RU2293665C1 - Fuel tank - Google Patents

Fuel tank Download PDF

Info

Publication number
RU2293665C1
RU2293665C1 RU2005117509/11A RU2005117509A RU2293665C1 RU 2293665 C1 RU2293665 C1 RU 2293665C1 RU 2005117509/11 A RU2005117509/11 A RU 2005117509/11A RU 2005117509 A RU2005117509 A RU 2005117509A RU 2293665 C1 RU2293665 C1 RU 2293665C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
partition
fuel
intake
fuel tank
capillary
Prior art date
Application number
RU2005117509/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Владимирович Владимиров (RU)
Александр Владимирович Владимиров
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр им. М.В. Хруничева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр им. М.В. Хруничева" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр им. М.В. Хруничева"
Priority to RU2005117509/11A priority Critical patent/RU2293665C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2293665C1 publication Critical patent/RU2293665C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/40Weight reduction

Landscapes

  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

FIELD: aerospace engineering.
SUBSTANCE: invention relates to fuel tanks of spacecraft operating at zero-G and when changing from zero-G to G-loads. Proposed fuel tank has housing with intake and drain holes and cross partition hermetically fastened on housing walls. Partition is depressed in direction of intake hole, and hole with permeable element is made in its central part. According to invention, in peripheral part of said partition additional holes are made with fitted-in permeable elements. All permeable elements are made in form of capillary-porous elements of foamed metal based on corrosion-resistant metal or alloy. Capillary-porous element of central hole is arranged in cylindrical shell. The latter has solid base in lower part pointed to intake hole, and is provided with side ports at this base. Partition can be arranged in area of intake hole.
EFFECT: provision of stable repeated starting of engine plant of spacecraft at zero-G, reduced weight of fuel tank.
2 dwg

Description

Изобретение относится к ракетно-космической технике, в частности к топливным бакам космических аппаратов (КА), работающим в условиях невесомости и переходе от невесомости к перегрузкам.The invention relates to rocket and space technology, in particular to the fuel tanks of spacecraft (SC), operating in zero gravity and the transition from zero gravity to overloads.

Из патентной литературы известен топливный бак, содержащий корпус с заборным и дренажным отверстиями и герметично закрепленную на стенках корпуса бака вогнутую в сторону заборного отверстия поперечную перегородку с выполненным в центральной ее части отверстием с проницаемым элементом (см., например, патент Англии №2109760, кл. B 64 G 1/40, F 02 K 9/50, оп. 06.06.83 г.).A fuel tank is known from the patent literature, comprising a housing with an intake and drainage openings and a transverse partition with an opening with a permeable element concave towards the intake opening and tightly fixed to the walls of the tank housing (see, for example, England Patent No. 2109760, class B 64 G 1/40, F 02 K 9/50, op. 06/06/83).

В результате перегрузок, воздействующих на топливо в условиях невесомости, например существенных импульсов перегрузок, возникающих при работе системы ориентации, коррекции траектории полета, механических ударах (стыковка) и т.д., целостность топлива нарушается, и топливо, перемещаясь по всему объему топливного бака, перемешивается с газом наддува и к заборному отверстию подходит с пузырьками газа наддува, что вредно отражается на работе двигателей. По предотвращению вышеуказанного приоритет за способом ориентации топлива, основанном на действии сил поверхностного натяжения, использовании капиллярного эффекта.As a result of overloads affecting the fuel under zero gravity conditions, for example, significant impulses of overloads arising from the operation of the orientation system, correction of the flight path, mechanical shocks (docking), etc., the integrity of the fuel is violated, and the fuel, moving throughout the fuel tank mixes with boost gas and approaches the intake opening with bubbles of boost gas, which adversely affects the operation of engines. To prevent the above, priority is given to the method of orientation of the fuel, based on the action of surface tension forces, the use of the capillary effect.

Основной недостаток известного решения - топливо удерживается в зоне заборного отверстия и на проницаемых элементах в виде мелкоячеистых сит или сеток при воздействии знакопеременных ускорений только при отсутствии расхода из бака или при очень малых расходах, в небольшом диапазоне частот эффективной работы, а также низкая механическая прочность, значительный вес и грязеемкость. Например, сетки вообще плохо держат вибрацию вследствие того что не являются объемной структурой и не обладают разветвленной структурой легко контролируемого порового пространства.The main disadvantage of the known solution is that the fuel is held in the area of the intake opening and on permeable elements in the form of fine-mesh sieves or grids when exposed to alternating accelerations only in the absence of flow from the tank or at very low flow rates, in a small frequency range of efficient operation, as well as low mechanical strength, significant weight and dirt capacity. For example, grids generally do not hold vibration well due to the fact that they are not a volumetric structure and do not have a branched structure of an easily controlled pore space.

