RU2160845C1

RU2160845C1 - Device to supply fuel to space craft engine plant

Info

Publication number: RU2160845C1
Application number: RU99109671A
Authority: RU
Inventors: В.И. Гореликов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева"
Priority date: 1999-04-30
Filing date: 1999-04-30
Publication date: 2000-12-20

Abstract

FIELD: space vehicles. SUBSTANCE: proposed device has main lines to deliver fuel from fuel tanks to control rocket engines with valves and check necks interconnected by bypass pipings. Each check neck has shutoff-control device made in form of cup manufactured of nonmagnetic material and freely turning relative to longitudinal axis with branch pipe manufactured of magnetic material. End face of branch pipe is lapped and fitted in ring slot made inside check neck body. Ring slot communicates with supply main lines through branch pipe with cup space. Control ring electromagnets are installed in each check neck in place of connection with fuel supply main lines. Shutoff valves are installed on each bypass pipeline. EFFECT: increased reliability and survivability of device and entire system of space craft engine plant operating on earth orbit. 6 dwg

Description

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

Устройства для подачи топлива в двигательную установку космического летательного аппарата используются в современных РДУ КЛА 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 его 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 системой подачи топлива, включающей в себя устройства для хранения топлива и его подачи ко входам двигателей. Система подачи топлива включает в себя устройство для подачи топлива в ДУ КЛА. Devices for supplying fuel to the propulsion system of a spacecraft are used in modern KLA RDUs to create thrust impulses necessary both for moving the center of mass of the KLA (correction of the trajectory of the spacecraft, braking of the KLA to ensure its descent from orbit), and for creating control moments relative to its center of mass (orientation, turns, etc.). Traction pulses 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 kgfs to units or less kgfs). The operation of these engines with specified parameters is provided by the fuel supply system, which includes devices for storing fuel and its supply to the engine inputs. The fuel supply system includes a device for supplying fuel to the remote control of the spacecraft.

Известно устройство для подачи топлива в ДУ КЛА (см. Т.М. Мелькумов и др. "Ракетные двигатели", изд. "Машиностроение", 1976 г., стр. 10). Устройства содержат топливные баки для хранения и подачи топлива к РД по магистралям подачи топлива, содержащим клапаны и проверочные горловины, которые выполнены в виде обратных клапанов и используются при наземной отработке, испытаниях и заправке устройства топливом. A device for supplying fuel to the remote control of a spacecraft is known (see T. M. Melkumov et al. "Rocket Engines", ed. "Mechanical Engineering", 1976, p. 10). The devices contain fuel tanks for storing and supplying fuel to the taxiway along the fuel supply lines containing valves and check necks, which are made in the form of check valves and are used for ground testing, testing and refueling of the device.

Недостатками таких устройство являются малая живучесть и низкая надежность устройства подачи топлива при эксплуатации в условиях космического полета. The disadvantages of such a device are the low survivability and low reliability of the fuel supply device during operation in space flight conditions.

Известно также устройство для подачи топлива в ДУ КЛА (см. патент Великобритании N 2051246, кл. F 02 K 9/50 от 1981 г.), выбранное в качестве прототипа. There is also known a device for supplying fuel to the remote control of the spacecraft (see UK patent N 2051246, CL F 02 K 9/50 from 1981), selected as a prototype.

Устройство содержит магистрали подачи топлива от топливных баков к управляющим ракетным двигателям с клапанами и проверочными горловинами, соединенными между собой обводными трубопроводами. Проверочные горловины выполнены в виде обратных клапанов и используются только при наземной отработке, испытаниях и заправке устройства топливом. В таких устройствах для подачи топлива в ДУ КЛА при работе РД и при запланированных перерывах в их работе топливный бак (баки), от которого подается топливо к РД, длительное время сообщен с участками магистралей подачи топлива. В случае разгерметизации магистралей, например, между клапанами будут иметь место следующие неблагоприятные последствия. The device comprises a fuel supply line from the fuel tanks to the control rocket engines with valves and test necks, interconnected bypass pipelines. Checking necks are made in the form of check valves and are used only for ground mining, testing and refueling of the device. In such devices for supplying fuel to the remote control of the spacecraft during the operation of the taxiway and during the planned breaks in their work, the fuel tank (tanks) from which the fuel is supplied to the taxiway is connected with sections of the fuel supply lines for a long time. In case of depressurization of the lines, for example, the following adverse consequences will occur between the valves.

1. Полная или частичная потеря топлива из бака (в зависимости от времени обнаружения негерметичности экипажем или наземной службой контроля). 1. Full or partial loss of fuel from the tank (depending on the time of detection of leaks by the crew or ground control service).

