ES2302285T3 - Deposito de carburante. - Google Patents

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Abstract

Depósito de carburante, especialmente depósito para almacenar líquidos agresivos para hacer funcionar cuerpos voladores espaciales, con un gas propulsor que sirve de medio de transporte así como con al menos un dispositivo de toma de carburante, compuesto por al menos un recipiente colector (3) y una salida (4) del depósito, en el que se consigue una separación entre el carburante y el gas propulsor aprovechando la tensión superficial, en el que el dispositivo de toma en forma de un depósito de reserva rellenable está dispuesto en el fondo del depósito de carburante y a través de conductos de transporte (15) está conectado con el interior del depósito de carburante, caracterizado porque la salida del depósito está provista de canales de unión o de apertura (11) así como de un canal (15) configurado de forma helicoidal, que conectan el recipiente colector (3) con un tubo de salida (10) de la salida (4).

Description

Depósito de carburante.
La invención se refiere a un depósito de carburante, especialmente a un depósito para almacenar líquidos agresivos para hacer funcionar cuerpos voladores espaciales, con un gas propulsor que sirve de medio de transporte, así como con al menos un dispositivo de toma de carburante, estando compuesto por al menos un recipiente colector y una salida de depósito, en el cual, aprovechando la tensión superficial se consigue una separación entre el carburante y el gas propulsor, estando dispuesto el dispositivo de toma en forma de un depósito de reserva rellenable en el fondo del depósito de carburante, estando conectado, a través de conductos de transporte, con el interior del depósito de carburante.
En cuerpos voladores espaciales tales como satélites o estaciones orbitales, tanto para los grupos de propulsión que sirven para regular la posición en el espacio, como para los grupos de propulsión para realizar la maniobra de apogeo, se usan principalmente carburantes líquidos que se llevan en recipientes adecuados para ello, desde los que se transportan a las cámaras de combustión o de reacción de los grupos de propulsión correspondientes, generalmente usando un gas propulsor. Como gases propulsores se suelen emplear gases inertes como el helio (He) o el nitrógeno (N_{2}) que se introducen bajo presión en el recipiente de carburante y que, de esta manera, introducen el carburante a presión en el sistema de tuberías que conducen al grupo de propulsión correspondiente. Lo importante es una separación completa y segura entre el gas propulsor que sirve de medio de transporte y el carburante que entra en el mecanismo de propulsión, ya que éste último tiene que estar exento de inclusiones de gas ajeno durante la ignición. Un depósito del tipo mencionado al principio, que se basa en este principio, se conoce por el documento 10040755C2.
Un procedimiento estándar para separar líquidos y gases entre sí consiste en el uso de tamices que bloquean el paso de gases hasta una diferencia de presión determinada. En el caso de satélites más pequeños, con un bajo caudal de transporte de carburante, se puede sin embargo renunciar en determinadas circunstancias al uso de estos tamices relativamente costosos. Un requisito especial y frecuente de este tipo de depósitos es, además, la posibilidad de un transporte horizontal del depósito de carburante ya relleno, integrado en el satélite, hasta el lugar de despegue, especialmente si no se desean limitaciones en cuanto al grado de llenado del depósito. Debido a efectos dinámicos, las fuerzas que se producen durante el transporte pueden sobrepasar, en un múltiplo, las fuerzas de la gravitación de la tierra. Por esta razón, en los depósitos de este tipo conocidos hasta ahora o bien el grado de llenado del depósito se limita a grados de llenado más reducidos, de modo que la salida del depósito esté rodeada siempre de líquido, o bien la salida del depósito está limitada por un canal muy estrecho que, sin embargo, genera unas pérdidas de presión relativamente grandes en la toma de carburante. Habitualmente se predefinen las pérdidas de presión máximas admisibles.
Otro requisito en cuanto a un depósito de este tipo es la posibilidad de que los satélites que contengan este tipo de depósitos, deben ser transportados a la órbita con una orientación transversal respecto a la salida del depósito. Surge esta posibilidad en particular al transportar varios satélites pequeños, instalados lateralmente de forma horizontal, en una estructura de soporte central. Las elevadas cargas dinámicas que se producen durante el despegue de un cohete tienen como consecuencia que los tamices y orificios expuestos, generalmente, ya no tienen ningún poder de retención, es decir, que no puede impedirse la entrada de gas propulsor en la salida. Esto provoca un fallo, si el depósito de carburante no se llena completamente y si componentes sensibles, tales como tamices y orificios, sobresalen del líquido. Entonces, en caso de elevadas cargas, el gas propulsor puede llegar a la salida del depósito, a través de tamices y orificios, lo que asimismo puede conducir a un fallo del grupo de propulsión. Por lo tanto, un despegue de un cohete, con un depósito del tipo mencionado al principio, orientado horizontalmente, no es posible con los depósitos conocidos hasta ahora.
Asimismo, por los documentos EP0367001B1 y DE3750727T2 se conocen depósitos de carburante, en los que por cada depósito colector y salida de depósito se realiza una separación entre el carburante y el gas propulsor, aprovechando la tensión superficial y un dispositivo de toma está dispuesto en el fondo del depósito de carburante. Aquí existe el inconveniente de que, en caso de bajos niveles de llenado de carburante en el depósito y una orientación horizontal bajo diferentes ángulos de giro durante el transporte y/o el despegue, no se garantiza una cantidad de carburante en los taladros de salida para evitar la afluencia de gas a los taladros de salida.
El objetivo de la invención es configurar un depósito según el preámbulo, de tal forma que incluso pueda realizarse un despegue con el depósito del satélite orientado horizontalmente con diferentes orientaciones del depósito y a la vez con bajos niveles de llenado de líquido. Al mismo tiempo, este depósito debe poder transportarse en posición horizontal, sin limitaciones en cuanto a su orientación o grado de llenado, teniendo que quedar garantizado, no obstante, un transporte del carburante sin burbujas a los grupos propulsores durante el funcionamiento en la órbita a continuación del despegue.
La invención consigue este objetivo porque, en un depósito de este tipo, la salida del depósito está provista de canales de unión o de apertura así como de un canal helicoidal que conectan el recipiente colector con un tubo de salida de la salida.
