RU7088U1 - Топливный бак для хранения и подачи жидкого топлива в условиях невесомости - Google Patents

Abstract

1. Топливный бак для хранения и подачи жидкого топлива в условиях невесомости, включающий оболочку, заправочный и сливной штуцер, сетчатый топливный заборник, установленный соосно сливному штуцеру, меридионально расположенные капиллярные подающие элементы, установленные перпендикулярно друг другу на внутренней поверхности оболочки, и жесткие перегородки, равномерно установленные на внутренней поверхности оболочки между капиллярными подающими элементами во взаимно перпендикулярных направлениях вокруг заборника, отличающийся тем, что заборник выполнен в виде усеченного конуса, установленного меньшим основанием на внутренней поверхности оболочки бака, на большом основании которого и на свободных торцах перегородок установлено днище, при этом капиллярные подающие элементы выполнены в виде V-образных желобов, а размер ячеек сетки заборника выполнен увеличивающимся по направлению слива жидкости.2. Бак по п.1, отличающийся тем, что капиллярные подающие элементы установлены с зазором относительно внутренней поверхности оболочки.3. Бак по п.1, отличающийся тем, что V-образные желоба выполнены перфорированными.4. Бак по п.1, отличающийся тем, что днище выполнено сетчатым.5. Бак по п.1, отличающийся тем, что жесткие перегородки выполнены перфорированными.6. Бак по п.1, отличающийся тем, что заправочный и сливной штуцеры объединены.

Description

ТОПЛИВНЫЙ БАК ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И ПОДАЧИ ЖИДКОГО ТОПЛИВА В УСЛОВИЯХ НЕВЕСОМОСТИ

Полезная модель относится к области ракетно-космической техники, а именно к устройствам топливных баков для ракетных двигателей и может быть использовано в космических летательных аппаратах (КЛА) для подачи топлива в условиях невесомости.

Большинство современных КЛА. автоматических межпланетных станций (АМС). искусственных спутников Земли (ИСЗ) снабжено жидкостно-реактивными двигателями (ЖРД) и системой ориентации и стабилизации (СОИС). в которых в качестве рабочего тела используются жидкие компоненты топлива.

Траектории движения этих аппаратов характеризуются чередованием кратковременных участков работы ЖРД и СОИС и длительных участков пассивного полета, когда реализуются условия, близкие к невесомости. Поведение жидкости в этих условиях значительно отли,чается от ее поведения в нормальном силовом поле. Становятся существенным влияние сил поверхностного натяжения и эффектов смачивания на равновесную форму поверхности раздела жидкости и газа, на движение обеих фаз в баках. При включении двигателей коррекции орбиты или системы ориентации и стабилизации на состояние газо-жидкостной смеси в баках влияют также величины переменных ускорений, действующих на изделие. В некоторых случаях эти ускорения могут подавлять поверхностные эффекты, иногда влияние массовых сил и сил

о

поверхностного натяжения соизмеримо.

Так как циклограммы изменения ускорений, действующих в полете

на КЛА, достаточно сложные,положение газовой и жидкой фаз в баках часто бывает неопределенным, что затрудняет забор жидкости из баков для подачи потребителям (в двигатели коррекции и СОИС). Эти трудности обычно преодолеваются специальными системами обеспечения запуска (СОЗ) двигателей, с помощью которых можно управлять положением жидкой и газообразной фаз, создавать условия, необходимые для подачи однофазного сплошного потока жидкого топлива из баков к двигательной установке. СОЗ двигателей должны собирать и удерживать всю жидкость или ее часть в определенном районе баков .около магистралей слива, не допускать смешения жидкой и газовой фаз, сепарировать газовые включения из жидкости, гасить ее колебания, так чтобы при запуске двигателей не происходило оголения заборных устройств.

Известны топливные баки для КЛА, например, сферический бак с жесткой вытеснительной диафрагмой (см. Технология сборки и испытаний КА п/р И. Т. Белякова, 1990, М.. Машиностроение, стр.65), состоящий из двух полусфер с заправочными штуцерами и гибкой диафрагмы, выполненной из листового материала, которая разделяет газ и жидкость. Направленное перемещение диафрагмы обеспечивается благодаря ее переменной толщине.