2. ДУ выходит из состояния готовности к работе, что приводит к срыву запланированных режимов управления КЛА. 2. Remote control leaves the state of readiness for work, which leads to the disruption of the planned control modes of the spacecraft.

3. В зависимости от места разгерметизации могут быть последствия, исключающие возможность дальнейшего использования топливного бака (баков) или коллектора (коллекторов) питания топливом РД. 3. Depending on the place of depressurization, there may be consequences that preclude the possibility of further use of the fuel tank (s) or collector (collectors) of fuel supply for the taxiway.

Недостатком известного устройства для подачи топлива является низкая надежность и отсутствие живучести ДУ из-за потери работоспособности устройства для подачи топлива при возникновении негерметичности в магистралях подачи топлива. A disadvantage of the known device for supplying fuel is the low reliability and lack of survivability of the remote control due to the loss of operability of the device for supplying fuel in the event of a leak in the fuel supply lines.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства для подачи топлива в ДУ КЛА, которое обладало бы повышенной живучестью и надежностью, путем отключения поврежденных участков магистрали подачи топлива в условиях космического полета. The objective of the present invention is to provide a device for supplying fuel to the remote control of the spacecraft, which would have increased survivability and reliability by disabling damaged sections of the fuel supply line in space flight conditions.

Это достигается тем, что устройство содержит проверочные горловины, снабженные запорно-управляющими устройствами и управляющими кольцевыми электромагнитами. This is achieved by the fact that the device contains test necks equipped with locking-control devices and control ring electromagnets.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для подачи топлива в ДУ КЛА, содержащем магистрали подачи топлива от топливных баков к управляющим ракетным двигателям с клапанами и проверочными горловинами, соединенными между собой обводными трубопроводами, каждая проверочная горловина снабжена запорно-управляющим устройством, выполненным в виде стакана из немагнитного материала, свободно вращающегося относительно своей продольной оси с патрубком из магнитного материала, торцевая часть которого притерта и размещается в кольцевом пазе, выполненном внутри корпуса проверочной горловины, причем кольцевой паз сообщен с магистралями подачи через патрубок с полостью стакана, при этом в каждой горловине в местах стыковки с магистралями подачи топлива установлены управляющие кольцевые электромагниты, а на каждом обводном трубопроводе установлены запорные клапаны. The essence of the invention lies in the fact that in the device for supplying fuel to the remote control of the spacecraft, containing the mains for supplying fuel from the fuel tanks to the control rocket engines with valves and test necks, interconnected by-pass pipelines, each test neck is equipped with a shut-off and control device made in in the form of a glass of non-magnetic material, freely rotating relative to its longitudinal axis with a nozzle of magnetic material, the end part of which is ground and placed in a stake an end groove made inside the body of the test neck, and the annular groove is in communication with the supply lines through a nozzle with a glass cavity, while in each neck, control ring electromagnets are installed at the points of connection with the fuel supply lines, and shut-off valves are installed on each bypass pipeline.

Технический результат заключается в том, что предлагаемое устройство для подачи топлива в ДУ КЛА обеспечивает не только надежность, но и повышенную живучесть устройства для подачи топлива путем отключения поврежденных участков магистралей подачи топлива в условиях космического полета. The technical result consists in the fact that the proposed device for supplying fuel to the remote control of the spacecraft provides not only reliability, but also increased survivability of the device for supplying fuel by disconnecting damaged sections of the fuel supply lines in space flight conditions.

Техническое решение в части снабжения каждой проверочной горловины запорно-управляющим устройством, выполненным в виде стакана из немагнитного материала, свободно вращающегося относительно своей продольной оси с патрубком из магнитного материала, сообщение полости стакана через патрубок с магистралями подачи топлива и установка управляющих кольцевых электромагнитов в местах стыковки горловин с магистралями подачи, а также взаимная связь всех конструктивных элементов устройства, обеспечивают живучесть и надежность устройства для подачи топлива путем отключения поврежденных участков магистралей подачи топлива в условиях космического полета, что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения. The technical solution in terms of supplying each test neck with a shut-off and control device made in the form of a cup of non-magnetic material freely rotating about its longitudinal axis with a nozzle of magnetic material, communication of the cup cavity through a nozzle with fuel supply lines and installation of control ring electromagnets at the joints necks with supply lines, as well as the interconnection of all structural elements of the device, provide survivability and reliability of the device for odachi fuel by cutting off the damaged areas fuel supply lines in space flight, which was confirmed by tests of prototypes made using the proposed technical solutions.

