RU2059541C1 - Блок баков - Google Patents
Блок баков Download PDFInfo
- Publication number
- RU2059541C1 RU2059541C1 RU9393052220A RU93052220A RU2059541C1 RU 2059541 C1 RU2059541 C1 RU 2059541C1 RU 9393052220 A RU9393052220 A RU 9393052220A RU 93052220 A RU93052220 A RU 93052220A RU 2059541 C1 RU2059541 C1 RU 2059541C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- block
- tank
- containers
- longitudinal
- tanks
- Prior art date
Links
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/40—Arrangements or adaptations of propulsion systems
- B64G1/402—Propellant tanks; Feeding propellants
- B64G1/4021—Tank construction; Details thereof
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
Изобретение относится к ракетно-космической технике. Сущность: блок баков содержит равномерно расположенные по окружности емкости, соединенные с продольным силовым элементом, узлы крепления со смежной ступенью носителя и полезной нагрузкой. Емкости выполнены в виде сферических оболочек, каждая из которых усечена двумя плоскостями. Указанные плоскости расположены на одинаковом расстоянии от центров сфер и проходят через продольную ось блока баков. Усеченные таким образом сферические оболочки соединены друг с другом по контурам усечения, а внутренние полости емкостей отделены друг от друга непроницаемыми перегородками. Продольный силовой элемент выполнен в виде стержней, пронизывающих оболочки емкостей и скрепленных с ними, на концах которых расположены узлы крепления блока со смежной ступенью носителя и полезной нагрузкой. 3 ил.
Description
Изобретение относится к ракетно-космической технике, а именно к устройству блоков баков двигательных установок разгонных блоков и космических аппаратов (КА).
Известная конструкция блока баков разгонного блока "Центавр" (Ракетная и космическая техника. Изд. ГОНТИ-2, N 24, 1984, с. 9-14), включающая расположенные последовательно вдоль продольной оси емкости горючего и окислителя и продольный силовой элемент, выполненный в виде двух переходников, расположенных сверху и снизу баков с топливом, с установленными на их концах узлами крепления блока к смежной ступени носителя и полезной нагрузке. Продольная компоновка блока "Центавр", включающая последовательное расположение основных емкостей блока, является удобной и обоснованной для блоков баков, рассчитанных на запас рабочего тела более 12-15 т. Однако использование такого устройства для блоков баков, рассчитанных на запас рабочего тела 2,5.8 т, приводит к нерациональному использованию зоны полезного груза обтекателей современных одноразовых ракетоносителей с характерным поперечным размером 3,5. 4,5 м: оптимальные по массе конструкции блоки баков имеют поперечные габаритные размеры значительно меньшие, чем допускаемые обтекателями современных ракетоносителей.
Известен блок баков разгонного блока ракеты-носителя "Ариан" (Астронавтика и ракетодинамика. N 11, 1984, с. 4, рис.4, изд. ВИНИТИ), выбранный в качестве прототипа. Этот блок баков включает равномерно расположенные по окружности емкости, соединенные с продольным силовым элементом. Продольный силовой элемент снабжен узлами крепления блока к смежным ступеням носителя.
При работе двигательных установок продольная и поперечная инерционные нагрузки от узлов крепления последующей ступени по продольному силовому элементу передается к узлам крепления предыдущей ступени. За счет размещения емкостей по периферии эффективно используется полезный объем головных блоков: блок баков имеет в 2-3 раза меньший габаритный размер в длину, чем в диаметре, в центральном проеме блока баков может быть установлен ЖРД.
Недостатком этого блока баков является значительная масса конструкции блока. Использование блока баков такого типа в силовых схемах космических систем предполагает размещение ответных узлов крепления последующей ступени космической системы или полезной нагрузки ракеты по диаметру силового элемента блока баков. Однако, как правило, геометрические размеры космических аппаратов, используемых в качестве полезных нагрузок, на 20-40% меньше внешнего диаметра последней ступени носителя. В связи с этим использование такой конструкции блока баков в качестве последней ступени переходного элемента типа фермы к полезной нагрузке, соединяющего узлы крепления, располагаемые на восьмиграннике силового продольного элемента и узлы крепления полезной нагрузки. При этом возрастает масса блока баков. Кроме того, обеспечение приемлемых динамических характеристик блока (частота собственных колебаний 15 Гц и выше) также требует усиления конструкции блока, а применение в качестве баков изолированных сфер приводит к нерациональному использованию объема.
Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является разработка блока баков, сочетающего высокое массовое совершенство и минимальную длину блока, и обладающего высокими динамическими характеристиками.
