RU2248311C2

RU2248311C2 - Propellant tank

Info

Publication number: RU2248311C2
Application number: RU2002113338/11A
Authority: RU
Inventors: М.Н. Ильин (RU); М.Н. Ильин; Л.Н. Кочергина (RU); Л.Н. Кочергина; С.П. Назаров (RU); С.П. Назаров; В.И. Калинин (RU); В.И. Калинин
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина"
Priority date: 2002-05-22
Filing date: 2002-05-22
Publication date: 2005-03-20
Also published as: RU2002113338A

Abstract

FIELD: spacecraft tanks for liquid and gaseous components under excessive pressure.

SUBSTANCE: proposed tank has thin-walled shell of revolution and load-bearing attachment member in form of rod piercing the shell. Ends of rod are provided with fittings for securing it to shell. Attachment is mainly made by welding. Ends of rods are also provided with flanges having attachment units for securing them to adjacent structural members of spacecraft. Hollow rod consists of two pipes inserted one in other and welded together. Body of rod has holes in lower and upper parts.

EFFECT: increased net volume of tank; enhanced reliability.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области космической техники, а именно к устройству топливных баков для хранения на борту космических аппаратов жидких и газообразных сред под избыточным давлением. Кроме хранения на борту космического аппарата топлива, топливные баки используются в конструктивных узлах, которые должны воспринимать и передавать значительные нагрузки, направление которых параллельно или близко к продольной оси космического аппарата.The invention relates to the field of space technology, namely, the device of fuel tanks for storage on board spacecraft of liquid and gaseous media under excess pressure. In addition to storing fuel on board the spacecraft, fuel tanks are used in structural units that must absorb and transmit significant loads, the direction of which is parallel or close to the longitudinal axis of the spacecraft.

Известен топливный бак космического назначения (см. И.Т.Беляков "Технология сборки и испытаний космических аппаратов", М.: Машиностроение, 1990, стр.65, 65), который выполнен в виде тонкостенной оболочки вращения. На его наружной поверхности размещены узлы крепления, выполненные в виде кронштейнов, и размещенные на оболочке емкости в одном ее поперечном сечении.A well-known fuel tank for space purposes (see ITBelyakov "Technology for assembly and testing of spacecraft", M .: Mashinostroenie, 1990, p. 65, 65), which is made in the form of a thin-walled shell of revolution. Mounting units made in the form of brackets and placed on the shell of the container in one cross section are placed on its outer surface.

Недостатком этого топливного бака является то, что он не предназначен для включения его в общую силовую схему: оболочка топливного бака работает только на восприятие внутреннего давления и не воспринимает и не передает продольные и близкие к этому направлению нагрузки.The disadvantage of this fuel tank is that it is not intended to be included in the general power circuit: the fuel tank shell only works on the perception of internal pressure and does not perceive and does not transmit longitudinal and close to this direction loads.

Этот недостаток частично устранен в конструкции топливного бака космического назначения (см. И.Т.Беляков "Технология сборки и испытаний космических аппаратов", М.: Машиностроение, 1990, стр.65, 65, рис.33). Топливный бак выполнен в виде тонкостенной оболочки вращения и снабжен узлами крепления в виде кронштейнов. Узлы крепления топливного бака разнесены по его высоте, с их помощью бак соединяется со смежными элементами конструкции космического аппарата.This disadvantage was partially eliminated in the design of a space fuel tank (see I.T. Belyakov, "Technology for Assembly and Testing of Spacecraft", Moscow: Mashinostroenie, 1990, p. 65, 65, Fig. 33). The fuel tank is made in the form of a thin-walled shell of revolution and is equipped with attachment points in the form of brackets. The attachment points of the fuel tank are spaced along its height, with their help the tank is connected to adjacent structural elements of the spacecraft.

Размещение кронштейнов крепления емкости разнесенными по высоте относительно продольной (вертикальной) оси бака обеспечивает восприятие и передачу оболочкой бака продольных или близких к этому нагрузок от смежных элементов конструкции космического аппарата. Однако масса такого топливного бака является большой.The placement of the tank mounting brackets spaced apart in height relative to the longitudinal (vertical) axis of the tank ensures that the shell of the tank receives and transfers longitudinal or close loads to it from adjacent structural elements of the spacecraft. However, the mass of such a fuel tank is large.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является топливный бак (емкость), описанный в патенте России на изобретение №2042873, МПК F 17 C 1/00, B 64 G 1/40, опубл. 27.08.95 г. Это техническое решение выбрано за прототип.The closest in technical essence and the achieved result to the proposed invention is the fuel tank (capacity) described in the Russian patent for invention No. 2042873, IPC F 17 C 1/00, B 64 G 1/40, publ. 08/27/95. This technical solution is selected as a prototype.

