JP4783720B2 - 燃料タンク - Google Patents

Description

本発明は、搬送媒体として用いられる推進ガス（推進剤）を有し、並びに少なくとも夫々一つずつの収集容器とタンク出口から構成され表面張力を利用して上記推進ガスから燃料の分離がもたらされる少なくとも一つの燃料取り出し装置を備えた燃料タンク、特に宇宙飛行物体（宇宙船）を駆動する攻撃性液体（aggressiv Fluessigkeiten）を貯蔵するためのタンクに関するものである。上記取り出し装置は再充填可能な貯蔵槽の形態をして燃料タンクの底に配され、搬送ラインを介して燃料タンクの内部と接続している。

人工衛星や軌道ステーションのような宇宙船にあっては、宇宙における位置／姿勢調整に役立つ駆動装置のためでなく遠地点操作実施のための駆動装置のためにも主に液体燃料が用いられ、当該燃料はこれに適した容器で携行され、この容器から通例推進ガスを利用して対応する駆動装置の燃焼室若しくは反応室に搬送される。推進ガスとして通常、ヘリウム（Ｈｅ）や窒素（Ｎ_２）のような不活性ガスが用いられ、これは加圧下に燃料タンクへ押し込まれ、それによって夫々駆動装置へ案内する管路系内へ燃料が押圧される。その際、搬送媒体として用いられる推進ガスと駆動装置内へ達する燃料との間での完全で且つ確実な分離が重要である。なぜならば、燃料は点火の際に無条件に異質ガス貯留のない状態でなければならないからである。この原理に基づく冒頭様式のタンクは特許文献１から公知である。

液体とガスを互いに分離する標準方法は、所定の圧力差までガスの輸送を遮断するスクリーンの使用にその本質がある。しかしながら、僅かな燃料搬送流れを有する小さな人工衛星の場合、所定の状況下ではこの比較的高価なスクリーンが断念されている。加えて、そのようなタンクのよくある特別な要求は、特にタンクの詰め込み度合いに関して制約が所望されない場合に、人工衛星に組み入れられ既に充填された燃料タンクを開始位置へ水平搬送する可能性である。搬送中に生じる力は、動力学的な効果のために、地球引力による力を何倍も超え得る。それゆえ、この様式の公知タンクの場合、タンクの詰め込み度合いを小さな詰めこみ度合いに制限してタンク出口を常に液体で囲むか、タンク出口を非常に狭く燃料を取り出す際に比較的高い圧力損失を生じる管路によって縮小する。その際、最大の許容圧力損失が通常、予め設定される。

そのようなタンクの他の要求は、そのようなタンクを含む人工衛星がタンク出口に対し横向きの方向づけで軌道に輸送されなければならない可能性である。そのような可能性は、特に中央の支持体構造に側方水平に加えられている多数の小さな人工衛星を輸送する際に生じる。ロケット発射の際に生じる高い動力学的負荷は、空いているスクリーンや開口部がたいてい停止能力をもはや有さないことを結果として伴う。即ち、推進ガスが出口へ入ることを阻止することができない。これによって、燃料タンクが完全に充填されずにスクリーンや開口部のような繊細なパーツが液体から突き出る場合に機能不全となる。そして推進ガスが高い負荷の際にスクリーンや開口部を通ってタンク出口へ達し、そのことは同じく駆動装置の機能ストップを招来し得る。タンクを水平に向けたロケット発射は、冒頭様式の公知タンクでは不可能である。

更に特許文献２や特許文献３から、収集容器とタンク出口ごとに表面張力を利用して燃料と推進ガスの分離がもたらされる燃料タンクが公知である。当該燃料タンクの底部には取り出し装置が配置されている。この際、タンク内の燃料充填レベルが僅かな場合や出口穴での搬送及び／又は発射の際の様々な回転角での水平調整の場合に、出口穴へのガス供給を防ぐべく燃料量が保証されない欠点が生じる。

ＤＥ１００４０７５５Ｃ２ ＥＰ０３６７００１Ｂ１ ＤＥ３７５０７２７Ｔ２

本発明の課題は、水平に調整された人工衛星タンクであって当該タンクが様々な向きで且つ同時に液体充填状態が小さい場合でも発射を実施できる冒頭に述べた様式に係るタンクを創成することにある。更に、このタンクは水平姿勢でその向きや充填レベルに関する制限なしに輸送され得、その際、それにもかかわらず発射に続く軌道操縦において駆動装置へ燃料を気泡発生なしに搬送することが保証されなければならない。

本発明は上記課題を、そのようなタンクにおいてタンク出口が、収集容器を出口の出口管と接続する接続乃至開口管路並びに渦巻き形状の管路を備えていることによって解決する。

本発明に係る燃料タンクの構成によって、タンク内の燃料充填状態が小さい場合であって様々な向きで、即ち、縦軸周りの様々な回転角でタンクが水平に調整される場合にも、輸送及び／又は発射の際に常に出口穴に或る燃料量を保持して出口穴へガスが入り込まないことが保証される。これは、本発明に従い想定される燃料出口内部の迷路状形態によって保証される。引き続いての軌道操縦における気泡発生のない燃料搬送は、ごく短い時間の間、即ち、数秒の間、発射段階後の無重力状態下で毛管現象の力を利用して燃料出口の内部が絶えず完全に満たされていることによって確保される。この充填プロセスにしたがってタンクは作動準備される。