Использование предлагаемого устройства для подачи топлива в ДУ КЛА, например, на космическом орбитальном комплексе типа "Мир" - "Союз-ТМ" -"Прогресс" - "Шаттл" позволит дать значительный экономический эффект за счет обеспечения живучести устройства подачи топлива путем отключения поврежденных участком магистралей топлива в случае их разгерметизации, при этом все операции выполнимы дистанционно. Using the proposed device for supplying fuel to the remote control of the spacecraft, for example, on a space orbital complex of the Mir-Soyuz-TM-Progress-Shuttle type, will provide a significant economic effect by ensuring the survivability of the fuel supply device by disconnecting the damaged section fuel lines in case of their depressurization, while all operations are remotely feasible.

На фиг. 1 дана схема устройства; на фиг. 2 изображен продольный разрез А-А проверочной горловины и ее поперечное сечение Б-Б с вариантами положений патрубка относительно магистралей подачи топлива I, II, III, IV. In FIG. 1 shows a diagram of a device; in FIG. 2 shows a longitudinal section aa of the test neck and its cross section bb with options for the position of the nozzle relative to the fuel supply lines I, II, III, IV.

Предлагаемое устройство для подачи топлива в ДУ КЛА состоит из следующих основных узлов, деталей и агрегатов: магистралей подачи топлива 1, 2, топливных баков 3, 4, управляющих ракетных двигателей 5, 6, клапанов 7, 8, 9, 10, 11, проверочных горловин 12, соединенных между собой обводными трубопроводами 13. Каждая проверочная горловина 12 снабжена запорно-управляющим устройством 14, выполненным в виде стакана 15 из немагнитного материала, например, из титана или алюминия, свободно вращающегося относительно своей продольной оси 16 с патрубком 17, выполненным из магнитного материала, например, из углеродистой стали и сваренным заодно со стаканом 15 сваркой "трением" (биметаллическое герметичное соединение). Торцевая часть 18 патрубка 17 притерта и размещена в кольцевом пазе 19, выполненном внутри корпуса 20 проверочной горловины 12. Кольцевой паз 19 сообщен с магистралями подачи 1(2) 21 через патрубок 17 с полостью 22 стакана 15, при этом в каждой проверочной горловине 12 в местах стыковки с магистралями подачи топлива 1, 2, 21 установлены управляющие кольцевые электромагниты 23, 24, 25, а на каждом обводном трубопроводе 13 установлены запорные клапаны 26. The proposed device for supplying fuel to the KL remote control consists of the following main components, parts and assemblies: fuel supply lines 1, 2, fuel tanks 3, 4, control rocket engines 5, 6, valves 7, 8, 9, 10, 11, test the neck 12, interconnected by-pass piping 13. Each test neck 12 is equipped with a locking and control device 14, made in the form of a glass 15 of non-magnetic material, for example, titanium or aluminum, freely rotating relative to its longitudinal axis 16 with a pipe 17 made of a magnetic material such as carbon steel and welded together with the glass 15 "friction" weld (bimetallic tight connection). The end part 18 of the pipe 17 is ground and placed in an annular groove 19, made inside the housing 20 of the test neck 12. The annular groove 19 is in communication with the supply lines 1 (2) 21 through the pipe 17 with a cavity 22 of the glass 15, while in each test neck 12 in at the interfaces with the fuel supply lines 1, 2, 21, control ring electromagnets 23, 24, 25 are installed, and shut-off valves 26 are installed on each bypass pipe 13.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При работе с запиткой РД 5,6 от топливного бака 3(4) перед включением РД 5, 6 производится подготовка устройства к работе, для чего открываются пускоотсечные клапаны 7(8), 9. Затем по командам системы управления открываются клапаны подачи 10 и 11 и топливо поступает к РД 5, 6, которые включаются и работают в соответствии с управляющими сигналами. When working with RD 5.6 power from the fuel tank 3 (4), before turning on RD 5, 6, the device is prepared for operation, for which the shut-off valves 7 (8), 9 are opened. Then, according to the control system commands, the supply valves 10 and 11 open and the fuel goes to taxiways 5, 6, which are turned on and operate in accordance with the control signals.

