RU2177070C2 - Система наддува топливных баков двигательной установки космического летательного аппарата - Google Patents

Abstract

Система наддува топливных баков двигательной установки космического летательного аппарата содержит бортовой компрессор, связанный пневмомагистралями высокого и низкого давления соответственно с баллонами наддува и газовыми полостями топливных баков. Система наддува топливных баков дополнительно снабжена обратным клапаном и емкостью, включенный через дроссельное устройство в пневмомагистраль высокого давления между вновь введенным обратным клапаном и бортовым компрессором. Дроссельное устройство и обратный клапан установлены непосредственно на выходе из бортового компрессора. Изобретение позволяет создать систему наддува топливных баков двигательной установки космического летательного аппарата, которая бы обладала повышенной живучестью и надежностью в условиях космического орбитального полета. 1 ил.

Description

Изобретение относится к космической технике, а точнее к области проектирования и эксплуатации реактивных двигательных установок (РДУ) космических летательных аппаратов (КЛА).

Система наддува топливных баков горючего и окислителя двигательной установки (ДУ) КЛА используется 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 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.

Известны системы наддува топливных баков горючего и окислителя двигательной установки космического летательного аппарата (см., например, Т.М. Мелькумов и др. Ракетные двигатели, М.: Машиностроение, 1976 г., с. 10). 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 и газовые редукторы и обратные клапаны. Заправка баллонов газом высокого давления производится на Земле перед стартом ракеты-носителя.

Недостатками таких систем является малая живучесть системы, низкая надежность и невозможность многоразового использования систем наддува для дозаправки топливом баков в условиях космического полета.

Известна также система наддува топливных баков ДУ КЛА (см., например, патент РФ 2119082, кл. F 02 K 9/44 от 4.06.1996 г.), выбранная в качестве прототипа.

Система содержит бортовой компрессор, связанный пневмомагистралями высокого и низкого давления соответственно с баллонами наддува и газовыми полостями топливных баков, обратный клапан, установленный на пневмомагистрали высокого давления.

Наличие бортового компрессора в данной системе наддува позволяет в процессе космического полета приводить систему в исходное состояние, т.е. перекачивать газ из газовых полостей топливных баков обратно в баллоны наддува, создавая в них давление газа, равное исходному при заправке на Земле, при этом обеспечивается возможность для дозаправки топливом баков в условиях космического полета, например, от космического дозаправщика. Однако, в таких системах возникают отказы в работе при запуске бортового компрессора в условиях космических орбитальных полетов из-за наличия в пневмомагистрали на выходе из компрессора высокого давления газа.

Недостатком системы прототипа является низкая живучесть и надежность из-за наличия в магистрали на выходе из бортового компрессора остаточного газа высокого давления при запуске и работе компрессора.

Задачей настоящего изобретения является создание системы наддува топливных баков ДУ КЛА, которая обладала бы повышенной живучестью и надежностью в условиях космического орбитального полета.

Это достигается за счет обеспечения в пневмомагистрали на выходе из бортового компрессора давления газа, позволяющего свободный (безотказный) запуск и работу компрессора путем сброса высокого давления из пневмомагистрали на выходе из компрессора.

Сущность изобретения заключается в том, что система наддува топливных баков ДУ КЛА, содержащая бортовой компрессор, связанный пневмомагистралями высокого и низкого давления соответственно с баллонами наддува и газовыми полостями топливных баков, и обратный клапан, установленный на пневмомагистрали высокого давления, дополнительно снабжена емкостью, включенной через дроссельное устройство в пневмомагистраль высокого давления между обратным клапаном и бортовым компрессором, причем дроссельное устройство и обратный клапан установлены непосредственно на выходе из бортового компрессора.

Технический результат заключается в том, что по сравнению с известными техническими решениями вновь созданная система наддува топливных баков ДУ КЛА обеспечивает не только повышение надежности и живучести системы наддува, но и увеличивает ресурс функционирования ДУ КЛА в процессе эксплуатации на орбите Земли.

Использование предлагаемой системы наддува топливных баков ДУ КЛА, например, на космическом орбитальном комплексе типа "Мир" - "Союз-ТМ" - "Прогресс" - "Шаттл" позволит дать значительный экономический эффект за счет увеличения ресурса работы, повышения живучести и надежности системы наддува.

