RU2119082C1

RU2119082C1 - Spacecraft propellant tank pressurization system

Info

Publication number: RU2119082C1
Application number: RU96111298A
Authority: RU
Inventors: В.И. Гореликов; Л.Н. Сарычев; В.М. Цихоцкий
Original assignee: Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева
Priority date: 1996-06-04
Filing date: 1996-06-04
Publication date: 1998-09-20

Abstract

FIELD: spacecraft engine plants; operation of spacecraft jet engines. SUBSTANCE: propellant tank pressurization system includes control unit of electropneumatic valves 9 and hermetic gas-filled container 1 with on-board compressor 2 arranged in it. It is connected with gas cavities 5,6 of respective propellant tanks 7,8 by means of low-pressure pneumatic mains 3,4. One main 14 of pressurization system is provided with filter 10, electropneumatic valve 11, gas pressure-reducing valve 12 and pressure indicator 13 fitted in series. This main is brought in communication with container volume by means of additional main. Electropneumatic valve is electrically connected with pressure indicator through control unit of electropneumatic valves. EFFECT: reduced mass and simplified construction of compressor unit at simultaneous enhanced reliability of compressor and pressurization system as a whole in space orbital flights. 1 dwg

Description

Изобретение относится к космической технике, а также к области проектирования и эксплуатации реактивных двигательных установок (РДУ) космических летательных аппаратов (КЛА). The invention relates to space technology, as well as to the field of design and operation of jet propulsion systems (RDU) of spacecraft (KLA).

Системы наддува топливных баков двигательной установки (ДУ) КЛА используются в современных РДУ/КЛА, применяемых для создания импульсов тяги, необходимых как для перемещения центра масс КЛА (коррекция траектории движения, торможение КЛА для обеспечения его схода с орбиты), так и для создания управляющих моментов относительно его центра масс (ориентация, развороты и т.д.). Импульсы тяги для различных режимов управления аппаратом в пространстве создаются с помощью имеющихся на борту реактивных двигателей (РД), величины тяг которых в зависимости от их назначения изменяются в широких пределах (от нескольких сотен кГс до единиц и менее кГс). Работа указанных двигателей с заданными параметрами обеспечивается системами наддува топливных баков и подачи топлива к входам двигателей. The systems for pressurizing the fuel tanks of a spacecraft propulsion system (ДУ) are used in modern RDU / KLA, which are used to create thrust impulses necessary both for moving the center of mass of the KLA (correction of the trajectory of movement, braking of the KLA to ensure its descent from orbit), and for creating control moments relative to its center of mass (orientation, turns, etc.). Thrust impulses for various control modes of the apparatus in space are created using jet engines (RD) on board, the thrust values of which, depending on their purpose, vary over a wide range (from several hundred kilogram-force to units or less than kilogram-force). The operation of these engines with the specified parameters is ensured by the systems of pressurizing the fuel tanks and supplying fuel to the engine inputs.

Известны системы наддува топливных баков горючего и окислителя двигательной установки космического летательного аппарата (см., например, Мелькумов Т. М. и др. Ракетные двигатели. - М.: Машиностроение, 1976). Системы наддува содержат баллоны высокого давления, заполненные газом, например азотом, которые служат для обеспечения выдавливания топлива из топливных баков и подачи его к реактивным двигателям двигательной установки. Баллоны высокого давления связаны с полостями наддува топливных баков посредством магистралей низкого давления, содержащих отсечные клапаны, газовые редукторы и обратные клапаны. Запас газа наддува в баллонах высокого давления в таких системах рассчитан на одноразовое полное выдавливание топлива из топливных баков. Повторной заправки в космосе топливных баков горючим и окислителем здесь обеспечить невозможно из-за отсутствия источника перекачки газа из полостей наддува обратно в полости баллонов высокого давления, т.е. нет возможности привести систему в исходное состояние для повторной дозаправки топливом двигательной установки в условиях космического полета, например, от космического заправщика. Known systems of pressurization of fuel tanks of fuel and an oxidizer of a propulsion system of a spacecraft (see, for example, Melkumov T.M. et al. Rocket engines. - M.: Mashinostroenie, 1976). The pressurization systems contain high-pressure cylinders filled with gas, for example nitrogen, which serve to squeeze the fuel out of the fuel tanks and supply it to the jet engines of the propulsion system. High-pressure cylinders are connected to the cavities of the pressurization of the fuel tanks through low-pressure lines containing shut-off valves, gas pressure regulators and check valves. The supply of boost gas in high-pressure cylinders in such systems is designed for one-time full extrusion of fuel from fuel tanks. It is impossible to provide fuel and oxidizer refueling in space of the fuel tanks due to the lack of a source for pumping gas from the boost cavities back to the cavity of high pressure cylinders, i.e. there is no way to bring the system to its original state for re-refueling a propulsion system in a space flight, for example, from a space tanker.

