssigkeitemenge, insbesondere der Flüssigtreibstoff menge in Satellitentanks unter Schwerelosigkeit,

dadurch gekennzeichnet, daß der Tank (9) über eine Druckgasspeiseleitung (8) mit einem Druckgas-Vorrat sbehä lter (2) verbunden ist und in der Druckgasspeiseleitung anschließend an den Tank eine Gasmen« gen-Meßeinrichtung (14) sowie darauffolgend ein Absperrventil (6) angeordnet ist, daß der mit einem Druckgas (5) gefüllte Druckgas-Vorratsbeha¹ lter (2) unter einem höheren Druck steht als der Tank (9),

DKS/KR/sg/dg/em

Martinistraue 24 Telefon Telecopjerer ,Telex Datex-P

D-28OOBremenl OAlX-MAOlT \ 0421-3208 3V ,244020 fepatd 44421040 311

-2 -

und daß die Gasmengen-Meßeinrichtung (14) einen Drucksensor (18) aufweist, mit dem auch der statische Gasdruck im Tank (9) meßbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasmengen-Heßeinrichtung (14) zusätzlich zu dem Drucksensor (18) eine die Druckgasspeiseleitung (8) definiert verengende Drossel (24) aufweist, daß diese Drossel (24) zwischen dem Drucksensor und dem Tank (9) angeordnet ist. und daß die Gasmengen-Meßeinrichtung (14) sowie das Absperrventil (6) an eine Auswerte- und Steuereinrichtung (50) Angeschlossen sind, welche zur zeitlich definierten Auf- und Zusteuerung des Absperrventiles (6), zur Messung der Öffnungs-Zeitdauer des Absperrventils (6) Und zur Druckmessung mittels des Drucksensors (18) vor und nach dem Öffnen des Absperrventils (6) eingerichtet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (24) als Blende ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Druckgasspeiseleitung (8) zwischen dem Drucksensor (18) und dom Tank (9) aufgrund ihres Querschnittes und ihrer Länge die Drossel (24) bildet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1«

dadurch gekennzeichnet, daß die Gasmengen-Meßeinrichtung (14) ihrerseits an ihrem dem Tank (9) zugekehrttn Ausgang ein eigenes Absperrventil (7) sowie zwischen diesem und dem dem ersten Absperrventil (6) zut/eKehrton Drucksensor (18) einen Hilfsbehälter (28) aufweist und

daß die Gasmengen-Meßeinrichtung (14) sowie das Absperrventil (6) an eine Auswerte- und Steuereinrichtung (55) angeschlossen sind, welche zum Öffnen und Schließen des zusätzlichen Absperrventils (7) bei geschlossenem Absperrventil (6), zur Druckmessung mittels des Drucksensors (18), zum Öffnen und Schließen des ersten Absperrventils (6) bei geschlossenem zweiten Absperrventil (7) und zur Messung des Drucks in dem Hilfsbehälter (28) eingerichtet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die Druckgasspeiseleitung (&thgr;) zwischen den beiden Absperrventilen (6, 7) aufgrund ihres Querschnittes ur>i ihrer Länge den Hilfsbehälter (28) bildet.
7. Vorrichtung zum Messen der FlUssigtreibstoffmenge in Satelitentanks, nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (18) ein in dem Satellitentanksystem vorhandener Drucksensor ist und daß in der Druckgasspeiseleitung (8) zwischen dem Druckgas-Vorratsbehälter (2) und dem ersten Absperrventil (6) ein Druckreduzierventil (4) angeordnet und auf einen Abgabedruck eingestellt ist, der größer ist, als der Abgabedruck eines oder mehrerer parallelgeschalteter, im Satellitentanksystem vorhandener Druckreduzierventile (3).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Druckreduzierventil (4) und dem ersten Absperrventil (6) bestehende Reihenschaltung in einer zu den im Satellitentanksystem vorhandenen Druckreduzierventilen (3) parallel geschalteten Druckgasspeiseleitung (8) liegt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, daß das in Reihe zum ersten Abeperrventil (6) angeordnete Druckreduzierventil (4) aus einem der dem Druckgas-Vorratsbehälter (2) nachgeordneten, in dem Satellitentanksystem vorhandenen Druckredurierventil (3) gebildet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß der Abgabedruck des in Reihe zum ersten Absperrventil (6) angeordneten Druckredueierventils (4) um etwa 1 bar größer ist als der Abgabedruck des im Satellitentanksystem vorhandenen Druckreduzierventils (3).