ES2303285T3 - Dispositivo para la alimentacion de un motor de cohete con combustible y comburente. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para la alimentación de un motor de cohete (13) con combustible y con comburente, que incluye: - un depósito (1) que comprende dos compartimentos adyacentes (2, 3) que presentan una pared común (4) y que son susceptibles de recibir respectivamente dicho combustible y dicho comburente en forma líquida; y - unos medios (16; 20, 21; 22) susceptibles de presurizar cada uno de dichos compartimentos (2, 3), caracterizado porque: - dicha pared (4) común a dichos compartimentos (2, 3) es deformable e incluye un inicio de inversión (8) preformado; y - dichos medios de presurización (16; 20, 21; 22) son comunes a dichos compartimentos, dado que un primero (2) de estos compartimentos es presurizado directamente por dichos medios y que el segundo compartimento (3) es presurizado por la deformación progresiva de dicha pared común (4) que se obtiene como resultado de la presurización de dicho primer compartimento (2).
Description
Dispositivo para la alimentación de un motor de
cohete con combustible y con comburente.
La presente invención se refiere a un
dispositivo para la alimentación de un motor de cohete con
combustible y con comburente.
Es sabido que, en una lanzadera espacial, se
busca reducir lo más posible la masa y las dimensiones del sistema
propulsor, y así especialmente del o de los depósitos utilizados
para transportar los propulsantes y alimentar los motores de la
lanzadera.
Con este fin, es conocido (véanse, por ejemplo,
las patentes US-4.561.568,
US-5.085.343 y US-5.865.923) prever
un depósito que incluye dos compartimentos adyacentes, que presentan
una pared común y que son susceptibles de recibir los fluidos a
presión, lo que permite reducir las dimensiones del almacenamiento
de los propulsantes (combustible y comburente) con respecto a una
solución habitual de dos depósitos distintos.
Los propulsantes contenidos en los
compartimentos del depósito son puestos bajo presión con ayuda de un
sistema de presurización, para poder ser expulsados durante su uso
fuera de dichos compartimentos en una cámara de combustión del
motor, en la que tiene lugar la combustión de dichos
propulsantes.
Dicho sistema de presurización incluye en
general, para cada compartimento, un medio de presurización
individual que comprende, especialmente, un recipiente tal como una
bombona que contiene un gas inerte (generalmente, helio) que está
destinado a lanzar los propulsantes fuera de dichos compartimentos,
a dicha cámara de combustión. Un sistema de presurización semejante
presenta el inconveniente de ocupar bastante espacio y, sobre todo,
de tener un peso elevado, lo que es, por supuesto, muy perjudicial,
especialmente para una lanzadera espacial.
Además, debido a las diferencias de presión que
existen en los dos compartimentos adyacentes, que pueden ser
elevadas, conviene realizar la pared de un material rígido muy
resistente, que es, en consecuencia, generalmente pesado, complejo y
costoso.
La presente invención tiene por objeto remediar
estos inconvenientes.
Para este fin, según la invención, el
dispositivo para la alimentación de un motor de cohete con
combustible y con comburente, que incluye:
- -
- un depósito que comprende dos compartimentos adyacentes que presentan una pared común y que son susceptibles de recibir respectivamente dicho combustible y dicho comburente en forma líquida; y
- -
- unos medios susceptibles de poner bajo presión cada uno de dichos compartimentos,
es notable
porque:
- -
- dicha pared común a dichos compartimentos es deformable e incluye un inicio de inversión preformado; y
- -
- dichos medios de presurización son comunes a dichos compartimentos, dado que un primero de estos compartimentos es presurizado directamente por dichos medios y que el segundo compartimento es presurizado por la deformación progresiva de dicha pared común que se obtiene como resultado de la presurización de dicho primer compartimento.
Así, gracias a las características de dicha
pared común y de dichos medios comunes de presurización, se puede,
para la puesta en práctica de la presente invención, reducir el peso
del dispositivo de alimentación del combustible y comburente.
