RU2189485C2

RU2189485C2 - Propellant supply system for spacecraft engine plant

Info

Publication number: RU2189485C2
Application number: RU2000126941/06A
Authority: RU
Inventors: В.И. Гореликов; Г.Л. Огнев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева"
Priority date: 2000-10-26
Filing date: 2000-10-26
Publication date: 2002-09-20

Abstract

FIELD: space engineering. SUBSTANCE: system includes propellant tanks whose hydraulic cavities are connected with propellant supply manifold, start and shut-off valves and propellant tank pressurization system. Propellant feed system is provided with pups mounted in sections of mains between propellant tanks and start and shut-off valve separating hydraulic cavities of propellant tanks form propellant supply manifolds of jet engines. Low-pressure indicator is fitted in propellant supply mains before each pump; high-pressure indicator is fitted at pump outlet; these indicators are electrically connected with propellant supply system automatic control unit. EFFECT: reduced amount of high-pressure gas in propellant supply system of engine plant; improved mass and dimensional characteristics. 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 (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 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 г., стр.10). 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 насосной системы подачи топлива, а использует систему выдавливания топлива из топливных баков посредством системы наддува газом, например азотом. A well-known fuel supply system in the remote control of the spacecraft (see T. M. Melkumov and others. "Rocket engines", ed. "Mechanical Engineering", 1976, p. 10). The system contains fuel tanks for storing and supplying fuel to the taxiway along the fuel supply lines containing start-off valves. The known fuel supply system DU KLA does not contain a pumping fuel supply system, but uses a system for extruding fuel from fuel tanks by means of a system of pressurization with gas, for example nitrogen.

Недостатком такой системы является необходимость в больших запасах газа под высоким давлением и плохие массогабаритные характеристики. The disadvantage of this system is the need for large gas reserves under high pressure and poor mass and size characteristics.

Известна также система подачи топлива ДУ КЛА (см. патент Великобритании N 2051246 кл. F 02 K 9/50 от 1981 г.), выбранная 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 from 1981), selected as a prototype.

Система содержит топливные баки, гидравлические полости которых соединены с коллекторами питания топливом реактивных двигателей магистралями подачи топлива, систему наддува топливных баков, пускоотсечные клапаны. В такой системе подача топлива к реактивным двигателям осуществляется за счет выдавливания топлива из топливных баков посредством подачи газа из системы наддува, содержащей газовые баллоны под высоким давлением, что значительно ухудшает массогабаритные характеристики. Габариты толстостенных баллонов определяются в зависимости от количества газа, например, азота или гелия, необходимого для выдавливания из баков топлива и подачи его к реактивным двигателям. Толщина стенок баллонов рассчитывается на внутреннее давление порядка 350 кГс/см². Толщина стенок топливных баков рассчитывается на внутреннее давление порядка 30 кГс/см², при рабочем давлении, необходимом для сжатия перекладной мембраны и вытеснения топлива из топливных баков для подачи к двигателям, равном ~20 кГс/см².The system contains fuel tanks, the hydraulic cavities of which are connected to the jet fuel collectors of the jet engines with fuel supply lines, a system for pressurizing the fuel tanks, and shut-off valves. In such a system, fuel is supplied to jet engines by squeezing fuel out of the fuel tanks by supplying gas from a pressurization system containing high pressure gas cylinders, which significantly impairs mass and size characteristics. The dimensions of thick-walled cylinders are determined depending on the amount of gas, for example, nitrogen or helium, necessary for squeezing fuel out of the tanks and supplying it to jet engines. The wall thickness of the cylinders is calculated on the internal pressure of the order of 350 kG / cm ² . The wall thickness of the fuel tanks is calculated for an internal pressure of the order of 30 kG / cm ² , at the working pressure necessary to compress the transfer membrane and displace the fuel from the fuel tanks to supply engines equal to ~ 20 kG / cm ² .

Недостатками известной системы подачи топлива ДУ КЛА являются большие запасы газа под высоким давлением и плохие массогабаритные характеристики. The disadvantages of the known fuel supply system DU KLA are large gas reserves under high pressure and poor weight and size characteristics.

Задачей настоящего изобретения является создание системы подачи топлива ДУ КЛА, которая содержала бы минимальное количество газа под высоким давлением и обладала бы улучшенными массогабаритными характеристиками. The objective of the present invention is to provide a fuel supply system DU KLA, which would contain a minimum amount of gas under high pressure and would have improved overall dimensions.

Это достигается тем, что в системе подачи топлива ДУ КЛА установлены насосы на участках магистралей подачи топлива между топливными баками и пускоотсечными клапанами, обеспечивающие подачу топлива к РД при заданном (расчетном) давлении, имея при этом минимальное давление наддува топливных баков. This is achieved by the fact that pumps are installed in the fuel supply system of the remote control of the spacecraft between the fuel tanks and the start-off valves, which provide fuel to the taxiway at a given (calculated) pressure, while having a minimum boost pressure of the fuel tanks.