Известная конструкция топливного бака обладает большой массой элементов, обеспечивающих разделение фаз, большими гидравлическими потерями и остатками топлива.

Более совершенными, свободными от названных недостатков и 1 энергетически более выгодными конструкциями для подачи из баков топлива с малыми расходами в условиях невесомости и при воздействии малых перегрузок являются топливные баки с капиллярными системами. Капиллярные СОЗ двигателей позволяют разделять жидкую и газообразную фазы в баке с помощью сил поверхностного натяжения. Они создают условия для гарантированного забора жидкости из бака в магистраль питания двигателей, обеспечивая их многократный запуск. Известен топливный бак для хранения жидкостей по з.ФРГ 3837137. 1990 г., B64G 1/42. содержащий капиллярный заборник топлива, направляющие желоба, проложенные по оболочке бака и закрепленные с заправочным и сливным штуцерами. Заборник выполнен в виде усеченного конуса и состоит из наружной стенки в форме усеченного конуса и .внутренней стенки также в форме усеченного конуса. Недостатком такого бака является сложная конструкция заборни- ка. Наиболее близкой по технической сущности конструкцией (прототип) можно считать, например, топливный бак по п. США N 3854905, 1974 г.. ВОЮ 53/00, НКИ 55-159, содержащий оболочку, заправочный и сливной штуцера, сетчатый топливный заборник. установленный со.осно сливному штуцеру, капиллярные подающие элементы, образующие систему перегородок,, установленных перпендикулярно друг другу на внутренней поверхности оболочки, между которыми также перпендикулярно друг другу установлены жесткие перегородки. Недостатком известного бака является наличие достаточно большого количества остатков топлива. Предлагаемая полезная модель направлена на достижение техни ческого результата, который заключается в уменьшении гидравлических потерь и остатков топлива. Указанный результат достигается тем, что в предлагаемом топливном баке для хранения и подачи жидкого топлива в услювиях невесомости, включающем оболочку, заправочный и сливной штуцер, сетчатый топливный заборник. установленный соосно сливному Штуцеру, меридианально расположенные капиллярные подающие элементы, установленные перпендикулярно друг другу на внутренней поверхности оболочки, и жесткие перегородки, равномерно установленные на внутренней поверхности оболочки между капиллярными подающими элементами во взаимно перпендикулярных направлениях вокруг заборника, заборник выполнен в виде усеченного конуса, установленного меньшим основанием на внутренней поверхности оболочки бака, на большом основании которого и на свободных торцах перегородок установлено днище, при этом капиллярные подающие элементы выполнены в виде V-образных желобов, а размер ячеек сетки заборника выполнен увеличивающимся по направлению слива жидкости. Для выравнивания уровней жидкости и радиусов кривизны поверхности подающей жидкости в обеих половинах V-образного желоба под действием капиллярных сил желоба установлены с зазором относительно внутренней поверхности оболочки ( 2 мм). V-образные желоба выполнены перфорированными. Также перфорированными выполнены жесткие перегородки, а днище выполнено сетчатым. Заправочный и сливной штуцера объединены в один заправочносливной штуцер.

tut . -. ...( t(, O&.-X «. .J,b.u/vsJ.V«.j4%.- ee-u i t-it ««.v;

Сущность предлагаемой полезной модели иллюстрирует чертеж на фиг. 1

На фиг.1 представлен общий вид топливного бака.

В топливном баке 1 с оболочкой 2 установлены заправочно-сливной 3 и наддувной 4 штуцера, жесткие перегородки 5, сетчатый конусный заборник 6, капиллярные подающие элементы 7, проложенные по оболочке бака, днище 8, силовая рама 9.

Предлагаемый топливный бак функционирует следующим образом.

Установленная в баке 1 система жестких перегородок 5 при любых эволюциях траекторий и переменных вследствие этого перегрузках собирает и перемещает жидкость к коническому сетчатому заборнику 6 за счет изменения сил поверхностного натяжения в сужающемся зазоре между ними. Для уменьшения массы и обеспечения перетекания жидкости в перегородках можно сделать ряд отверстий. Сеточный заборник удерживает жидкость за счет капиллярных сил и остается заполненным

жидкостью при всех эволюциях КЛА.