В случае разгерметизации отдельных участков магистралей подачи топлива 1(2), при помощи проверочных горловин 12 производят отключение поврежденных участков, размещенных между проверочными горловинами 12, и обеспечивают подачу топлива к РД 5, 6, при этом в отдельных случаях используют и обводной трубопровод 13. Перекрытие или переключение магистрали 1 (2) производят посредством включения соответствующего управляющего кольцевого электромагнита 23, (24 или 25), при этом под действием магнитных сил патрубок 17, выполненный из магнитного материала, переместится по кольцевому пазу 19 и займет положение, соосное положению кольцевого электромагнита 23 (24 или 25) и соответствующего входа (выхода) в магистраль подачи топлива 1 (2 или 21). In the case of depressurization of individual sections of the fuel supply lines 1 (2), using the inspection necks 12, the damaged sections located between the inspection necks 12 are disconnected and fuel is supplied to the taxiways 5, 6, and in some cases a bypass pipe 13 is also used. Overlapping or switching of the highway 1 (2) is carried out by switching on the corresponding control ring electromagnet 23, (24 or 25), while under the influence of magnetic forces the pipe 17 made of magnetic material is located along the annular groove 19 and occupies a position aligned with the position of the ring electromagnet 23 (24 or 25) and the corresponding input (output) to the fuel supply line 1 (2 or 21).

На фиг. 2 даны положения переключений I, II, III, IV запорно-управляющего устройства 14 относительно магистралей 1 (2 или 21), где положение IV соответствует нейтральному положению запорно-управляющего устройства 14, занимаемому включением электромагнита 27 при нормальной работе устройства, т. е. когда нет повреждений в магистралях подачи топлива. Обводной трубопровод 13 включают в работу открытием запорного клапана 26 при необходимости подачи топлива между проверочными горловинами при перекрытиях промежуточных участков магистралей подачи топлива. Перемещение патрубка 17 по кольцевому пазу 19 под действием магнитных сил происходит за счет его эксцентричного расположения относительно оси 16 на немагнитном корпусе стакана 15, свободно вращающегося относительно своей продольной оси 16 в корпусе 20 горловины 12. Притертая поверхность торца 18 патрубка 17 к боковой поверхности кольцевого паза 19 обеспечивает герметизацию между ними, кроме того, в космосе при разгерметизации участка магистрали подачи топлива 1 (2) торцевая поверхность патрубка 17 герметизируется за счет перепада давлений. Все управления клапанами и электромагнитами осуществляют дистанционно с ручного или автоматического пульта управления 7. In FIG. 2 shows the switching positions I, II, III, IV of the locking-control device 14 relative to the highways 1 (2 or 21), where position IV corresponds to the neutral position of the locking-control device 14, occupied by the inclusion of the electromagnet 27 during normal operation of the device, i.e. when there is no damage in the fuel supply lines. The bypass pipe 13 is included in the operation by opening the shut-off valve 26, if necessary, to supply fuel between the inspection necks while overlapping the intermediate sections of the fuel supply lines. The movement of the pipe 17 along the annular groove 19 under the action of magnetic forces occurs due to its eccentric location relative to the axis 16 on the non-magnetic housing of the glass 15, freely rotating relative to its longitudinal axis 16 in the housing 20 of the neck 12. The ground surface of the end face 18 of the pipe 17 to the side surface of the annular groove 19 provides a seal between them, in addition, in space during depressurization of a portion of the fuel supply line 1 (2), the end surface of the nozzle 17 is sealed by a differential pressure. All control of valves and electromagnets is carried out remotely from a manual or automatic control panel 7.

Таким образом, с помощью перекрытия поврежденных участков магистралей подачи топлива 1 (2 или 21) посредством предлагаемой проверочной горловины 12 с ее составными элементами конструкции и перепуска топлива, минуя поврежденный участок, через обводной трубопровод 13 создана возможность проведения полета, что обеспечивает повышение надежности и живучести устройства и всей системы ДУ КЛА на орбите Земли, а значит обеспечивает выполнение поставленной задачи. Thus, by overlapping the damaged sections of the fuel supply lines 1 (2 or 21) by means of the proposed test neck 12 with its components and fuel bypass, bypassing the damaged section, the possibility of flight is created through the bypass pipe 13, which improves reliability and survivability device and the entire remote control system of the spacecraft in orbit of the Earth, which means it ensures the fulfillment of the task.

Claims

A device for supplying fuel to a propulsion system of a spacecraft containing fuel supply lines from fuel tanks to control rocket engines with valves and test necks interconnected by-pass piping, characterized in that each test neck is equipped with a shut-off and control device in the form of a glass of non-magnetic material freely rotating about its longitudinal axis with a nozzle of magnetic material, the end part of the cat It is ground and placed in an annular groove made inside the housing of the test neck, and the annular groove is in communication with the supply lines through a nozzle with a glass cavity, and control ring electromagnets are installed in each test neck at the junctions with the fuel supply lines, and on each bypass pipe shut-off valves are installed.