Эффективная работа сетки возможна лишь на малых частотах (до 30 Гц).Effective grid operation is possible only at low frequencies (up to 30 Hz).

Задачей настоящего изобретения является создание топливного бака с техническим результатом в виде повышения надежности работы, т.е. подачи топлива из топливного бака в двигательную установку без газовых включений, что позволяет обеспечить устойчивый многократный запуск двигательной установки из режима невесомости, снижение веса топливного бака, а также расширение арсенала технических средств данного назначения.The objective of the present invention is to provide a fuel tank with a technical result in the form of increased reliability, i.e. supplying fuel from the fuel tank to the propulsion system without gas inclusions, which allows for stable multiple start-up of the propulsion system from zero gravity, reducing the weight of the fuel tank, and also expanding the arsenal of technical equipment for this purpose.

Решение данной задачи заключается в том, что в топливном баке, содержащем корпус с заборным и дренажным отверстиями и герметично закрепленную на стенках корпуса бака вогнутую в сторону заборного отверстия поперечную перегородку с выполненным в центральной ее части отверстием с проницаемым элементом, в соответствии с изобретением в перегородке в периферийной ее части выполнены дополнительные отверстия с установленными в них проницаемыми элементами в виде капиллярно-пористых элементов из пенометалла на основе коррозионно-стойкого металла или сплава, капиллярно-пористые элементы центрального отверстия размещены в цилиндрической обечайке, а последняя в нижней части снабжена сплошным основанием и выполнена у этого основания с боковыми окнами. При этом перегородка предпочтительно размещена в районе заборного отверстия.The solution to this problem lies in the fact that in the fuel tank containing a housing with intake and drainage holes and hermetically fixed to the walls of the tank body, a transverse bent concave towards the intake hole with a hole made in its central part with a permeable element, in accordance with the invention in the partition in its peripheral part, additional holes are made with permeable elements installed in them in the form of capillary-porous foam metal elements based on a corrosion-resistant metal alla or alloy, capillary-porous elements of the central hole are placed in a cylindrical shell, and the last in the lower part is equipped with a solid base and made at this base with side windows. In this case, the partition is preferably located in the area of the intake opening.

Далее изобретение поясняется более подробно с использованием чертежей, где на фиг.1 изображен топливный бак с одной перегородкой, на фиг.2 показано заполнение бака примерно на 1/3 объема, когда смещение его центра масс при действии боковых возмущающих перегрузок существенно и опасно, а топливный бак показан в двух случаях: без перегородки и с перегородкой.The invention is further explained in more detail using the drawings, in which Fig. 1 shows a fuel tank with one partition, Fig. 2 shows the filling of the tank by about 1/3 of the volume when the displacement of its center of mass under the action of lateral disturbing overloads is significant and dangerous, and The fuel tank is shown in two cases: without a partition and with a partition.