本発明に係るタンクのための製造コストは、従来のタンクに対して実際上、割高ではなく、等しいままのコストで、地上での及びロケット発射の間での取り扱いに関するフレキシビリティを著しく高めることが可能である。その際、本発明に係る燃料タンクは同時に、スクリーンなしで確実且つ気泡発生のない搬送を可能とするように設計されている。

以下に本発明に係る燃料タンクを図面に示した実施例により詳細に説明する。
図１に示す燃料タンクの場合、主たるものは、ＭＭＨ、Ｎ_２Ｏ_４及びヒドラジンのような貯蔵可能な攻撃性燃料の収容・貯蔵のための表面張力タンクである。タンクの底部には、表面張力を利用して推進ガス（Treibgas）から燃料を分離する燃料収容装置が配置されている。当該タンクでは、タンク壁２に沿って４つのディフレクター１が案内され、燃料タンクの底部でカバープレート１６によって覆われた収集容器３に連通している。タンク出口４を介して燃料は、この容器３から推進ガスによって不図示の燃焼・反応室に放出される。その際、推進ガスとして通常、不活性ガスであるヘリウム（Ｈｅ）又は窒素（Ｎ_２）が用いられ、それはそれぞれ駆動装置へ案内する不図示の配管系へ燃料を押圧する。

図２の断面図に示すように、タンク出口４での収集容器３の下部分９は回転部分として構成され、それによって特に製造コストを少なくすることができる。図２と図３によれば、螺旋状に曲がった管路１５並びに複数の、図示の実施例の場合には３つの接続乃至開口管路１１（夫々約２ｍｍの径）は、環状管路１２によって形成される収集容器３の内部を、中央に配置された出口管１０と接続する。タンク出口における接続乃至開口管路１１は、燃料でタンクを始めて満たす際に推進ガスの気泡が含まれないように傾けて配置されている。

収集容器１２の内部空間は、水平位置から垂直位置へ、例えば僅かなタンク充填レベルで水平搬送後にタンクを回転する際も、無重力状態においても毛管現象作用のために再びひとりでに完全且つ気泡なしで充填されるように、その幾何学的形態が形成されている。螺旋状に曲げられた管路１５の充填は付加的に中心に取り付けられた切り込み１４によって補助される。管路１５は環状管路１２の方向に一層広がり、その結果、気泡が環状管路１２の方向へ送り出される。刻み付けられた切り込み１４は螺旋状管路１５の充填を補助する。

燃料でタンクを充填することは、たいていはタンクが垂直に向けられる場合に行われ、即ち、タンクの縦軸１３がこの場合、重力の方向に平行に延在する。その際、タンク出口４全体並びに収集容器３は完全に燃料で満たされる。燃料タンクは次いでタンク横軸回りに傾いて、図４に示すような充填レベルが僅かな場合に燃料５がもはや出口４を濡らさずにその液面がこの出口４の下方に間隔ｈであるような水平位置へ移るならば、管路１５の螺旋構成は、液体が水平搬送の場合にも水平発射の場合にも出口管１０から燃料タンクへ送り戻されない状態をもたらす。図５〜８に、タンクが様々に向いている場合の上側カバープレート１６なしでの収集容器の下部分が示されている。管路１１と１５の組み合わせは、夫々の場合、出口管路１０が空になり得ないことをもたらす。タンクを垂直から水平位置へ傾けることはどの方向においても可能である。

出口において複数の接続乃至開口管路１１を用いることによって追加的に、このタイプのこれまで公知のタンクに比べて、燃料放出中のタンク出口４での圧力損失が著しく減少する。本発明に対応する出口の形態によって、水平搬送と水平発射に関する使用範囲の広がりのほかに、最大許容可能な圧力損失に関連した大きな準備並びにタンクのスピーディな燃料充填と燃料抜きも底部で可能となる。

燃料タンクの斜視図である。 図１に係る燃料タンクのタンク出口範囲での詳細図である。 図２でのIII-IIIでの断面図である。 発射のために水平位置に配置されている図１に係る水平タンクを切る縦軸範囲での垂直断面図である。 含有する残り液体を共に概略して或る方位での図３に対応する図である。 含有する残り液体を共に概略して或る方位での図３に対応する図である。 含有する残り液体を共に概略して或る方位での図３に対応する図である。 含有する残り液体を共に概略して或る方位での図３に対応する図である。

符号の説明

２ 駆動装置
３ ジャケット
８，１２ 冷却通路
９ 出口開口
１１ ノズル

Claims (4)

1. 搬送媒体として用いられる推進ガスを有し、並びに少なくとも夫々一つずつの収集容器とタンク出口から構成され表面張力を利用して推進ガスから燃料の分離を行う少なくとも一つの燃料取り出し装置を備えた、液体燃料を貯蔵するための宇宙船用燃料タンクにして、上記取り出し装置が再充填可能な容器の形状をして燃料タンクの底部に配置され、搬送管路を介して燃料タンクの内部と結合しているタンクにおいて、
   上記タンク出口が接続乃至開口管路（１１）と螺旋状に形成された管路（１５）とを備えており、これら管路が収集容器（３）を出口（４）の出口管（１０）と結合することを特徴とするタンク。
2. 上記螺旋状に形成された管路（１５）が接続乃至開口管路（１１）の方向に細くなっていることを特徴とする請求項１に記載の燃料タンク。
3. 上記螺旋状に形成された管路（１５）が追加的に切り込み（１４）を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料タンク。
4. 上記収集容器（３）の内部が環状管路（１２）として形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料タンク。

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