RU2170839C1

RU2170839C1 - Space vehicle engine plant fuel-feed system

Info

Publication number: RU2170839C1
Application number: RU99123386/06A
Authority: RU
Inventors: В.И. Гореликов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева
Priority date: 1999-11-05
Filing date: 1999-11-05
Publication date: 2001-07-20

Abstract

FIELD: aeronautical engineering. SUBSTANCE: proposed fuel-free system of space vehicle engine plant has fuel tanks with starter-and-cutoff valves, fuel feed manifold of control rocket engines with feed valves and fuel feed main lines connected with starter-and-cutoff valve by cross-feeding pipeline. Fuel-feed system is provided additionally with two cross-feeding main lines with valves uniting tanks and fuel feed manifolds. One additional cross-feeding main line is connected before starter-and-cutoff valve at furl tank outlet, and the other is connected after feed valves before inlet in fuel-feed manifold of control rocket engines. EFFECT: improved performance characteristics of engine plant owing to provision of serviceability of fuel-feed system in case of violation of tightness in fuel main lines and cross-feeding pipelines at long operation in space flight. 1 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 (SC).

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 movement, braking of the KLA to ensure its descent from orbit), and for creating control moments relative to it 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 the 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.

Известна система подачи топлива в ДУ КЛА (см. Т.М.Мелькумов и др. "Ракетные двигатели", изд. "Машиностроение", 1976, стр. 8). Система содержит топливные баки для хранения и подачи топлива к РД по магистралям подачи топлива, содержащим пускоотсечные клапаны. Известная система подачи топлива ДУ КЛА не содержит дополнительных закольцовочных магистралей, объединяющих магистрали подачи топлива, и в случае разгерметизации магистралей подачи, например, на участках между пускоотсечными клапанами и входами в РД система выходит из работоспособного состояния. There is a known fuel supply system in the control panel of a spacecraft (see T.M. Melkumov et al. "Rocket Engines", ed. "Mechanical Engineering", 1976, p. 8). The system contains fuel tanks for storing and supplying fuel to the taxiway along the fuel supply lines containing start-off valves. The well-known fuel supply system DU KLA does not contain additional loopback lines connecting the fuel supply lines, and in the case of depressurization of the supply lines, for example, in the areas between the start-off valves and the entrances to the taxiway, the system goes out of service.

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

Известна также система подачи топлива ДУ КЛА (см. патент Великобритании N 2051246, кл. F 02 K 9/50 от 1981 г.), выбранное в качестве прототипа. Also known is the fuel supply system of the remote control KLA (see UK patent N 2051246, class F 02 K 9/50 of 1981), selected as a prototype.

Система содержит топливные баки с пускоотсечными клапанами, коллекторы питания топливом управляющих ракетных двигателей с клапанами подачи и магистрали подачи топлива, объединенные закольцовочным трубопроводом с пускоотсечным клапаном. В данной системе отсутствуют дополнительные закольцовочные магистрали, объединяющие магистрали подачи, топливные баки и коллекторы питания топливом РД. 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 и в случае разгерметизации магистралей, например между клапанами, будут иметь место следующие неблагоприятные последствия:
1. Полная или частичная потеря топлива из бака (в зависимости от времени обнаружения негерметичности экипажем или наземной службой контроля).The system contains fuel tanks with start-off valves, fuel supply manifolds for control rocket engines with feed valves and fuel supply lines, connected by a loop pipe with a start-off valve. In this system, there are no additional loopback lines combining supply lines, fuel tanks and fuel supply manifolds RD. During the operation of the taxiway and during the planned breaks in their work, the fuel tank (s) from which the fuel is supplied to the taxiway is connected to sections of the fuel supply lines for a long time and in the case of depressurization of the lines, for example between valves, the following adverse consequences will occur:
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 известной системы подачи топлива ДУ КЛА является низкая надежность и отсутствие живучести ДУ из-за потери работоспособности системы подачи топлива при возникновении негерметичности в магистралях подачи топлива и в закольцовочном трубопроводе. The disadvantage of the known fuel supply system of the remote control of the spacecraft is the low reliability and lack of survivability of the remote control due to the loss of operability of the fuel supply system in the event of a leak in the fuel supply lines and in the loop pipe.

