Система наддува топливных баков двигательной установки космического летательного аппарата

Система наддува топливных баков двигательной установки космического летательного аппарата

Реферат

 

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, газовые редукторы и обратные клапаны, установленные в пневмомагистралях низкого и высокого давления соответственно пускоотсечные клапаны. В состав системы введен дополнительный бортовой компрессор. Вход в него подключен к пневмомагистралям низкого давления после газового редуктора, а выход подключен к пневмомагистралям высокого давления. Непосредственно на выходе из каждого бортового компрессора последовательно установлены сигнализатор высокого давления и обратный клапан. После газовых редукторов установлен сигнализатор низкого давления. Указанные сигнализаторы электрически связаны с блоком автоматического управления компрессорной системой перекачки газа. Изобретение позволяет обеспечить повышение живучести и надежности системы наддува топливных баков двигательной установки в процессе эксплуатации. 1 ил.

Изобретение относится к космической технике, а точнее к проектированию и эксплуатации 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 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 ко входам двигателей.

Известны системы наддува топливных баков горючего и окислителя двигательной установки космического летательного аппарата (см., например, Т.М. Мелькумов и др. "Ракетные двигатели", изд. "Машиностроение". M., 1976 г., c. 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, кл. F 02 K 9/44, N 2109975 от 27.04.1998 г.), выбранная в качестве прототипа.

Система содержит бортовой компрессор, связанный пневмомагистралями высокого и низкого давления соответственно с баллонами наддува и газовыми полостями топливных баков, газовые редукторы, установленные в каждой пневмомагистрали низкого давления, обратные клапаны, установленные в каждой пневмомагистрали высокого давления, и пускоотсечные клапаны. 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 случае аварийного выхода из строя бортового компрессора, например, при разгерметизации контейнера, в котором размещен бортовой компрессор, или прорыве мембраны компрессора, система наддува теряет возможность многоразовой перекачки газа из газовых полостей топливных баков в баллоны наддува.

Недостатком системы прототипа является низкие живучесть и надежность при аварийном выходе из строя бортового компрессора.

Задачей настоящего изобретения является создание системы наддува топливных баков ДУ КЛА, которая обладала бы повышенной живучестью и надежностью в случае аварийного выхода из строя бортового компрессора в условиях космического полета.

Сущность изобретения заключается в том, что в систему наддува топливных баков ДУ КЛА, содержащую бортовой компрессор, связанный пневмомагистралями высокого и низкого давления соответственно с баллонами наддува и газовыми полостями топливных баков, газовые редукторы, установленные в каждой пневмомагистрали низкого давления, обратные клапаны, установленные в каждой пневмомагистрали высокого давления, и пускоотсечные клапаны, введен дополнительный бортовой компрессор, вход в который подключен к пневмомагистралям низкого давления после газового редуктора, а выход из дополнительного бортового компрессора подключен к пневмомагистралям высокого давления, причем непосредственно на выходе из каждого бортового компрессора последовательно установлены сигнализатор высокого давления и упомянутый обратный клапан, а на пневмомагистралях низкого давления после газовых редукторов установлен сигнализатор низкого давления, при этом указанные сигнализаторы давления электрически связаны с блоком автоматического управления компрессорной системой перекачки газа.

Технический результат заключается в том, что по сравнению с известными техническими решениями, вновь созданная система наддува топливных баков ДУ КЛА обеспечивает не только высокую надежность работы системы, но и увеличивает ресурс работы и живучесть системы наддува в случае аварийного выхода из строя основного бортового компрессора, что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения.

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, использующей дополнительный бортовой компрессор при эксплуатации данной системы.

Суть изобретения поясняется чертежом, на которой обозначена система наддува, состоящая из бортового компрессора 1, связанного пневмомагистралями 2, 3 высокого давления и пневмомагистралей 4, 5 низкого давления соответственно с баллонами наддува 6, 7 и газовыми полостями 8, 9 топливных баков 10, 11 горючего и окислителя, газовых редукторов 12, 13, установленных в каждой пневмомагистрали низкого давления 4, 5, обратных клапанов 14, 15, установленных в каждой пневмомагистрали высокого давления 2, 3, и, пускоотсечных клапанов 16, 17, и 18, 19. В состав системы наддува топливных баков 10, 11 введен дополнительный бортовой компрессор 20, вход 21 в который подключен к пневмомагистралям высокого давления 2, 3. Непосредственно на выходе 22 из дополнительного бортового компрессора 20 и на выходе 23 из основного бортового компрессора 1 последовательно установлены соответственно сигнализатор высокого давления 24, 25 и упомянутый обратный клапан 14, 15. На пневмомагистралях низкого давления 4, 5 после газовых редукторов 12, 13 установлен сигнализатор низкого давления 26. Сигнализаторы давления 24, 25 и 26 электрически связаны с блоком автоматического управления 27 компрессорной системой перекачки газа.