Недостатками таких систем является малая живучесть системы, низкая надежность и невозможность многоразового использования системы наддува для дозаправки топливом топливных баков в условиях космического полета. The disadvantages of such systems are the low survivability of the system, low reliability and the inability to reuse the boost system for refueling fuel tanks in space flight conditions.

Известна также система наддува топливных баков ДУ КЛА (см., например, патент Великобритании, N 2051246, кл. F 04 F 1/06, F 02 K 9/50, 1981), содержащая герметичный контейнер с размещенным в нем бортовым компрессором, связанным пневмомагистралями низкого давления с газовыми полостями соответствующих топливных баков, и блок управления электропневмоклапанами. Also known is a system for pressurizing fuel tanks of a remote control system (see, for example, UK patent N 2051246, class F 04 F 1/06, F 02 K 9/50, 1981), containing a sealed container with an on-board compressor connected in it low-pressure pneumatic lines with gas cavities of the respective fuel tanks, and a control unit for electro-pneumatic valves.

В таких системах наличие в составе ДУ собственного бортового компрессора позволяет производить перекачку газа из полостей наддува топливных баков в баллоны системы наддува перед каждой дозаправкой топливных баков от космического заправщика, таким образом приводя в исходное состояние систему наддува газовых полостей топливных баков. Здесь для обеспечения работоспособности компрессора в условиях невесомости и вакуума предусмотрен герметичный газонаполненный контейнер, в котором установлен компрессор. Компрессор, работающий на Земле, в условиях космоса неработоспособен без поддержания постоянного заданного давления газа, например, азота в контейнере, которое обеспечивается за счет введения в состав контейнера специальных баллонов для подпитки контейнера газом, но это отрицательно сказывается на массе и усложняет конструкцию компрессорного агрегата и системы в целом, а также не обеспечивается надежное поддержание давления в контейнере на заданном уровне. In such systems, the presence of an onboard compressor in the remote control allows gas to be pumped from the pressurization cavities of the fuel tanks to the pressurization system cylinders before each refueling of the fuel tanks from the space refueling tank, thus bringing the initial system of pressurization of the gas cavities of the fuel tanks. Here, to ensure the compressor’s operability under zero gravity and vacuum conditions, a sealed gas-filled container in which the compressor is installed is provided. A compressor operating on Earth in space conditions is inoperative without maintaining a constant predetermined gas pressure, for example, nitrogen in the container, which is ensured by the introduction of special cylinders for refueling the container with gas, but this negatively affects the mass and complicates the design of the compressor unit and the system as a whole, and it is also not possible to reliably maintain the pressure in the container at a given level.

Задачей настоящего изобретения является создание системы наддува топливных баков ДУ КЛА, отвечающей требованиям снижения массы и упрощения конструкции при одновременном повышении надежности работы компрессора в условиях космического вакуума. The objective of the present invention is to provide a pressurization system for fuel tanks of the remote control of the spacecraft, meeting the requirements of weight reduction and simplifying the design while improving the reliability of the compressor in space vacuum.

Сущность изобретения заключается в том, что в системе наддува топливных баков ДУ КЛА, содержащей герметичный газонаполненный контейнер с размещенным в нем бортовым компрессором, связанным пневмомагистралями низкого давления с газовыми полостями соответствующих топливных баков, и блок управления электропневмоклапанами, одна из пневмомагистралей через последовательно установленные фильтр, электропневмоклапан, газовый редуктор и сигнализатор давления сообщена дополнительной магистралью непосредственно с объемом контейнера, причем электропневмоклапан электрически связан через блок управления электропневмоклапанами с сигнализатором давления. The essence of the invention lies in the fact that in the system of pressurization of fuel tanks DU KLA, containing a sealed gas-filled container with an onboard compressor located in it, connected by low-pressure pneumatic lines to the gas cavities of the corresponding fuel tanks, and an electric pneumatic valve control unit, one of the pneumatic lines through a series-installed filter, an electro-pneumatic valve, a gas reducer and a pressure switch are connected by an additional line directly to the container volume, and an electro-pneumatic valve is electrically connected through a control unit of electro-pneumatic valves to a pressure switch.