Задачей настоящего изобретения является создание системы подачи топлива ДУ КЛА, которая обладала бы улучшенными эксплуатационными характеристиками, путем обеспечения работоспособности системы подачи топлива при возникновении негерметичности в магистралях подачи топлива и в закольцовочном трубопроводе. The objective of the present invention is to provide a fuel supply system of the remote control of the spacecraft, which would have improved performance characteristics, by ensuring the operability of the fuel supply system in the event of a leak in the fuel supply lines and in the loop pipe.

Это достигается тем, что система снабжена двумя дополнительными закольцовочными магистралями с клапанами объединения баков и коллекторов питания топливом РД. This is achieved by the fact that the system is equipped with two additional loopback lines with valves for combining the tanks and fuel supply manifolds RD.

Сущность изобретения заключается в том, что в системе подачи топлива ДУ КЛА, содержащей топливные баки с пускоотсечными клапанами, коллекторы питания топливом управляющих ракетных двигателей с клапанами подачи и магистрали подачи топлива, объединенные закольцовочным трубопроводом с пускоотсечным клапаном, введены две дополнительные закольцовочные магистрали с клапанами объединения баков и коллекторов питания топливом, при этом одна дополнительная закольцовочная магистраль включена перед пускоотсечными клапанами на выходе из топливных баков, а другая включена после клапанов подачи перед входом в коллекторы питания топливом управляющих ракетных двигателей. The essence of the invention lies in the fact that in the fuel supply system of the remote control system, containing fuel tanks with start-off valves, manifolds for supplying fuel to control rocket engines with supply valves and fuel supply lines, connected by a loop pipe with a start-cut valve, two additional loop lines with combination valves are introduced tanks and collectors of fuel supply, while one additional loopback line is connected in front of the start-off valves at the exit from the fuel overt tanks, while the other valves included after feed prior to entering the fuel supply manifolds Governing rocket engines.

Технический результат заключается в том, что по сравнению с известными техническими решениями вновь созданная система подачи топлива ДУ КЛА обеспечивает работоспособность системы подачи топлива при возникновении негерметичности в магистралях подачи топлива и в закольцовочном трубопроводе и обладает улучшенными эксплуатационными характеристиками. The technical result consists in the fact that, compared with the known technical solutions, the newly created fuel supply system DU KLA ensures the operability of the fuel supply system in the event of a leak in the fuel supply lines and in the loop pipe and has improved operational characteristics.

Техническое решение в части введения в состав системы подачи топлива ДУ КЛА двух дополнительных закольцовочных магистралей с клапанами объединения топливных баков и коллекторов питания топливом РД и конструктивная взаимная связь всех составных элементов системы подачи топлива обеспечивают живучесть ДУ и сохранение работоспособности системы при возникновении негерметичности в магистралях подачи топлива и в закольцовочном трубопроводе, что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения. The technical solution regarding the introduction of two additional loopback lines into the fuel supply system of the KLA KLA with valves for combining the fuel tanks and the fuel supply manifolds RD and the constructive interconnection of all the components of the fuel supply system ensure the survivability of the remote control and maintaining the system’s operability in the event of a leak in the fuel supply lines and in the loop pipe, which is confirmed by tests of prototypes made using the proposed decision-ethnic.

Использование предлагаемой системы подачи топлива ДУ КЛА, например, на космическом орбитальном комплексе типа. "Мир" - "Союз-ТМ" - "Прогресс" - "Шаттл" позволяет получить значительный экономический эффект за счет обеспечения живучести системы подачи топлива при возникновении негерметичности в магистралях подачи топлива к РД. Using the proposed fuel supply system of the remote control of the spacecraft, for example, on a space orbital complex of the type. "Mir" - "Soyuz-TM" - "Progress" - "Shuttle" allows to obtain a significant economic effect by ensuring the survivability of the fuel supply system in the event of a leak in the fuel supply lines to the taxiway.