Суть изобретения поясняется чертежом, на котором обозначена система наддува, состоящая из бортового компрессора 1, связанного пневмомагистралями высокого давления 2 и низкого давления 3 соответственно с баллонами наддува 4, 5 и газовыми полостями 6, 7 топливных баков 8, 9 и обратного клапана 10, установленного на пневмомагистрали высокого давления 2.

Система наддува дополнительно снабжена емкостью 11, выполненной, например, в виде сильфонного компенсатора и включенной через дроссельное устройство 12 в пневмомагистраль высокого давления 2 между обратным клапаном 10 и бортовым компрессором 1. Дроссельное устройство 12 и обратный клапан 10 установлены непосредственно на выходе 13 из бортового компрессора 1.

Работает система наддува топливных баков ДУ КЛА в режиме перекачки газа, например газообразного азота из газовых полостей 6, 7 топливных баков 8, 9 горючего и окислителя в баллоны наддува 4, 5, следующим образом.

Перед включением компрессора 1 в работу открывают пускоотсечные клапаны 14, 15 и 16, 17, и после пуска компрессора 1 производят откачку газа из газовых полостей 6, 7 топливных баков 8, 9 и закачку его с высоким давлением через пневмомагистрали высокого давления 2 в соответствующие газовые баллоны 4, 5, затем закрывают пускоотсечные клапаны 14, 15, 16, 17 и останавливают бортовой компрессор 1.

После остановки бортового компрессора 1 в пневмомагистрали высокого давления 2 на участке между обратным клапаном 10 и бортовым компрессором 1, т. е. на выходе 13 из компрессора 1 остается остаточное высокое давление газа, что приводит к отказам в работе при повторных запусках бортового компрессора 1. Для исключения подобных ситуаций и обеспечения безотказных запусков и работы бортового компрессора 1 в предлагаемой системе наддува дополнительно введена емкость 11, включенная через дроссельное устройство 12 в пневмомагистраль высокого давления 2 на участке между обратным клапаном 10 и бортовым компрессором 1.

Дроссельное устройство 12 выполнено, например, в виде дроссельной шайбы с расчетным проходным сечением отверстия, обеспечивающим подпор газа при работе бортового компрессора и сброс газа в емкость 11 после остановки компрессора 1, когда остаточный газ, находящийся под высоким давлением на выходе 13 из компрессора 1, дросселируется через дроссельную шайбу и сбрасывается (перетекает) в емкость 11, обеспечивая давление газа на выходе 13 из компрессора 1, необходимое для плавного и надежного запуска компрессора 1.

Установка дроссельного устройства 12 и обратного клапана 10 непосредственно на выходе 13 из бортового компрессора 1 обеспечивает минимальный газовый объем на данном участке, что значительно сокращает объем, размеры и вес емкости 11.

Итак, система наддува приводится в исходное рабочее состояние, готовое к заправке баков 8, 9 от космического заправщика.

Заправку топливных баков 8, 9 топливом производят от соответствующих баков, расположенных на космическом заправщике, который периодически запускается с Земли и доставляет на КЛА топливо для реактивных двигателей 18 двигательной установки.

Выдавливание и подачу топлива из баков 8, 9 к РД 18 производят посредством подачи газа из баллонов 4, 5 в газовые полости 6, 7 топливных баков 8, 9 по пневмомагистралям 19, 20, каждая из которых содержит последовательно установленные пускоотсечные клапаны 21, 22, газовые редукторы 23, 24 и обратные клапаны 25, 26.

Таким образом, дополнительное снабжение системы наддува емкостью 11, включенной через дроссельное устройство 12 в пневмомагистраль высокого давления 2 между обратным клапаном 10 и бортовым компрессором 1 и установка дроссельного устройства 12 и обратного клапана 10 непосредственно на выходе 13 из бортового компрессора 1, создает условия для плавного и надежного запуска и работы компрессора, что обеспечивает повышение живучести и надежности системы наддува топливных баков ДУ КЛА при эксплуатации в условиях космического орбитального полета, а, следовательно, и выполнение поставленной задачи.

Claims (1)

1. Система наддува топливных баков двигательной установки космического аппарата, содержащая бортовой компрессор, связанный пневмомагистралями высокого и низкого давления соответственно с баллонами наддува и газовыми полостями топливных баков, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена обратным клапаном и емкостью, включенной через дроссельное устройство в пневмомагистраль высокого давления между вновь введенным обратным клапаном и бортовым компрессором, причем дроссельное устройство и обратный клапан установлены непосредственно на выходе из бортового компрессора.