Технический результат заключается в том, что по сравнению с известными техническими решениями вновь созданная система наддува топливных баков ДУ КЛА обеспечивает не только высокую надежность работы компрессора, но и снижение массы и упрощение конструкции компрессорного агрегата. The technical result consists in the fact that, compared with the known technical solutions, the newly created system of pressurization of fuel tanks DU KLA provides not only high reliability of the compressor, but also weight reduction and simplification of the design of the compressor unit.

Введение в состав системы наддува топливных баков ДУ КЛА дополнительной магистрали, сообщающей одну из пневмомагистралей через последовательно установленные фильтр, электропневмоклапан, газовый редуктор и сигнализатор давления непосредственно с объемом контейнера, обеспечивает постоянное поддержание заданного и необходимого для работы компрессора давления, например, 0,65 кГс/см², в объеме контейнера.The introduction of an additional line into the DU KLA fuel tank pressurization system, which communicates one of the pneumatic lines through a filter, an electro-pneumatic valve, a gas pressure regulator and a pressure switch directly with the container volume, ensures constant preset and necessary pressure for the compressor to work, for example, 0.65 kG / cm ² in the volume of the container.

Техническое решение в части введения в состав системы наддува топливных баков ДУ КЛА дополнительной магистрали, сообщающей одну из пневмомагистралей через последовательно установленные фильтр, электропневмоклапан, газовый редуктор и сигнализатор давления непосредственно с объемом контейнера с размещенным в нем компрессором, а также электрическая связь через блок автоматики и управления пневмоэлектроклапана с сигнализатором давления и взаимная конструктивная связь всех составных элементов устройства системы обеспечивает снижение массы и упрощение конструкции с одновременным повышением надежности, что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения. The technical solution in terms of introducing an additional line into the DU KLA fuel tank pressurization system, communicating one of the pneumatic lines through a filter, an electro-pneumatic valve, a gas pressure regulator and a pressure switch directly with the container volume with a compressor located in it, as well as electrical communication through the automation unit and the control of a pneumatic electrovalve with a pressure switch and the mutual structural connection of all the constituent elements of the device of the system reduces weight and simplification of the design while increasing reliability tests confirmed that the prototypes made using the proposed technical solutions.

Использование предлагаемой системы наддува топливных баков ДУ КЛА, например, на космическом орбитальном комплексе типа "Мир" - "Союз-ТМ" - "Прогресс" - "Шатлл" позволит дать значительный экономический эффект за счет снижения массы и упрощения конструкции с одновременным повышением надежности при эксплуатации данной системы. The use of the proposed system of pressurization of fuel tanks DU KLA, for example, on a space orbital complex of the type Mir, Soyuz-TM, Progress, and Shuttle, will allow to give a significant economic effect by reducing weight and simplifying the design while increasing reliability at operation of this system.

Суть изобретения поясняется чертежом. The essence of the invention is illustrated in the drawing.

Предлагаемая система наддува топливных баков ДУ КЛА состоит из следующих основных узлов, деталей и агрегатов: герметичного газонаполненного контейнера 1 с размещенным в нем бортовым компрессором 2, связанным пневмомагистралями низкого давления 3, 4 с газовыми полостями 5, 6 соответствующих топливных баков 7, 8, и блока управления электропневмоклапанами 9. Пневмомагистраль низкого давления 3 через последовательно установленные фильтр 10, электропневмоклапан 11, газовый редуктор 12 и сигнализатор давления 13 сообщена дополнительной магистралью 14 непосредственно с объемом 15 контейнера 1. Электропневмоклапан 11 электрически связан через блок управления электропневмоклапанами 9 с сигнализатором давления 13. The proposed system of pressurization of fuel tanks DU KLA consists of the following main components, parts and assemblies: a sealed gas-filled container 1 with an onboard compressor 2 located therein, connected by low pressure pneumatic lines 3, 4 with gas cavities 5, 6 of the corresponding fuel tanks 7, 8, and control unit for electro-pneumatic valves 9. Low pressure pneumatic line 3 through a sequentially installed filter 10, electro-pneumatic valve 11, gas pressure reducer 12 and pressure switch 13 is communicated by an additional line 14 directly with the volume 15 of the container 1. The electro-pneumatic valve 11 is electrically connected through the control unit of the electro-pneumatic valves 9 to the pressure switch 13.