Además, se obtiene una simplificación de los
medios de presurización y una supresión de los problemas ligados a
las diferencias de presión, tal como las desviaciones de la relación
de mezcla, ya que las presiones en los dos compartimentos adyacentes
son idénticas.
Por supuesto, dicha pared común deformable puede
realizarse de numerosas formas diferentes. Sin embargo, en un modo
de realización preferido de la presente invención, dicha pared común
presenta la forma al menos aproximada de una campana cuya convexidad
se encuentra en el lado de dicho primer compartimento y que está
realizada de un material flexible y blando, de manera que, durante
dicha deformación progresiva, dicha pared flexible se invierte a la
manera del dedo de un guante. Un material flexible y blando
semejante puede ser un aluminio de alta calidad, por ejemplo del
tipo A6. Dicho aluminio presenta además la ventaja de resistir a la
corrosión provocada por los propulsantes. Eventualmente, dicha pared
flexible puede estar reforzada y/o protegida contra la corrosión por
al menos una capa de refuerzo y/o de protección, por ejemplo, con un
tejido de aramida, que recubre al menos una de las caras de dicha
pared flexible. Dicha pared flexible puede servir igualmente para
aislar térmicamente dichos compartimentos el uso del otro.
Se observará que dicho inicio de inversión
preformado facilita la inversión de dicha pared común.
Preferentemente, este inicio de inversión incluye una oquedad que se
forma sustancialmente en la cúspide de dicha pared común.
En un modo de realización de la invención,
dichos medios de presurización comprenden al menos un recipiente que
contiene un gas a presión, por ejemplo helio. Este recipiente puede
ser exterior a dicho depósito. Por el contrario, con el fin de
reducir al máximo los conductos de enlace, se dispone ventajosamente
en el interior de dicho depósito y, preferentemente, en el interior
de dicho primer compartimento.
No obstante, en una forma de realización
preferida de la presente invención que permite suprimir todo
recipiente que contiene un gas a presión, dichos medios de
presurización incluyen unos primeros medios de iniciación (tales
como presurización previa en la base del primer compartimento) que
permiten el encendido de dicho motor y unos segundos medios de
mantenimiento (tales como extracciones gaseosas y/o térmicas en
dicho motor así encendido) que permiten la presurización continua de
dicho primer compartimento.
Las figuras del diseño anexo permitirán
comprender el modo como la invención puede realizarse. En estas
figuras, referencias idénticas designan elementos semejantes:
la fig. 1 ilustra esquemáticamente un
dispositivo conforme a la invención;
las fig. 2 a 4 muestran esquemáticamente un
dispositivo conforme a la invención en diferentes estadios de la
expulsión de los líquidos que contiene;
las fig. 5, 6 y 7 ilustran esquemáticamente tres
variantes de realización del dispositivo conforme a la
invención.
El dispositivo para la alimentación de un motor
de cohete con combustible y con comburente, conforme a la invención
y representado esquemáticamente en la fig. 1, incluye:
- -
- un depósito 1 que comprende dos compartimentos adyacentes 2 y 3 que presentan una pared común 4 y que son susceptibles de recibir respectivamente el combustible y el comburente en forma líquida; y
- -
- un sistema de presurización 5 susceptible de presurizar dichos líquidos en dichos compartimentos 2 y 3.
\vskip1.000000\baselineskip
Dicho depósito 1 incluye, por ejemplo, una pared
exterior 6 bobinada, de material compuesto, de forma sustancialmente
esférica u ovoidal, de eje de simetría L, que se realiza con ayuda
de hilos impregnados bobinados alrededor de un huso de bobinado. La
pared común 4 se forma en el interior de dicha pared exterior 6 de
manera que delimita los dos compartimentos 2 y 3.
Dicha pared común 4 presenta la forma al menos
aproximada de una campana y está fabricada de un material flexible
que permite una inversión de dicha pared común 4. Además, dicho
sistema 5 de presurización incluye un solo y único medio 7 de
presurización que es tal que:
- -
- la presurización del primero (2) de dichos compartimentos 2 y 3 es efectuada directamente por dicho medio 7 de presurización; y
- -
- la presurización del segundo compartimento 3 se realiza por hundimiento e inversión progresivos de dicha pared común 4, engendrados por la presurización de dicho primer compartimento 2, como se precisa más adelante en referencia a las fig. 2 a 4.