Сущность изобретения заключается в том, что система подачи топлива ДУ КЛА, содержащая топливные баки, гидравлические полости которых соединены с коллекторами питания топливом реактивных двигателей магистралями подачи топлива, пускоотсечные клапаны и систему наддува топливных баков, снабжена насосами, установленными на участках магистралей подачи топлива между топливными баками и пускоотсечными клапанами, отделяющими гидравлические полости топливных баков от коллекторов питания топливом реактивных двигателей, при этом на магистралях подачи топлива перед каждым насосом установлен сигнализатор низкого давления, а на выходе из насоса - сигнализатор высокого давления, причем указанные сигнализаторы давления электрически связаны с блоком автоматического управления насосной системой подачи топлива. The essence of the invention lies in the fact that the fuel supply system of the remote control of the spacecraft, containing fuel tanks, the hydraulic cavities of which are connected to the manifolds of the fuel supply of jet engines by the fuel supply lines, shut-off valves and the system of pressurizing the fuel tanks, is equipped with pumps installed on sections of the fuel supply lines between the fuel tanks and start-off valves that separate the hydraulic cavities of the fuel tanks from the jet fuel manifolds, while on the line In order to supply fuel, a low pressure switch is installed in front of each pump, and a high pressure switch is installed at the outlet of the pump, and these pressure switches are electrically connected to the automatic control unit of the pump fuel supply system.

Технический результат заключается в том, что по сравнению с известными техническими решениями вновь созданная система подачи топлива ДУ КЛА обеспечивает сокращение запасов газа высокого давления и улучшение массогабаритных характеристик. The technical result consists in the fact that, compared with the known technical solutions, the newly created fuel supply system DU KLA provides a reduction in high-pressure gas reserves and an improvement in overall dimensions.

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

Предлагаемая система состоит из топливных баков для горючего 1 и для окислителя 2, соответственно гидравлические полости 3 и 4 которых соединены с коллекторами 5, 6 питания топливом реактивных двигателей 7 магистралями 8, 9 подачи топлива, пускоотсечных клапанов 10, 11 и системы наддува 12 топливных баков 1, 2. Система подачи топлива ДУ КЛА снабжена насосами 13, 14, например турбонасосами, установленными на участках 15, 16 магистралей 8, 9 подачи топлива между топливными баками 1, 2 и пускоотсечными клапанами 10, 11, отделяющими гидравлические полости 3, 4 топливных баков 1, 2 от коллекторов 5, 6 питания топливом реактивных двигателей 7. На магистралях 8, 9 подачи топлива перед каждым насосом 13, 14 установлен сигнализатор низкого давления 17, а на выходе 18, 19 из насоса 13, 14 установлен сигнализатор высокого давления 20, причем указанные сигнализаторы давления 17, 20 электрически связаны с блоком автоматического управления 21 насосной системой подачи топлива. The proposed system consists of fuel tanks for fuel 1 and for oxidizer 2, respectively, hydraulic cavities 3 and 4 of which are connected to collectors 5, 6 for supplying fuel to jet engines 7 with lines 8, 9 of fuel supply, shut-off valves 10, 11 and boost system 12 of fuel tanks 1, 2. The fuel supply system of the remote control valve is equipped with pumps 13, 14, for example, turbopumps installed in sections 15, 16 of the fuel supply lines 8, 9 between the fuel tanks 1, 2 and the shut-off valves 10, 11 that separate the hydraulic cavities 3, 4 of the fuel willow tanks 1, 2 from the jet fuel collectors 5, 6; on the fuel supply lines 8, 9, a low pressure switch 17 is installed in front of each pump 13, 14, and a high pressure switch is installed at the outlet 18, 19 from the pump 13, 14 20, said pressure switches 17, 20 being electrically connected to the automatic control unit 21 of the fuel pumping system.

Работает система подачи топлива ДУ КЛА следующим образом. Для подачи топлива из баков горючего 1 и окислителя 2 в коллекторы 5, 6 реактивных двигателей 7 от системы наддува 12 через газовые редукторы 29, 30, настроенные на рабочее давление полостей наддува 31, 32 топливных баков 1, 2 порядка 0,5 кГс/см², производят поддавливание сильфонных вытеснителей 33, 34 до давления 0,5 кГс/см². Затем включают насосы 13, 14 и при давлении порядка 20 кГс/см² на выходе 18, 19 из насосов 13, 14 открывают пускоотсечные клапаны 10, 11, и топливо поступает в коллекторы 5, 6 питания топливом реактивных двигателей 7. Насосы 13, 14 включают перед каждым включением реактивных двигателей 7 и выключают при выключении последних посредством блока автоматического управления 21, с которым электрически связаны сигнализаторы давления 17, 20.The fuel supply system of the remote control system is as follows. To supply fuel from the fuel tanks 1 and oxidizer 2 to the manifolds 5, 6 of the jet engines 7 from the boost system 12 through gas reducers 29, 30, tuned to the working pressure of the boost cavities 31, 32 of the fuel tanks 1, 2 of the order of 0.5 kG / cm ² , they pressurize the bellows displacers 33, 34 to a pressure of 0.5 kG / cm ² . Then turn on the pumps 13, 14 and at a pressure of the order of 20 kG / cm ² at the outlet 18, 19 from the pumps 13, 14, the start-off valves 10, 11 are opened, and the fuel enters the manifolds 5, 6 for supplying fuel to the jet engines 7. Pumps 13, 14 turn on before each turn on of the jet engines 7 and turn off when turning off the latter by means of an automatic control unit 21, to which pressure switches 17, 20 are electrically connected.