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

Предлагаемая система подачи топлива ДУ КЛА состоит из следующих основных узлов, деталей и агрегатов: топливных баков 1, 2 с пускоотсечными клапанами 3, 4, коллекторов питания топливом 5, 6, управляющих ракетных двигателей 7, 8 с клапанами подачи 9, 10 и магистралей подачи топлива 11, 12, объединенных закольцовочным трубопроводом 13 с пускоотсечным клапаном 14. The proposed fuel supply system for the remote control of the spacecraft consists of the following main units, parts and assemblies: fuel tanks 1, 2 with start-up valves 3, 4, fuel supply manifolds 5, 6, control rocket engines 7, 8 with supply valves 9, 10 and supply lines fuel 11, 12, connected by a loop pipe 13 with a start-off valve 14.

В систему введены две дополнительные эакольцовочные магистрали 15, 16 с клапанами 17, 18 объединения баков 1, 2 и коллекторов питания топливом 5, 6. Одна дополнительная закольцовочная магистраль 15 включена перед пускоотсечными клапанами 3, 4 на выходе 19, 20 из топливных баков 1, 2, а другая дополнительная закольцовочная магистраль 16 включена после клапанов подачи 9, 10 перед входом 21, 22 в коллекторы питания топливом 5, 6 управляющих ракетных двигателей 7, 8. Two additional ecoling lines 15, 16 with valves 17, 18 for combining tanks 1, 2 and fuel collectors 5, 6 are introduced into the system. One additional loop line 15 is connected in front of the shut-off valves 3, 4 at the outlet 19, 20 of the fuel tanks 1, 2, and another additional loopback line 16 is connected after the supply valves 9, 10 before the entrance 21, 22 to the fuel supply manifolds 5, 6 of the control rocket engines 7, 8.

Система подачи топлива ДУ КЛА работает следующим образом. The fuel supply system DU KLA operates as follows.

При работе с запиткой РД, например, от топливного бака 1 (2) перед включением РД 7, 8 производится подготовка системы подачи топлива к работе, для чего открываются пускоотсечные клапаны 3 (4) и 14. Затем по командам системы управления 23 открываются клапаны подачи 9, 10 и топливо поступает через коллекторы 5, 6 к РД 7, 8, которые включаются и работают в соответствии с управляющими сигналами. When working with powering the taxiway, for example, from the fuel tank 1 (2), before turning on the taxiway 7, 8, the fuel supply system is prepared for operation, for which the shut-off valves 3 (4) and 14 are opened. Then, according to the commands of the control system 23, the supply valves are opened 9, 10 and the fuel enters through the collectors 5, 6 to the taxiways 7, 8, which turn on and work in accordance with the control signals.