\vskip1.000000\baselineskip
Gracias a las características de dicha pared
común 4 y de dicho sistema 5 de presurización, se utiliza un solo y
único medio 7 de presurización, lo que reduce el peso de dicho
sistema 5 de presurización y, por tanto, igualmente el peso de dicho
depósito 1.
Además, con un solo medio 7 de presurización, se
obtiene una simplificación de la realización y una supresión de los
problemas vinculados a las diferencias de presión, tales como
desviaciones de la relación de mezcla, ya que las presiones en los
dos compartimentos adyacentes 2 y 3 son sustancialmente idénticas,
como se señala más adelante.
Dicha pared común 4 está fabricada de aluminio
blando y dúctil, de tipo A6, por ejemplo, que se presta bien a una
deformación por (hundimiento e) inversión. Puede estar recubierta en
al menos una de sus caras por una capa delgada (no representada).
Dicha capa, por ejemplo de tejido de aramida o análogo, de tipo PBO
o M5, que está adherida, por ejemplo, a dicha pared común 4,
refuerza dicha pared común 4, lo que permite evitar todo riesgo de
desgarro de esta última, especialmente durante una inversión.
Además, dicha capa delgada puede proteger la pared común 4 contra la
acción corrosiva de los líquidos contenidos en los compartimentos 2
y 3 y/o servir para el aislamiento térmico entre los propulsantes
contenidos en estos últimos.
Además, para facilitar su inversión, dicha pared
común 4 incluye un inicio de inversión 8 preformado.
En el ejemplo representado, este inicio de
inversión 8 está constituido por una oquedad (o cavidad), que se
forma sustancialmente en la cúspide 9 de dicha pared común 4. El
inicio de inversión 8 representa así una parte cóncava en dicha
cúspide 9, en relación con el compartimento 2, tal como se
representa en las fig. 1 y 2.
En las fig. 1 a 4, dicho medio 7 de
presurización comprende especialmente un recipiente 10 tal como una
bombona, que contiene un gas inerte de compresión, por ejemplo
helio, que está destinado a engendrar la presurización de dicho
compartimento 2, sobre el que actúa directamente, tal como se
ilustra mediante una flecha A.
El uso de un solo medio 7 de presurización
permite además elegir el fluido de compresión que tenga el mayor
rendimiento, por ejemplo, hidrógeno, mientras el compartimento 2
incluye hidrógeno o metano líquido, a modo de combustible.
Los líquidos que son expulsados fuera de los
compartimentos 2 y 3, como se ilustra mediante las flechas E y F,
son conducidos a la cámara de combustión de un motor de cohete 13,
unida respectivamente a dichos compartimentos 2 y 3 por unos
conductos 14 y 15.
Como puede verse en las fig. 2 a 4 que ilustran
el estado del depósito 1 en instantes sucesivos, el gas de
compresión es suministrado por el recipiente 10 en el compartimento
2 (flecha A) para actuar sobre el líquido contenido en este
compartimento 2 de modo que lo expulse a través de una abertura 2A
fuera de este último de forma que el nivel 11 de dicho fluido
descienda entonces progresivamente. Simultáneamente, la
presurización del compartimento 2 engendra una acción en la pared
común flexible 4 que se hunde, y después se invierte,
progresivamente, reabsorbiendo el volumen muerto y genera así una
presurización del compartimento 3, lo que provoca entonces la
expulsión progresiva del líquido contenido en este compartimento 3 a
través de una abertura 3A, fuera de dicho compartimento 3. Se
obtiene así, gracias a la invención, una presión sustancialmente de
igual valor en los dos compartimentos 2 y 3, tanto inicialmente como
en estadios diferentes de la expulsión.