Gracias a la configuración del depósito de carburante según la invención queda garantizado que durante el transporte y/o despegue se retenga siempre cierta cantidad de carburante en los taladros de salida para que no pueda entrar gas en los taladros de salida incluso en caso de bajos niveles de llenado de carburante en el depósito y de una orientación horizontal del depósito bajo las más diversas orientaciones, por ejemplo, ángulos de giro alrededor del eje. Esto queda garantizado por una configuración en forma de laberinto del interior de la salida de carburante prevista según la invención. El transporte de carburante sin burbujas durante el funcionamiento subsiguiente en la órbita queda garantizado porque el interior de la salida de carburante se llena siempre completamente en un plazo muy corto, es decir, en pocos segundos, aprovechando las fuerzas capilares bajo la ingravidez después de la fase de despegue. Después de este proceso de llenado, el depósito está listo para el funcionamiento.
Los gastos de fabricación del depósito según la invención no son prácticamente más altos que los de los depósitos convencionales, de modo que se consigue un considerable aumento de la flexibilidad en cuanto al manejo en tierra y durante el despegue del cohete manteniendo los costes. Al mismo tiempo, el depósito de carburante está concebido de tal forma que permite un transporte seguro y exento de burbujas sin necesidad de tamices.
A continuación se describe detalladamente el depósito de carburante según la invención con la ayuda de un ejemplo de realización representado en el dibujo. Muestran:
la figura 1 una representación en perspectiva de un depósito de carburante,
la figura 2 una representación detallada del depósito de carburante según la figura 1, en la zona de la salida del depósito,
la figura 3 un corte a lo largo de III-III en la figura 2,
la figura 4 un corte vertical en la zona del eje longitudinal a través del depósito de carburante según la figura 1, que en este caso está dispuesto en posición horizontal para el despegue, y
las figuras 5 a 8 representaciones con diferentes orientaciones conforme a las de la figura 3, indicándose respectivamente también el líquido residual contenido.
El depósito de carburante representado en la figura 1 es un depósito de tensión superficial para el alojamiento y el almacenamiento de carburantes agresivos almacenables, tales como MMH, N_{2}O_{4} e hidrazina, con un dispositivo de toma de carburante dispuesto en el fondo del depósito, en el que se consigue una separación entre el carburante y el gas propulsor aprovechando la tensión superficial. En el depósito, cuatro chapas guía 1 se extienden a lo largo de la pared 2 del depósito, desembocando en el fondo del depósito de carburante que está cubierto por una placa de recubrimiento 16. A través de una salida 4 del depósito, el carburante puede expulsarse de dicho recipiente 3, a través de un gas propulsor, hacia una cámara de combustión o de reacción, no representada en el dibujo. Como gas propulsor se emplean, habitualmente, los gases inertes helio (He) o nitrógeno (N_{2}) que presionan el carburante al sistema de tuberías, no representado en la figura, que conduce al grupo de propulsión correspondiente.
Como muestra la representación en sección según la figura 2, la parte inferior 9 del recipiente colector 3 en la salida 4 del depósito está configurada como pieza giratoria, lo que permite que los gastos de fabricación en particular se mantengan reducidos. Según las figuras 2 y 3, uno o varios canales helicoidales 15, en el ejemplo de realización aquí representado tres canales de unión o de apertura 11 con un diámetro de unos 2 mm respectivamente, unen el interior del recipiente colector 3 formado por un canal anular 12 con un tubo de salida 10 dispuesto de forma central. Los canales de unión o de apertura 11 en la salida del depósito están dispuestos de forma tan inclinada que durante el primer llenado del depósito con carburante no se incluyan burbujas de gas propulsor.
La geometría del espacio interior del recipiente colector 12 está realizada de tal forma que se vuelva a llenar por sí mismo y sin burbujas debido al efecto capilar, tanto durante el giro del depósito de la posición horizontal a la posición vertical, por ejemplo después de un transporte horizontal con bajos grados de llenado de depósito, como en el estado ingrávido. El llenado del canal helicoidal 15 se fomenta por una ranura 14 realizada adicionalmente de forma central. El canal 15 se ensancha cada vez más hacia el canal anular 12, de modo que las burbujas sean expulsadas en dirección al canal anular 12. La ranura 14 cortada favorece el llenado del canal helicoidal 15.
El llenado del depósito con carburante se realiza normalmente estando el depósito orientado verticalmente, es decir, en este caso el eje longitudinal 13 del depósito se extiende paralelamente respecto a la dirección de la gravitación de la tierra, estando llenados totalmente con carburante tanto la salida 4 completa del depósito como el recipiente colector 3. Al volcar el depósito de carburante a continuación alrededor de su eje transversal de tal forma que se encuentre en la posición horizontal en la que, en caso de reducidos grados de llenado, tal como está representado en la figura 4, el carburante 5 ya no humedece la salida 4 sino que su nivel se encuentra a una distancia h por debajo de dicha salida 4, la configuración helicoidal del canal 15 hace que ni durante el transporte horizontal ni durante el despegue horizontal pueda volver líquido desde el tubo de salida 10 hasta el depósito de carburante. En las figuras 5 a 8, la parte inferior del depósito colector se representa con diferentes orientaciones del depósito sin la placa de recubrimiento 16 superior. La combinación de los canales 11 y 15 se ocupa, en cualquier caso, de que el tubo de salida 10 no pueda vaciarse. Es posible el vuelco del depósito de la posición vertical a la horizontal, en cualquier dirección.
El uso de varios canales de unión o de apertura 11 en la salida conduce, adicionalmente, a una pérdida de presión en la salida 4 del depósito durante la expulsión de carburante sensiblemente menor que la de los depósitos de este tipo conocidos hasta ahora. La configuración de la salida según la invención permite, además de campos de aplicación más amplios en cuanto al transporte en horizontal y el despegue horizontal, una mayor reserva en cuanto a las pérdidas de control máximas tolerables así como un llenado y vaciado más rápidos del depósito en el fondo.
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Documentos citados en la descripción
Esta lista de documentos citados por el solicitante se ha incluido exclusivamente a efectos de información del lector, y no es una parte constituyente del documento de patente europeo. Se ha realizado con el mayor cuidado; sin embargo, la OEP no asume ningún tipo de responsabilidad por posibles errores u omisiones.
Documentos de patente citados en la descripción
\bullet DE10040755C2 [0002]
\bullet DE375072T2 [0005]
\bullet EP036701B1 [0005]