Топливный бак (фиг.1) содержит корпус 1 с заборным 2 и дренажным 3 отверстиями и хотя бы одну (хотя может быть и несколько) герметично крепящуюся к стенкам бака для предотвращения перетекания топлива в пристеночных областях перегородку 4 в форме усеченного конуса, делящую внутреннюю полость бака на отдельные секции 5 и 6. В центральной части перегородки 4 располагается пенометалл 7, заключенный в цилиндрическую обечайку 8. На периферийной части боковой стенки усеченного конуса (перегородки) выполнены отверстия 9 для периферийного дренажа газа наддува из-под перегородки, все-таки просачивающегося (возможно) под перегородку. Стенки усеченного конуса (перегородки) для уменьшения недозабора топлива выполнены практически сплошными, за исключением дренажных отверстий 9, и наклонными к центральной осевой части (выполнены вогнутыми в сторону нижнего днища или в сторону заборного отверстия). Нижнее основание 10 цилиндрической обечайки (основание, обращенное к заборному отверстию) выполнено также сплошным для защиты пенометалла от гидроудара и усталостных напряжений, возникающих под воздействием знакопеременных нагрузок по продольной оси космического аппарата. Отверстие 11 в цилиндрической обечайке 8 служит для проникновения топлива из полости 5 в капилляры пенометалла 7. Проникновение топлива в капилляры пенометалла 7 из полости 6 происходит через одно или несколько окон 12 обечайки 8. Поток топлива через окна 12 перпендикулярен продольной оси топливного бака. Отверстия на периферии конуса перегородки также закрыты пенометаллом.The fuel tank (Fig. 1) contains a housing 1 with an intake 2 and a drainage 3 holes and at least one (although there may be several) hermetically attached to the walls of the tank to prevent the flow of fuel in the wall areas of the partition 4 in the form of a truncated cone, dividing the internal cavity the tank into separate sections 5 and 6. In the central part of the partition 4 there is a foam metal 7 enclosed in a cylindrical shell 8. On the peripheral part of the side wall of the truncated cone (partitions), openings 9 are made for peripheral gas drainage Adduv from under the partition, still seeping (possibly) under the partition. The walls of the truncated cone (partitions) to reduce fuel under-intake are made almost continuous, with the exception of drainage holes 9, and inclined to the central axial part (made concave towards the bottom of the bottom or towards the intake hole). The lower base 10 of the cylindrical shell (the base facing the intake hole) is also solid to protect the foam metal from water hammer and fatigue stresses arising under the influence of alternating loads along the longitudinal axis of the spacecraft. The hole 11 in the cylindrical shell 8 serves for the penetration of fuel from the cavity 5 into the capillaries of the foam metal 7. The penetration of the fuel into the capillaries of the foam 7 from the cavity 6 occurs through one or more windows 12 of the shell 8. The fuel flow through the windows 12 is perpendicular to the longitudinal axis of the fuel tank. The holes on the periphery of the partition cone are also closed with foam metal.

Топливный бак с внутренней перегородкой работает следующим образом.The fuel tank with an internal partition works as follows.

Перед работой двигательной установки на старте топливный бак содержит топливо (в нижней части бака) и газ наддува (в верхней части бака). При работе маршевого двигателя возникающая перегрузка создает гидростатическое давление топлива, намного превышающее капиллярное давление в капиллярах пенометалла 7, находящегося во внутренней перегородке 4 топливного бака. Пенометалл 7 не удерживает поток топлива, и топливо проникает из полости 5 в полость 6. В момент прекращения работы маршевого двигателя топливо, обладающее значительной кинетической энергией, под действием сил инерции из полости 6 стремится переместиться в полость 5. При возникающем вследствие этого гидроударе часть кинетической энергии топлива гасится на сплошной части перегородки и сплошном нижнем основании цилиндрической обечайки перегородки, а другая часть - на пенометалле, т.к. пенометалл, обладая специфической сетчато-ячеистой объемной структурой высокой капиллярной пористости, гасит значительную часть энергии топлива. Поэтому в полость бака 5 попадает незначительная часть топлива, не обладающего большой кинетической энергией.Before starting the engine, the fuel tank at the start contains fuel (at the bottom of the tank) and boost gas (at the top of the tank). During the operation of the main engine, the overload that occurs creates a hydrostatic pressure of the fuel, much higher than the capillary pressure in the capillaries of the foam metal 7 located in the inner partition 4 of the fuel tank. Foam metal 7 does not retain the flow of fuel, and fuel penetrates from cavity 5 into cavity 6. At the time of the marching engine shutdown, fuel with significant kinetic energy tends to move into cavity 5 under the action of inertia forces from cavity 6. When a hydraulic shock arises as a result of this, part of the kinetic fuel energy is extinguished on the solid part of the partition and the solid lower base of the cylindrical shell of the partition, and the other part on the foam metal, because foam metal, having a specific mesh-cell volumetric structure of high capillary porosity, extinguishes a significant part of the fuel energy. Therefore, an insignificant part of the fuel that does not have large kinetic energy enters the cavity of the tank 5.

В невесомости на топливный бак действуют малые перегрузки от работы двигателей стабилизации, ориентации и коррекции, которые вызывают изменение положения зеркала топлива, стремящегося установиться перпендикулярно действующим перегрузкам. Величины этих перегрузок на несколько порядков меньше, чем перегрузки по оси космического аппарата при работе маршевого двигателя. Гидростатическое давление, возникающее вследствие таких перегрузок, меньше капиллярного давления в капиллярах пенометалла 7, и проницаемая часть перегородки удерживает топливо, не давая зеркалу устанавливаться перпендикулярно действующим перегрузкам, тем самым сохраняя центр масс топливного бака на продольной оси космического аппарата и обеспечивая нормальный (без пузырьков газа) забор топлива на управляющие двигатели.In zero gravity, small overloads from the operation of stabilization, orientation and correction engines act on the fuel tank, which cause a change in the position of the fuel mirror, which tends to be established perpendicular to the existing overloads. The magnitude of these overloads is several orders of magnitude less than the overloads along the axis of the spacecraft during the operation of the main engine. The hydrostatic pressure resulting from such overloads is less than the capillary pressure in the capillaries of the foam metal 7, and the permeable part of the baffle holds the fuel, preventing the mirror from being installed perpendicular to the acting overloads, thereby maintaining the center of mass of the fuel tank on the longitudinal axis of the spacecraft and ensuring normal (without gas bubbles) ) fuel intake for control engines.