Por supuesto, la expulsión fuera de dichos
compartimentos 2 y 3 sólo se realiza a partir del momento en que se
liberan las aberturas 2A y 3A que están inicialmente cerradas.
Como se representa en la fig. 1, dicho
recipiente 10 de presurización puede estar alojado en dicho
compartimento 2, lo que permite reducir al mínimo los medios
(conductos, ...) destinados a conducir dicho gas de compresión a
partir de dicho recipiente 10 hasta el interior del compartimento 2
para engendrar la presurización de este último.
No obstante, es posible igualmente que:
- -
- dicho recipiente 10 esté alojado en dicho compartimento 3; o
- -
- dicho recipiente esté alojado en el exterior de dichos compartimentos 2 y 3, tal como se representa en las fig. 2 a 4.
Por supuesto, en estos dos últimos casos, es
necesario prever en el depósito 1 unos conductos 12 habituales,
destinados a conducir el gas de compresión al compartimento 2 en el
que se libera.
Dicho compartimento 2 contiene preferentemente
el combustible, como hidrógeno o metano líquido, y dicho
compartimento 3 contiene un comburente, como oxígeno líquido.
En las variantes de realización preferidas de
las fig. 5 a 7, el sistema de presurización 5 no incluye el
recipiente 10.
En el dispositivo de la fig. 5, en lugar del
recipiente 10, se ha previsto una canalización 16 que une el motor
13 con el compartimento 2 del depósito 1. Si en este compartimento 2
se encuentra el combustible del motor 13 (hidrógeno o metano
líquido, por ejemplo), la canalización 16 se encarga de extraer un
gas caliente de la misma naturaleza (hidrógeno gaseoso) del motor 13
para presurizar el compartimento 2 (flechas A). Además, en el
llenado, en la base, del compartimento 2 con combustible, se ha
presurizado previamente este último, por ejemplo, con ayuda de helio
a presión.
Así, en el dispositivo de la fig. 5, cuando se
abren los obturadores de las aberturas 2A y 3A, se introducen
combustible y comburente en el motor 13, gracias a dicha
presurización previa del combustible que expulsa directamente el
combustible (flecha E) e indirectamente el comburente (por
deformación de la pared común 4 - flecha F). En su caso, una
electrobomba 17 facilita la salida del comburente del compartimento
3. Gracias a este aporte de combustible y de comburente (debido
esencialmente a dicha presurización previa inicial), el motor 13 se
enciende, de manera que engendra gases calientes y, especialmente,
hidrógeno gaseoso (más ligero que el helio) que se introduce en el
compartimento 2 por la canalización 16. Este hidrógeno gaseoso toma
el relevo de la presurización previa inicial para expulsar el
combustible del compartimento 2 y el comburente del compartimento 3,
como se ha explicado anteriormente para el dispositivo de
presurización 5.
En la variante de realización de la fig. 6 en la
cual el compartimento 2 se ha sometido igualmente a una
presurización previa en la base, se extrae una parte del combustible
líquido dirigida al motor 13 por una canalización de derivación 18,
eventualmente equipada con una electrobomba 19, y se le recalienta
en un intercambiador de calor 20 dispuesto en la proximidad del
motor 13 para obtener un flujo de hidrógeno gaseoso (flecha A) que
es llevado al compartimento 2 por una canalización 21 (semejante a
la canalización 16). El funcionamiento de la variante de realización
de la fig. 6 es muy cercano al de la variante de la fig. 5, con la
única diferencia de que el flujo gaseoso caliente de presurización
llevado al compartimento 2 por la canalización 21 no proviene del
motor, sino que es calentado y vaporizado por éste.
Finalmente, en la variante de la fig. 7, la
canalización 16 de la fig. 5 es sustituida por un recorrido
conductor de calor 22, por ejemplo realizado mediante termoductos,
que extraen calor del motor 13 (iniciado como se ha descrito
anteriormente gracias a la presurización previa del líquido del
compartimento 2) y que lo conduce a este último. Por supuesto, en
este caso, el líquido contenido en dicho compartimento 2 debe ser
evaporable bajo la acción del calor aportado por el recorrido
22.