Известный топливный бак выполнен в виде тонкостенной оболочки вращения с расположенными на ее наружной поверхности узлами крепления, при этом емкость снабжена пронизывающим оболочку и скрепленным с ней силовым стержнем. Для скрепления с оболочкой на концах стержня выполнены два фитинга. Соединение оболочки с фитингами осуществляется сваркой. Узлы крепления представляют собой присоединенные к фитингам фланцы в форме кронштейнов. В случае необходимости фланцы могут быть снабжены дополнительными узлами для крепления смежных элементов конструкции космического аппарата.The well-known fuel tank is made in the form of a thin-walled shell of revolution with fastening nodes located on its outer surface, while the tank is equipped with a piercing shell and a power rod attached to it. For fastening with a sheath at the ends of the rod two fittings are made. The connection of the shell with fittings is carried out by welding. Fasteners are flanges in the form of brackets attached to the fittings. If necessary, the flanges can be equipped with additional nodes for mounting adjacent structural elements of the spacecraft.

Достоинством этой конструкции топливного бака является минимазация его массы, а также способность к восприятию и передаче значительных внешних нагрузок в направлении продольной оси.The advantage of this design of the fuel tank is to minimize its mass, as well as the ability to perceive and transmit significant external loads in the direction of the longitudinal axis.

Недостатками известной конструкции топливного бака является уменьшенная вместимость топливного бака из-за расположения внутри емкости силового стержня, а также недостаточная технологичность изготовления бака с расположенным внутри его стержнем.The disadvantages of the known design of the fuel tank is the reduced capacity of the fuel tank due to the location inside the capacity of the power rod, as well as the lack of manufacturability of the tank with a rod located inside it.

Технической задачей, решаемой настоящим изобретением, является увеличение объема топлива в баке при минимизации его массы и повышение технологичности его изготовления.The technical problem solved by the present invention is to increase the volume of fuel in the tank while minimizing its mass and increasing the manufacturability of its manufacture.

Поставленная задача решается за счет того, что топливный бак, как и в прототипе, содержит тонкостенную оболочку вращения и силовой элемент крепления, выполненный в виде стержня, пронизывающего оболочку, с фитингами для крепления оболочки и фланцами, на которых расположены узлы крепления со смежными элементами конструкции.The problem is solved due to the fact that the fuel tank, as in the prototype, contains a thin-walled shell of rotation and a power fastener made in the form of a rod penetrating the shell, with fittings for fastening the shell and flanges on which the fastening nodes with adjacent structural elements are located .

Заявленный топливный бак отличается от прототипа тем, что стержень выполнен полым с отверстиями, проделанными в его корпусе.The claimed fuel tank differs from the prototype in that the rod is made hollow with holes made in its body.

При этом указанный силовой стержень выполнен из двух труб, вставленных друг в друга, и сваренных между собой. Отверстия расположены в верхней и нижней частях стержня.Moreover, the specified power rod is made of two pipes inserted into each other, and welded together. The holes are located in the upper and lower parts of the shaft.

Выполнение топливного бака из тонкостенной оболочки в сочетании с полым стержнем, заполняемым жидким топливом, позволяет увеличить объем топлива, размещаемого в баке в сочетании с минимизацией массы топливного бака. Для обеспечения эффективного слива топлива из внутренней полости стержня во внутреннюю полость бака предусмотрены выполненные на корпусе стержня отверстия. Выполнение полого стержня сваренным из двух труб позволяет компенсировать деформации (изгиб) труб при сборке бака. При этом улучшается технологичность изготовления топливного бака.The implementation of the fuel tank from a thin-walled shell in combination with a hollow rod filled with liquid fuel, allows you to increase the amount of fuel placed in the tank in combination with minimizing the mass of the fuel tank. To ensure efficient drainage of fuel from the inner cavity of the rod into the inner cavity of the tank, openings are provided on the body of the rod. The implementation of a hollow rod welded from two pipes allows you to compensate for the deformation (bending) of the pipes when assembling the tank. This improves the manufacturability of the fuel tank.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими чертежами:The invention is illustrated by the following drawings:

фиг.1 - продольный разрез топливного бака, фиг.2 - сечение стержня топливного бака с отверстием,figure 1 is a longitudinal section of the fuel tank, figure 2 is a section of the rod of the fuel tank with a hole,

Топливный бак содержит тонкостенную оболочку вращения 1, выполненную из алюминиевого сплава типа АМГ-6, силовой стержень 2, внутри которого размещена внутренняя полость 3. В верхней и нижней части стержня выполнены отверстия 4. Стержень 2 может быть выполнен из двух труб 5 и 6, вставленных друг в друга и сваренных между собой (шов А - место сварки двух труб). На концах стержня выполнены два фитинга 7, соединенных с оболочкой 1 емкости. Соединение фитингов 7 с оболочкой 1 выполнено при помощи сварки. К фитингам 7 присоединены фланцы 8 для крепления топливного бака к смежным элементам конструкции космического аппарата. В случае необходимости фланцы могут быть снабжены дополнительными узлами для крепления смежных элементов конструкции космического аппарата.The fuel tank contains a thin-walled shell of revolution 1 made of aluminum alloy of the AMG-6 type, a power rod 2, inside which an internal cavity 3 is placed. Holes are made in the upper and lower parts of the rod 4. The rod 2 can be made of two pipes 5 and 6, inserted into each other and welded together (seam A - the place of welding of two pipes). At the ends of the rod there are two fittings 7 connected to the shell 1 of the tank. The fittings 7 are connected to the sheath 1 by welding. Flanges 8 are attached to fittings 7 for fastening the fuel tank to adjacent structural elements of the spacecraft. If necessary, the flanges can be equipped with additional nodes for mounting adjacent structural elements of the spacecraft.

Для заправки топливных баков жидкостью и газом используются заправочные штуцеры, не показанные на чертежах. Для обеспечения забора жидкости в космических условиях бак снабжается заборником, например, капиллярного типа. При заправке емкость заполняется жидкостью или газом не только внутри оболочки бака, но и внутри полости стержня 3. При уменьшении уровня топлива в баке жидкость из внутренней полости стержня вытекает через нижнее отверстие 4, при этом через верхнее отверстие во внутреннюю полость поступает газ наддува.Liquid and gas are used to fill fuel tanks with fuel nozzles not shown in the drawings. To ensure fluid intake in space conditions, the tank is equipped with a intake, for example, of a capillary type. When refueling, the tank is filled with liquid or gas not only inside the tank shell, but also inside the cavity of the rod 3. When the fuel level in the tank decreases, the liquid from the inner cavity of the rod flows out through the lower hole 4, while pressurization gas flows through the upper hole into the inner cavity.

Сборка топливного бака осуществляется в следующей последовательности.The fuel tank assembly is carried out in the following sequence.

Сначала оболочка 1 сваривается с фитингами и к ним привариваются фланцы. Затем трубы, образующие силовой стержень, вставляются друг в друга и свариваются с фитингами. После этого трубы свариваются друг с другом.First, the sheath 1 is welded to the fittings and flanges are welded to them. Then the pipes forming the power rod are inserted into each other and welded with fittings. After this, the pipes are welded together.

Проведенные расчеты показывают, что выполнение стержня полым с отверстиями позволяет увеличить объем заправляемого топлива на 5...10 кг при длине стержня бака порядка 1 м, обеспечить эффективный слив топлива из бака, а также упростить и улучшить технологию сборки топливного бака. Это позволяет увеличить запас характеристической скорости космического аппарата.The calculations show that the implementation of the hollow rod with holes allows you to increase the amount of fuel to be filled by 5 ... 10 kg with a tank rod length of about 1 m, to ensure efficient drainage of fuel from the tank, and to simplify and improve the technology of fuel tank assembly. This allows you to increase the stock of the characteristic speed of the spacecraft.

Claims

1. A fuel tank containing a thin-walled shell of revolution and a power fastening element in the form of a rod penetrating the shell, at the ends of which fittings are made for fastening, mainly by welding, shells and flanges with fasteners to adjacent structural members, characterized in that the rod is hollow of two pipes inserted into each other and welded together, moreover, holes were made in the body of the rod.

2. The fuel tank according to claim 1, characterized in that said holes are made in the upper and lower parts of the rod.