В качестве коррозионно-стойкого металла или сплава для изготовления пенометалла, принимая в расчет необходимость малого удельного веса, высокой жесткости и коррозионной стойкости, рекомендуется применять Al, нихром, коррозионно-стойкую сталь.As a corrosion-resistant metal or alloy for the manufacture of foam metal, taking into account the need for low specific gravity, high rigidity and corrosion resistance, it is recommended to use Al, nichrome, corrosion-resistant steel.

Таким образом, технический результат достигается в результате того, что:Thus, the technical result is achieved as a result of the fact that:

- есть отличные капиллярные свойства, обусловленные однородностью строго регламентируемой сетчато-ячеистой трехмерной структуры порового пространства, ее объемностью, наличием канальной пористости, высокой пористостью (95%), которая обеспечивает малый удельный вес, малое гидравлическое сопротивление, большую емкость, повышенный коэффициент извилистости пор, возрастающий при пористости свыше 90%. Причем пористость равномерна по объему и легко контролируется;- there are excellent capillary properties due to the uniformity of the strictly regulated mesh-cellular three-dimensional structure of the pore space, its volume, the presence of channel porosity, high porosity (95%), which provides a low specific gravity, low hydraulic resistance, large capacity, and an increased pore tortuosity coefficient, increasing with porosity over 90%. Moreover, the porosity is uniform in volume and is easily controlled;

- высокая коррозионная стойкость, высокая жесткость при малом удельном весе.- high corrosion resistance, high rigidity with low specific gravity.

Обладая объемностью поровой структуры, сложной конфигурацией поровых каналов, как то: их сужение, расширение, влияющее на капиллярное давление, изменение направления и разветвление, наличие острых кромок, пенометалл разбивает поток топлива, возникающий при переходе от невесомости к перегрузкам на микропотоки. При этом происходит значительная диссипация энергии движущегося жидкого компонента. Большая плотность поверхности капиллярных каналов, пенометалла (благодаря 95% объема пустот) положительно влияет на диссипацию энергии топлива. Кинетическая энергия топлива расходуется на преодоление капиллярных сил, возникающих в капиллярах пенометалла. В результате этого снижается гидродинамическое воздействие топлива на стенки бака, уменьшая смещение центра масс топливного бака с продольной оси космического аппарата. В условиях невесомости пенометалличеекая часть перегородки бака, за счет капиллярного эффекта, не позволяет топливу перемещаться по всему объему топливного бака и смещать центр масс с продольной оси космического аппарата.Having the volume of the pore structure, the complex configuration of the pore channels, such as their narrowing, expansion, affecting capillary pressure, change of direction and branching, the presence of sharp edges, foam metal breaks the fuel flow that occurs during the transition from zero gravity to overloads into microflows. In this case, a significant dissipation of the energy of the moving liquid component occurs. The high surface density of capillary channels, foam metal (due to 95% of the volume of voids) positively affects the dissipation of fuel energy. The kinetic energy of the fuel is spent on overcoming the capillary forces arising in the capillaries of the foam metal. As a result of this, the hydrodynamic effect of fuel on the tank walls is reduced, decreasing the displacement of the center of mass of the fuel tank from the longitudinal axis of the spacecraft. Under zero gravity conditions, the foam-metal part of the tank’s partition, due to the capillary effect, does not allow fuel to move throughout the entire volume of the fuel tank and shift the center of mass from the longitudinal axis of the spacecraft.