Сетчатый заборник препятствует прохождению газовых- включений в; топливный заборник. В целях уменьшения гидравлических потерь сетчатый заборник выполнен коническим, сужающимся по мере приближения к сливному штуцеру 3. Это позволяет перемещаться жидкости в сужающихся каналах между перегородками в район сливного штуцера под действием капиллярных сил. В случае попадания газовых включений в сетчатый заборник. газовый пузырь.будет располагаться в его части, противоположной сливному штуцеру. Размер ячеек сетки (или перфорированных отверстий в корпусе сетчатого заборника) определяется из условия превышения капиллярными силами величин потерь дав 0 -

-- „.;. :: .;:;.;-:/.;:; ч-,

ления (гидростатических и гидродинамических) по длине линии тока жидкости и при перетекании через сетку (отверстия). В случае применения жидкости с большим краевым углом смачивания (0 30 град.) для исключения невырабатываемых остатков жидкости и обеспечения почти- полной выработки жидкости и организации ее. сбора к капиллярному заборному устройству установлены капиллярные подающие элементы 7 в виде V-образныхжелобов с углом раскрытия не более 30 град., (см. вид Б фиг.1), исключающих как образование капель топлива по длине жёлоба, так и возможность образования больших капель между соседними капиллярными желобами. Для выравнивания уровней жидкости . и радиусов кривизны поверхности жидкости в обеих половинах V-образного капиллярного желоба, под действием капиллярных сил желоба установлены с зазором (примерно 2 мм) от оболочки бака 2.

Поверхность желобов перфорирована с целью тзамоперетекания топлива из капель, которые могут образовываться на их стенках. ,в угловые каналы желоба/

Для обеспечения нормальной работы и облегчения конструкции, по крайней мере, два из желобов могут быть укорочены.

Желоба для придания им большой жесткости могут быть объединены силовой рамой 9. ..

Для уменьшения гидравлических потерь при перемещении жидкости к перегородкам желоба жестко соединены с перегородками и образуют в зоне соединения и до сетчатогозаборнйка W -форму, . что увеличивает удерживающую способность системы перегородок.

Днище 8, установленное на большом основании конусного забор . « . - . -.

ника и на свободных торцах перегородок, позволяет предотвратить

- -е - ..-. :, . .. .

кумулятивные выбросы жидкости из заборника топлива.

Предлагаемый топливный бак позволяет вырабатывать топливо практически без остатков, увеличивает срок службы практически неограниченно, позволяет работать с агрессивными средам.

- 7 -

. I

i

Claims (6)

1. Топливный бак для хранения и подачи жидкого топлива в условиях невесомости, включающий оболочку, заправочный и сливной штуцер, сетчатый топливный заборник, установленный соосно сливному штуцеру, меридионально расположенные капиллярные подающие элементы, установленные перпендикулярно друг другу на внутренней поверхности оболочки, и жесткие перегородки, равномерно установленные на внутренней поверхности оболочки между капиллярными подающими элементами во взаимно перпендикулярных направлениях вокруг заборника, отличающийся тем, что заборник выполнен в виде усеченного конуса, установленного меньшим основанием на внутренней поверхности оболочки бака, на большом основании которого и на свободных торцах перегородок установлено днище, при этом капиллярные подающие элементы выполнены в виде V-образных желобов, а размер ячеек сетки заборника выполнен увеличивающимся по направлению слива жидкости.

2. Бак по п.1, отличающийся тем, что капиллярные подающие элементы установлены с зазором относительно внутренней поверхности оболочки.

3. Бак по п.1, отличающийся тем, что V-образные желоба выполнены перфорированными.

4. Бак по п.1, отличающийся тем, что днище выполнено сетчатым.

5. Бак по п.1, отличающийся тем, что жесткие перегородки выполнены перфорированными.

6. Бак по п.1, отличающийся тем, что заправочный и сливной штуцеры объединены.