Это достигается следующим образом. В известном блоке баков, содержащем равномерно расположенные по окружности емкости, соединенные с продольным силовым элементом, узлы крепления со смежной ступенью носителя и полезной нагрузкой, новым является то, что емкости выполнены в виде сферических оболочек, каждая из которых усечена двумя плоскостями. Указанные плоскости расположены на одинаковом расстоянии от центра сфер и проходят через продольную ось блока баков. Усеченные таким образом сферические оболочки соединены друг с другом по контурам усечения, а внутренние полости емкостей отделены друг от друга непроницаемыми перегородками. Продольный силовой элемент выполнен в виде стержней, пронизывающих оболочки емкостей и скрепленных с ними, на концах которых расположены узлы крепления блока со смежной ступенью носителя и полезной нагрузкой.
Соединение узлов крепления блока баков с полезной нагрузкой и со смежной ступенью носителя с помощью стержня по прямому кратчайшему пути обеспечивает минимальную затрату массы конструкции на восприятие продольной инерционной нагрузки. Скрепление стержня с оболочкой емкости, не нарушающее его герметичности, дополнительно включает восприятие поперечных нагрузок емкости, находящиеся под избыточным давлением. Выполнение емкостей блока баков в виде сферических поверхностей, каждая из которых усечена двумя плоскостями, проходящими под острым углом друг к другу, и соединенных друг с другом по контурам усечения, обеспечивает высокую поперечную жесткость. Это в сочетании с высокой продольной жесткостью конструкции, обеспечиваемой наличием стержневой системы, обеспечивает высокие динамические характеристики конструкции блока. Наличие непроницаемых перегородок между внутренними полостями емкостей не только дает возможность использования смежных емкостей для хранения разнородных сред, но и служит дополнительным силовым элементом конструкции блока, замыкая силовой контур и увеличивая тем самым жесткость конструкции. Замкнутая связка емкостей, равномерно расположенных по окружности, обеспечивает минимизацию длины блока.
На фиг. 1 приведен вид на блок баков сверху; на фиг.2 вид на блок баков спереди (разрез продольный); на фиг.3 сечение стержня в месте соединения с оболочкой.
Предлагаемый блок баков устроен следующим образом. Блок баков состоит из емкостей 1-6. Емкости расположены равномерно по окружности. Емкости выполнены в виде сферических поверхностей, каждая из которых усечена двумя плоскостями, расположенными на одинаковом расстоянии от центров сфер и проходящими через продольную ось блока баков. Смежные емкости соединены друг с другом по контуру усечения с использованием вспомогательных шпангоутов 7. Внутренние полости емкостей отделены друг от друга непроницаемыми перегородками 8. В качестве материала для изготовления емкостей может быть использован алюминиевый сплав типа АМг-6. В целом блок баков представляет собой цельносварную конструкцию. Емкости могут быть снабжены демпфирующими перегородками, воронкогасителями, заборниками, штуцерами для забора жидкости, заправки, дренажа и другой необходимой арматурой, не показанной на фиг.
Во внутреннем проеме блока баков возможна установка ЖРД. Оболочки емкостей пронизаны стержнями 9, на концах которых установлены узлы крепления 10 блока к полезной нагрузке и узлы крепления 11 блока к смежной ступени носителя. Центральная часть стержней выполнена в форме трубы, на концах которой выполнены два фитинга с отбортовками, скрепленными с оболочками емкостей сваркой. Фитинги заканчиваются узлами крепления емкостей к смежной ступени носителя и полезной нагрузки, выполненных в форме кронштейнов. В качестве материала для изготовления стержней может использоваться алюминиевый сплав.
На фиг.1-2 представлен вариант блока баков, который включает шесть сферических емкостей одинакового диаметра. Представленный вариант предусматривает также усечение каждой сферы двумя плоскостями, острый угол между которыми одинаков для всех емкостей, а стержни установлены на одинаковом угловом расстоянии друг от друга. Возможны и другие варианты конкретного выполнения блока баков, отличающихся друг от друга числом емкостей, геометрией их соединения и расположения стержней относительно друг друга.
При подготовке блока баков на технической позиции его емкости заполняются необходимыми компонентами под избыточным давлением 2-8 атм. Наряду с жидкими компонентами топлива, некоторые емкости могут заполняться газовыми средами с составом, необходимым для хранения специальных приборов и аппаратуры. На этапе выведения при работе двигательных установок продольные и поперечные нагрузки от полезной нагрузки воспринимаются и передаются конструкцией блока баков: продольную нагрузку в основном воспринимают стержни, поперечную жесткость обеспечивает связка емкостей. При заборе жидкого топлива из блока баков для отделения жидкой фазы от газообразной могут использоваться заборники капиллярного типа, либо с использованием предварительного ускорения.