Claims (2)

1. Топливный бак, содержащий корпус с заборным и дренажным отверстиями и герметично закрепленную на стенках корпуса бака вогнутую в сторону заборного отверстия поперечную перегородку с выполненным в центральной ее части отверстием с проницаемым элементом, отличающийся тем, что в периферийной части перегородки выполнены дополнительные отверстия с установленными в них проницаемыми элементами, все проницаемые элементы выполнены в виде капиллярно-пористых элементов из пенометалла на основе коррозионно-стойкого металла или сплава, капиллярно-пористый элемент центрального отверстия размещен в цилиндрической обечайке, а последняя в нижней части снабжена сплошным основанием, обращенным к заборному отверстию, и выполнена у этого основания с боковыми окнами.1. A fuel tank, comprising a housing with an intake and drainage holes and a hermetically sealed transverse partition wall concave toward the intake opening with an opening with a permeable element in its central part, characterized in that additional openings are made in the peripheral part of the partition with installed they are permeable elements, all permeable elements are made in the form of capillary-porous elements of foam metal based on a corrosion-resistant metal or alloy, capillaries Jarno-porous member disposed in the central opening of the cylindrical shell, and the latter in the lower part is provided with a solid base facing to the intake hole, and is formed at the base of the side windows. 2. Топливный бак по п.1, отличающийся тем, что перегородка размещена в районе заборного отверстия.2. The fuel tank according to claim 1, characterized in that the partition is located in the area of the intake opening.
RU2005117509/11A 2005-06-08 2005-06-08 Fuel tank RU2293665C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005117509/11A RU2293665C1 (en) 2005-06-08 2005-06-08 Fuel tank

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005117509/11A RU2293665C1 (en) 2005-06-08 2005-06-08 Fuel tank

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2293665C1 true RU2293665C1 (en) 2007-02-20

Family

ID=37863401

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005117509/11A RU2293665C1 (en) 2005-06-08 2005-06-08 Fuel tank

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2293665C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2641022C2 (en) * 2016-05-25 2018-01-15 Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва" Missile upper stage
RU2788537C1 (en) * 2022-05-05 2023-01-23 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Capillary device for taking fuel from an aircraft tank

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ПОЛУХИН Д.А., ОРЕЩЕНКО В.М., МОРОЗОВ В.А. Отработка пневмогидросистем двигательных установок ракет-носителей и космических аппаратов. - М.: Машиностроение, 1987, с.25, рис.1.10. Конструкция и проектирование космических летательных аппаратов. Н.И.ПАНИЧКИН, Ю.В.СЛЕПУШКИН, В.П.ШИНКИН, Н.А.ЯЦЫНИН. Учебник для средних специальных учебных заведений. - М.: Машиностроение, 1986, с.301, рис.23., 10 б. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2641022C2 (en) * 2016-05-25 2018-01-15 Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва" Missile upper stage
RU2788537C1 (en) * 2022-05-05 2023-01-23 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Capillary device for taking fuel from an aircraft tank

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9607601B2 (en) Underwater noise abatement panel and resonator structure
Brandner et al. Design considerations in the development of a modern cavitation tunnel
RU2293665C1 (en) Fuel tank
CA1081871A (en) Pressure suppression apparatus of a nuclear power plant
KR101538866B1 (en) Tank for storing fluid
CA2606976C (en) Preloaded one-way valve accumulator
CN108082764A (en) A kind of fluid reservoir and its force calculation method with two-double cylinder grid
US8690000B2 (en) Cryogenic tank and space launcher including such a tank
US20160379724A1 (en) Part including vibration mitigation device(s), nuclear reactor pressure vessel assembly including the part, and methods of manufacturing thereof
SU1036256A3 (en) Support arrangement for supplying heat carrier circulation system
KR20090052064A (en) Device to attenuate the fluid-sloshing in a tank and rocket using the same
JP2006264596A (en) Floating body unit and floating body type aseismatic structure
FI63356C (en) ANALYZING VIDEO FILLING FOR THREADED GASKETS
RU2657137C2 (en) Fuel tank and its intake device
KANA et al. Longitudinal vibration of a model space vehicle propellant tank.
JPH04208697A (en) Tank having shell capillary effect
KR101826682B1 (en) Anti-rolling tank with chamfers and a marine structure having the tank
RU2190565C2 (en) Cryogenic stage
JP7386124B2 (en) ship
AU2010235957A1 (en) An engine mounting arrangement
JP4314447B2 (en) Liquid receiving structure for low temperature liquefied gas tank
RU2248311C2 (en) Propellant tank
RU2059541C1 (en) Tank bank
RU2059190C1 (en) Stage of rocket
Dotson et al. Effects of unsteady pump cavitation on propulsion-structure interaction (POGO) in liquid rockets

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180609

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20200304

PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20210205