Работает система наддува топливных баков ДУ КЛА в режиме перекачки газа, например, газообразного азота из газовых полостей 8, 9 топливных баков 10, 11 горючего и окислителя в баллоны наддува 6, 7 следующим образом.

Перед включением компрессора 1 в работу открывают пускоотсечные клапаны 16, 17 и 18, 19, и после пуска компрессора 1 производят откачку газа из газовых полостей 8, 9 топливных баков 10, 11 и закачку его с высоким давлением через пневмомагистрали высокого давления 2, 3 в соответствующие газовые баллоны 6, 7 затем закрывают пускоотсечные клапаны 16, 17, 18, 19.

Таким образом, система наддува приводится в исходное рабочее состояние, готовое к заправке баков 10, 11 горючим и окислителем от космического заправщика. Заправку топливом баков горючего и окислителя 10, 11 производят от соответствующих баков, расположенных на космическом заправщике, который периодически запускается с Земли и доставляет на КЛА топливо для реактивных двигателей 28 двигательной установки.

Выдавливание и подачу топлива к РД 28 из баков 10, 11 горючего и окислителя производят посредством подачи газа из баллонов наддува 6, 7 в газовые полости 8, 9 по пневмомагистралям 29, 30, каждая из которых содержит последовательно установленные пускоотсечные клапаны 31, 32, газовые редукторы 33, 34 и обратные клапаны 35, 36.

При аварийном выходе из строя (отказе в работе) основного компрессора 1 во время перекачки газа прекращается подача (нагнетание, газа в пневмомагистрали высокого давления 2, 3 и по сигналам от сигнализаторов давления 25 и 26 блок автоматического управления 27 отключает подачу электроэнергии на двигатель компрессора 1 и одновременно включает в работу дополнительный бортовой компрессор 20, который продолжает перекачку газа в баллоны наддува 6, 7 до заданного (исходного) давления в них.

Установка обратных клапанов 14, 15 непосредственно на выходе 22, 23 из компрессоров 1, 20 позволяет исключить заброс газа в компрессор 20 при работе компрессора 1 и наоборот, а установка сигнализаторов высокого давления 24, 25 непосредственно 22, 23 компрессоров 1, 20 до обратного клапана 14, 15 обеспечивает фиксирование давления непосредственно на выходе из компрессора, а не давление в баллонах наддува, что позволяет мгновенно отследить прекращение работы компрессора при его аварийном отказе. Установка сигнализатора низкого давления 26 после газовых редукторов 12, 13 обеспечивает фиксирование минимально допустимого давления на входе в компрессор 1, 20. Таким образом, введение в состав системы наддува дополнительного бортового компрессора 20, вход 21 в который подключен к пневмомагистралям низкого давления 4, 5 после газового редуктора 12, 13, а выход 22 из него подключен к пневмомагистралям высокого давления 2, 3 и размещение последовательно сигнализаторов высокого давления 24, 25 и обратных клапанов 14, 15 непосредственно на выходе 22, 23 из бортовых компрессоров 1, 20, а также электрическая связь всех сигнализаторов с блоком автоматического управления 27 компрессорной системой перекачки газа, обеспечивает повышение живучести и надежности системы наддува топливных баков ДУ КЛА в процессе полета на орбите Земли, что обеспечивает выполнение поставленной задачи.

Формула изобретения

Система наддува топливных баков двигательной установки космического летательного аппарата, содержащая бортовой компрессор, связанный пневмомагистралями высокого и низкого давления соответственно с баллонами наддува и газовыми полостями топливных баков, газовые редукторы, установленные в каждой пневмомагистрали низкого давления, обратные клапаны, установленные в каждой пневмомагистрали высокого давления, и пускоотсечные клапаны, отличающаяся тем, что в ее состав введен дополнительный бортовой компрессор, вход в который подключен к пневмомагистралям низкого давления после газового редуктора, а выход из дополнительного бортового компрессора подключен к пневмомагистралям высокого давления, причем непосредственно на выходе из каждого бортового компрессора последовательно установлены сигнализатор высокого давления и упомянутый обратный клапан, а на пневмомагистралях низкого давления после газовых редукторов установлен сигнализатор низкого давления, при этом указанные сигнализаторы давления электрически связаны с блоком автоматического управления компрессорной системой перекачки газа.

РИСУНКИ

Рисунок 1