Функционирует подготовленная к работе система подачи в случае разгерметизации магистралей системы и при снижении давления в топливном баке 1 (2) и связанных с ним магистралях до первого контрольного уровня следующим образом: срабатывает сигнализатор давления 24 (25), выход которого через блоки автоматики 26 и управления 27 электрически связаны с пускоотсечными клапанами 3 (4) и 14, при этом клапаны 3 (4) и 14 закрываются. В результате чего негерметичная часть системы подачи разделяется на три участка (клапаны 9, 10, 17, 18 закрыты): первый участок от топливного бака 1 (2) до клапанов 17 и 3, который контролируется сигнализатором давления 24 (25); второй участок - между клапанами 3 (4), 14 и 9 (10), который контролируется сигнализатором давления 28 (29); третий участок - между клапанами 4 (3), 14 и 10 (9), который контролируется сигнализатором давления 29 (28). При дальнейшем снижении давления в одном из трех упомянутых выше участков магистралей подачи до второго контрольного уровня срабатывают сигнализаторы давления 28 или 29, если негерметичность была соответственно между клапанами 3, 14 и 9 или 4, 14 и 10. Так как сигнализатор давления 28 (29) через блоки автоматики 26 и управления 27 электрически связан с клапанами 18, 17, 4 и 10, то при срабатывании по сигналу от блока управления 27 данные клапаны открываются, а при срабатывании сигнализатора давления 29 аналогично открываются клапаны 18, 17, 3 и 9. При отсутствии срабатывания сигнализаторов давления 28 и 29 негерметичность находится на участке от топливного бака 1 (2) до клапанов 3 (4) и 17. Итак, определив поврежденный участок магистрали, его отсекают и обеспечивают подвод топлива к РД, минуя этот участок. При работе системы подачи топлива ДУ КЛА наддув и выдавливание топлива из топливных баков 1, 2 обеспечивается системой наддува 30, 31 топливных баков 1, 2. A feed system is prepared for operation in the event of a depressurization of the system lines and when the pressure in the fuel tank 1 (2) and associated lines decreases to the first control level as follows: the pressure indicator 24 (25) is triggered, the output of which is through the automation units 26 and control 27 are electrically connected to the start-off valves 3 (4) and 14, while the valves 3 (4) and 14 are closed. As a result, the leaky part of the supply system is divided into three sections (valves 9, 10, 17, 18 are closed): the first section from the fuel tank 1 (2) to valves 17 and 3, which is controlled by a pressure switch 24 (25); the second section is between the valves 3 (4), 14 and 9 (10), which is controlled by a pressure switch 28 (29); the third section is between valves 4 (3), 14 and 10 (9), which is controlled by a pressure switch 29 (28). With a further decrease in pressure in one of the three sections of the supply lines to the second control level, pressure switches 28 or 29 are triggered if the leak was between valves 3, 14 and 9 or 4, 14 and 10, respectively. Since the pressure switch 28 (29) through the automation units 26 and control 27 is electrically connected to the valves 18, 17, 4 and 10, then when triggered by a signal from the control unit 27, these valves open, and when the pressure switch 29 is triggered, valves 18, 17, 3 and 9 are similarly opened. lack of Positioning the pressure sensors 28 and 29 is leaking at the site of the fuel tank 1 (2) to the valve 3 (4) and 17. Thus, the line defining the damaged area, it is cut and provide a supply of fuel to the RD, bypassing this portion. When the fuel supply system of the remote control of the spacecraft is operating, pressurization and squeezing of fuel from the fuel tanks 1, 2 is provided by the pressurization system 30, 31 of the fuel tanks 1, 2.

Таким образом, введение в состав системы подачи топлива ДУ КЛА дополнительных закольцовочных магистралей 15 с клапаном объединения 18 позволяет распознавать места повреждений и производить секционирование магистралей подачи топлива 11, 12 и закольцовочного трубопровода 13 при их разгерметизации и путем отсечения (отключения) поврежденных участков сохранять постоянную работоспособность системы подачи топлива в течение длительной эксплуатации, а также обеспечивается исключение необратимой потери топлива из топливных баков 1, 2 и сохраняется работоспособность коллекторов 5, 6 питания топливом управляющих ракетных двигателей 7, 8, что в целом обеспечивает живучесть ДУ. Thus, the introduction of additional loopback lines 15 with the combination valve 18 into the fuel supply system of the KLA allows the recognition of damage locations and partitioning of the fuel supply lines 11, 12 and the loopback pipe 13 when they are depressurized and, by cutting off (disconnecting) damaged sections, maintain constant operability fuel supply systems for long-term operation, and also eliminates irreversible loss of fuel from fuel tanks 1, 2 and maintains the efficiency of collectors 5, 6 of fuel supply for control rocket engines 7, 8, which generally ensures the survivability of the remote control.

Claims

A fuel supply system for a propulsion system of a spacecraft containing fuel tanks with start-off valves, fuel supply manifolds for control rocket engines with fuel supply valves and fuel supply lines, connected by a loop pipe with a start-cut valve, characterized in that two additional loop-through lines with valves are introduced into the system combining tanks and collectors of fuel supply, with one additional loopback line connected in front of the busbar ootsechnymi valves at the outlet of the fuel tanks and the other valves included after feed prior to entering the fuel supply manifolds Governing rocket engines.