\vskip1.000000\baselineskip
En la lista de documentos indicados por el
solicitante se ha recogido exclusivamente para información del
lector, y no es parte constituyente del documento de patente
europeo. Ha sido recopilada con el mayor cuidado; sin embargo, la
EPA no asume ninguna responsabilidad por posibles errores u
omisiones.
- \bullet US 4561568 A [0003]
- \bullet US 5865923 A [0003]
\bullet US 5085343 A [0003]
Claims (15)
1. Dispositivo para la alimentación de un motor
de cohete (13) con combustible y con comburente, que incluye:
- -
- un depósito (1) que comprende dos compartimentos adyacentes (2, 3) que presentan una pared común (4) y que son susceptibles de recibir respectivamente dicho combustible y dicho comburente en forma líquida; y
- -
- unos medios (16; 20, 21; 22) susceptibles de presurizar cada uno de dichos compartimentos (2, 3),
caracterizado
porque:
- -
- dicha pared (4) común a dichos compartimentos (2, 3) es deformable e incluye un inicio de inversión (8) preformado; y
- -
- dichos medios de presurización (16; 20, 21; 22) son comunes a dichos compartimentos, dado que un primero (2) de estos compartimentos es presurizado directamente por dichos medios y que el segundo compartimento (3) es presurizado por la deformación progresiva de dicha pared común (4) que se obtiene como resultado de la presurización de dicho primer compartimento (2).
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicha pared común (4) presenta la forma
al menos aproximada de una campana cuya convexidad se encuentra en
el lado de dicho primer compartimento (2) y porque está fabricada
con un material flexible y blando, de modo que, durante dicha
deformación progresiva, dicha pared flexible (4) se invierte a la
manera del dedo de un guante.
3. Dispositivo según la reivindicación 2,
caracterizado porque dicho material flexible y blando es un
aluminio de alta calidad.
4. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 3, caracterizado porque dicho inicio de inversión (8)
incluye una oquedad que se forma sustancialmente en la cúspide (9)
de dicha pared común (4).
5. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 4, caracterizado porque dicha pared común (4) está
recubierta en al menos una de sus caras con una capa flexible.
6. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 5, caracterizado porque dichos medios de presurización
(5) comprenden al menos un recipiente (10) que contiene un gas a
presión.
7. Dispositivo según la reivindicación 6,
caracterizado porque dicho recipiente (10) es exterior a
dicho depósito (1).
8. Dispositivo según la reivindicación 6,
caracterizado porque dicho recipiente (10) está alojado en
dicho primer compartimento (2).
9. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 5, caracterizado porque dichos medios de presurización
incluyen unos primeros medios de inicio que permiten el encendido de
dicho motor (13) y unos segundos medios de mantenimiento (16; 20,
21; 22) que permiten la presurización continua de dicho primer
compartimento.
10. Dispositivo según la reivindicación 9,
caracterizado porque dichos primeros medios de inicio
consisten en una presurización previa de dicho primer compartimento
(2).
11. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 9 ó 10, caracterizado porque dichos segundos
medios de mantenimiento consisten en una extracción de gas caliente
(16) de dicho motor (13).
12. Dispositivo según la reivindicación 11,
caracterizado porque dicho gas caliente extraído es de la
misma naturaleza que el líquido contenido en dicho primer
compartimento (2).
13. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 9 ó 10, caracterizado porque dichos segundos
medios de mantenimiento (20, 21) consisten en la vaporización, por
dicho motor (13), de un flujo del líquido que proviene de dicho
primer compartimento (2).
14. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 9 ó 10, caracterizado porque dichos segundos
medios de mantenimiento consisten en una extracción de calor (22) de
dicho motor (13).
15. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque dicho primer
compartimento (2) contiene el combustible y dicho segundo
compartimento (3) contiene el comburente.
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|---|---|---|---|
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES05815209T Active ES2303285T3 (es) | 2004-11-02 | 2005-10-28 | Dispositivo para la alimentacion de un motor de cohete con combustible y comburente. |
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| Country | Link |
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