Преимущество использования предлагаемой системы подачи по сравнению с известной (прототипом) поясняется на следующем примере, где рассматриваются массогабаритные характеристики при расчете только по одной линии наддува топливного бака и подачи топлива, например, горючего. The advantage of using the proposed supply system in comparison with the known (prototype) is illustrated by the following example, where weight and size characteristics are considered when calculating only one line of the pressurization of the fuel tank and the supply of fuel, for example, fuel.

Для обеспечения вытеснения 800 л топлива из топливного бака 1 (2) и для проведения операций по продувке магистралей и проверке герметичности требуется объем гелия при нормальных условиях Vг=35 м³. Давление наддува топливных баков и давление подачи топлива к двигателям равно 350 кГс/см². Материал шар-баллонов - титан ВТ14. Таким образом, объем хранимого гелия Vне=100 л, масса шар-баллонов Мб=50 кГ. Масса гелия Мне=5 кГ.To ensure the displacement of 800 l of fuel from the fuel tank 1 (2) and for operations on purging the lines and checking for leaks, the volume of helium is required under normal conditions Vg = 35 m ³ . The boost pressure of the fuel tanks and the pressure of the fuel supply to the engines is 350 kG / cm ² . Balloon material - VT14 titanium. Thus, the volume of stored helium is Vnot = 100 l, the mass of balloons Mb = 50 kg. Helium mass I = 5 kg.

В предлагаемой системе подачи топлива система наддува 12 топливных баков 1 (2) настроена посредством газовых редукторов 29 (300 на давление поддавливания сильфонных вытеснителей 33 (34), равное 0,5 кГс/см², при этом давление в шар-баллонах 22 аналогично прототипу, равно 350 кГс/см². Установка насосов 13 (14) позволяет обеспечивать давление подачи топлива 7, аналогично прототипу, равное 20 кГс/см² при давлении в топливном баке 1(2), равном 0,5 кГс/см² (в прототипе 20 кГс/см²).In the proposed fuel supply system, the system of pressurization 12 of the fuel tanks 1 (2) is configured by means of gas reducers 29 (300 to a pressure of squeezing the bellows displacers 33 (34) equal to 0.5 kG / cm ² , while the pressure in the balloons 22 is similar to the prototype , equal to 350 kgf / cm ^2. Installation of pumps 13 (14) allows to provide a fuel supply pressure of 7, similar to the prototype, equal to 20 kgf / cm ² with a pressure in the fuel tank 1 (2) equal to 0.5 kgf / cm ² (in prototype 20 kgf / cm ² ).

Таким образом, в предлагаемой системе подачи топлива имеем давление наддува топливного бака 1(2) в 40 раз меньше, чем в прототипе, следовательно, объем гелия, потребный для вытеснения (поддавливания) посредством сильфонных вытеснителей 33 (34) топлива из баков 1(2), равен 2,5 л при давлении хранения 350 кГс/см². Шар-баллон из материала титан ВТ14 объемом 2,5 л при давлении 350 кГс/см² весит 1,5 кГ. Турбонасос 13 (14), устанавливаемый в предлагаемой системе подачи вместе с приводом, весит около 2 кГ. Также очевидно, что топливный бак 1 (2), работающий под избыточным давлением 0,5 кГс/см² (в прототипе 20 кГс/см²), значительно легче топливного бака, применяемого в известной системе подачи (прототипе), что подтверждает выполнение поставленной задачи.Thus, in the proposed fuel supply system, we have the boost pressure of the fuel tank 1 (2) 40 times less than in the prototype, therefore, the amount of helium required to displace (press) by means of bellows displacers 33 (34) of fuel from tanks 1 (2) ), equal to 2.5 l at a storage pressure of 350 kgf / cm ² . A balloon balloon made of titanium VT14 material with a volume of 2.5 l at a pressure of 350 kgf / cm ² weighs 1.5 kg. A turbopump 13 (14), installed in the proposed supply system together with the drive, weighs about 2 kg. It is also obvious that the fuel tank 1 (2), operating under an overpressure of 0.5 kG / cm ² (in the prototype 20 kG / cm ² ), is much lighter than the fuel tank used in the known supply system (prototype), which confirms the fulfillment of the set tasks.

Claims

The fuel supply system of the propulsion system of a spacecraft containing fuel tanks, the hydraulic cavities of which are connected to the manifolds for supplying fuel to jet engines with fuel supply lines, shut-off valves and the system of pressurizing fuel tanks, characterized in that it is equipped with pumps installed in sections of the fuel supply lines between fuel tanks and shutoff valves separating the hydraulic cavities of the fuel tanks from the reactive fuel supply manifolds x engines, wherein the fuel supply on highways in front of each pump is set low pressure switch, and the output of the pump - high pressure alarm, said alarm is electrically connected with a pressure pump automatic fuel feeding system control unit.