Проектно-конструкторские оценки показывают возможность создания блока баков предлагаемого типа с массой заправляемого топлива 5,5-6 т при длине блока порядка 1,5 м. Максимальный диаметр блока при этом составляет 3,3-3,5 м. Масса блока баков лежит при этом в пределах 275-320 кг, что на 25-30% ниже известных аналогов.
Особенно эффективно использование заявляемой конструкции блока баков в составе разгонных блоков, двигательных установок спускаемых аппаратов и других объектов, для которых характерно сочетание высоких нагрузок и высоких требований к объемно-массовым характеристикам.
Claims (1)
- БЛОК БАКОВ, содержащий равномерно расположенные по окружности емкости, соединенные с продольным силовым элементом, и узлы крепления, отличающийся тем, что емкости выполнены в виде тонкостенных сферических оболочек, каждая из которых усечена двумя плоскостями, расположенными на одинаковом расстоянии от центров сфер и проходящими через продольную ось блока баков, соединенных друг с другом по контурам усечения, внутренние полости отделены друг от друга непроницаемыми перегородками, а продольный силовой элемент выполнен в виде пронизывающих оболочки емкостей и скрепленных с ними стержней, на концах которых расположены узлы крепления.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9393052220A RU2059541C1 (ru) | 1993-11-23 | 1993-11-23 | Блок баков |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9393052220A RU2059541C1 (ru) | 1993-11-23 | 1993-11-23 | Блок баков |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2059541C1 true RU2059541C1 (ru) | 1996-05-10 |
RU93052220A RU93052220A (ru) | 1996-06-27 |
Family
ID=20149329
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU9393052220A RU2059541C1 (ru) | 1993-11-23 | 1993-11-23 | Блок баков |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2059541C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2775518C1 (ru) * | 2021-04-20 | 2022-07-04 | Акционерное общество "Государственный космический научно-производственный центр им. М.В. Хруничева" | Двигательная установка для жидкостных ракет с инвариантными к заправке водородом и метаном топливными баками с пакетной компоновкой |
-
1993
- 1993-11-23 RU RU9393052220A patent/RU2059541C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Ракетная и космическая техника. Изд. ГОНТИ-1, N 24, 1984, с.9-14. Астронавтика и ракетодинамика. N 11, 1984, с.4, рис.4, изд. ВИНИТИ. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2775518C1 (ru) * | 2021-04-20 | 2022-07-04 | Акционерное общество "Государственный космический научно-производственный центр им. М.В. Хруничева" | Двигательная установка для жидкостных ракет с инвариантными к заправке водородом и метаном топливными баками с пакетной компоновкой |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5901557A (en) | Passive low gravity cryogenic storage vessel | |
Hartwig | Liquid acquisition devices for advanced in-space cryogenic propulsion systems | |
RU2628272C2 (ru) | Ступень ракеты с жидкостной системой привода | |
US4715399A (en) | Liquid-propellant management system for rockets and space vehicles | |
CN102991729A (zh) | 一种轻质网式表面张力贮箱 | |
US5240038A (en) | Surface tension tank with multiple delivery rates | |
US3286629A (en) | Multi-mission module | |
RU2059541C1 (ru) | Блок баков | |
RU2190565C2 (ru) | Разгонный блок | |
RU2043956C1 (ru) | Автономный ракетный блок | |
RU46736U1 (ru) | Блок баков ракетной ступени | |
Tam et al. | Conceptual design of space efficient tanks | |
RU2092405C1 (ru) | Блок баков | |
Regnier et al. | Design and development of a passive propellant management system | |
RU2042873C1 (ru) | Емкость | |
Netter et al. | Design and verification of a standard surface tension propellant tank | |
US7252269B1 (en) | Asymmetrical low-profile bulkhead | |
RU2248311C2 (ru) | Топливный бак | |
Behruzi et al. | Development of a propellant management device (PMD) for restartable future cryogenic upper stages | |
HESS et al. | Design and performance verification of a passive propellant management system | |
Behruzi | Concept analysis of PMD designs for future upper stages | |
EP0062678B1 (en) | Vortex inhibiting tank outlet structure | |
Bauer et al. | Hydroelastic vibrations in a circular cylindrical container with a flexible bottom in zero gravity | |
FESTER et al. | A multimission tank for next generation spacecraft | |
Hammock et al. | Saturn C-2. Phase I Preliminary Design Report |