Работает система наддува топливных баков ДУ КЛА в режиме перекачки газа, например, газообразного азота из газовых полостей 5, 6 топливных баков горючего 7 и окислителя 8 в баллоны высокого давления 16, 17 следующим образом. The system of pressurizing the fuel tanks of the remote control system operates in the mode of pumping gas, for example, gaseous nitrogen from gas cavities 5, 6 of the fuel tanks of fuel 7 and oxidizer 8 into high-pressure cylinders 16, 17 as follows.

Перед включением компрессора 2 в работу открывают все отсечные клапаны 18 и после пуска компрессора 2 производят откачку газа из газовых полостей 5, 6 топливных баков 7, 8 и закачку его с высоким давлением через пневмомагистрали высокого давления 19, 20 в соответствующие газовые баллоны 16, 17, затем закрывают отсечные клапаны 18. Таким образом система наддува приводится в исходное рабочее состояние, готовое к заправке баков 7, 8 горючим и окислителем от космического заправщика. Из баков 7, 8 топливо подается к реактивным двигателям 21. Before turning on compressor 2, all shut-off valves 18 are opened and after starting compressor 2, gas is pumped out from the gas cavities 5, 6 of the fuel tanks 7, 8 and high-pressure pumped through high pressure pneumatic lines 19, 20 into the corresponding gas cylinders 16, 17 , then shut-off valves 18 are closed. Thus, the pressurization system is brought back to its initial operating state, ready for refueling tanks 7, 8 with fuel and oxidizer from the space refueling tank. From the tanks 7, 8, the fuel is supplied to the jet engines 21.

В случае падения давления ниже заданного в объеме 15 контейнера 1, например, за счет появления микротечей в корпусе контейнера 1 срабатывает сигнализатор давления 13, выход которого через блок управления электропневмоклапанами 9 электрически связан с электропневмоклапаном 11, при этом электропневмоклапан открывается по команде от блока управления электропневмоклапанами 9, и происходит подпитка контейнера газом из пневмомагистрали 3 до заданного давления, после чего электропневмоклапан 11 закрывается по команде от блока управления электропневмоклапанами 9. Таким образом, не имея специальных баллонов для подпитки и поддержания заданного давления, в контейнере обеспечивается гарантированное заданное давление газа в объеме контейнера от уже существующих пневмомагистралей низкого давления и надежная работа бортового компрессора в процессе эксплуатации ДУ КЛА в условиях космического вакуума на орбите Земли, что обеспечивает выполнение поставленной задачи. In the event of a pressure drop below the volume 15 set in the container 1, for example, due to the occurrence of micro-leaks in the container body 1, a pressure switch 13 is triggered, the output of which is electrically connected to the electro-pneumatic valve 11 through the control unit of the electro-pneumatic valves 11, and the electro-pneumatic valve is opened upon command from the control unit of the electro-pneumatic valves 9, and the container is recharged with gas from the pneumatic line 3 to a predetermined pressure, after which the electro-pneumatic valve 11 is closed by a command from the electric control unit with non-valves 9. Thus, without special cylinders for feeding and maintaining the set pressure, the container ensures the guaranteed set gas pressure in the container volume from the existing low-pressure pneumatic highways and reliable operation of the onboard compressor during operation of the spacecraft remote control in space vacuum in orbit of the Earth that ensures the fulfillment of the task.

Claims

A system for pressurizing the fuel tanks of a propulsion system of a spacecraft, containing pneumatic lines associated with the gas cavities of the respective fuel tanks, and valves installed on the pneumatic lines, characterized in that it contains a sealed gas-filled container with an onboard compressor located in it, a filter, an electro-pneumatic valve, a gas reducer, pressure switch, control unit for electro-pneumatic valves, as well as an additional line, moreover, a filter, electro-pneumatic valve, gas a reducer, a pressure switch are installed in series and communicated via an additional line to the container volume, and the electro-pneumatic valve is electrically connected through the control unit of the electro-pneumatic valves to the pressure switch.