Claims (4)

1. Depósito de carburante, especialmente depósito para almacenar líquidos agresivos para hacer funcionar cuerpos voladores espaciales, con un gas propulsor que sirve de medio de transporte así como con al menos un dispositivo de toma de carburante, compuesto por al menos un recipiente colector (3) y una salida (4) del depósito, en el que se consigue una separación entre el carburante y el gas propulsor aprovechando la tensión superficial, en el que el dispositivo de toma en forma de un depósito de reserva rellenable está dispuesto en el fondo del depósito de carburante y a través de conductos de transporte (15) está conectado con el interior del depósito de carburante, caracterizado porque la salida del depósito está provista de canales de unión o de apertura (11) así como de un canal (15) configurado de forma helicoidal, que conectan el recipiente colector (3) con un tubo de salida (10) de la salida (4).
2. Depósito de carburante según la reivindicación 1, caracterizado porque el canal (15) se estrecha en dirección a los canales de unión o de apertura (11).
3. Depósito de carburante según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el canal (15) está provisto adicionalmente de una ranura (14).
4. Depósito de carburante según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el interior del recipiente colector (3) está configurado como canal anular (12).
ES06020653T 2005-12-22 2006-09-30 Deposito de carburante. Active ES2302285T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

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DE102005062092 2005-12-22
DE102005062092A DE102005062092B3 (de) 2005-12-22 2005-12-22 Treibstofftank

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ES2302285T3 true ES2302285T3 (es) 2008-07-01

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