Емкость

 

Изобретение относится к космической технике, а именно к устройству емкостей для хранения на борту космических аппаратов жидких и газообразных сред под избыточным давлением. Задача изобретения разработка емкости для хранения жидких и газообразных сред на борту космического аппарата, способной к восприятию и передаче значительных внешних нагрузок в направлении, близком к продольной оси, в сочетании с минимальной массой. Емкость выполнена в виде тонкостенной оболочки 1 вращения с расположенными на ее наружной поверности разнесенными по высоте узлами 4 крепления, при этом емкость снабжена пронизывающим оболочку и скрепленным с ней силовым стержнем 2, на концах которого расположены узлы 4 крепления. 4 ил.

Изобретение относится к космической технике, а именно к устройству емкостей для хранения на борту космических аппаратов (КА) жидких и газообразных сред под избыточным давлением.

Такие емкости в космических аппаратах используются в конструктивных узлах, которые должны воспринимать и передавать значительные нагрузки, направление которых параллельно или близко к продольной оси КА.

Известна емкость космического назначения, которая выполнена в виде тонкостенной оболочки вращения. На ее наружной поверхности размещены узлы крепления, выполненные в виде кронштейнов и размещенные на оболочке емкости в одном ее поперечном сечении [1] Однако эта емкость не предназначена для включения ее в общую силовую схему: оболочка емкости работает только на восприятие внутреннего давления и не воспринимает и не передает продольные и близкие к этому направлению нагрузки.

Наиболее близкой к предлагаемой является емкость, выполненная в виде тонкостенной оболочки вращения и снабженная узлами крепления. Узлы крепления емкости разнесены по высоте емкости (с их помощью емкость соединяется со смежными элементами конструкции космического аппарата [2] Хотя размещение узлов крепления емкости (кронштейнов) разнесенными по высоте относительно ее продольной (вертикальной) оси и обеспечивает восприятие и передачу оболочкой емкости продольных или близких к этому нагрузок от смежных элементов конструкции КА, она не предназначена для передачи значительных сжимающих нагрузок, воспринимаемых верхним и нижним узлами крепления. Увеличение же толщины оболочки приводит к существенному повышению массы емкости. Это явление особенно критично для алюминиевых и титановых емкостей диаметром 0,8-1,5 м с толщиной оболочки 0,5-3 мм при передаче сжимающей нагрузки от верхнего узла крепления к нижнему порядка (2-9) х 10000 Н.

Технической задачей изобретения является разработка емкости для хранения жидких и газообразных сред на борту космического аппарата, способной к восприятию и передаче значительных внешних нагрузок в направлении, близком к продольной оси, в сочетании с минимальной массой.

Для этого известная емкость, выполненная в виде тонкостенной оболочки вращения с расположенными на ее наружной поверхности разнесенными по высоте узлами крепления, в соответствии с изобретением снабжена пронизывающим оболочку силовым стержнем. Стержень скреплен с оболочкой, на его концах расположены узлы крепления.

На фиг. 1 показана емкость для хранения жидкости сферической формы, продольный разрез; на фиг. 2 емкость для хранения жидкости цилиндрической формы, продольный разрез; на фиг. 3 узел I на фиг. 2; на фиг. 4 конструкция КА с использованием предложенной емкости.

Емкость состоит из тонкостенной оболочки 1 вращения. Оболочка емкости может быть выполнена из алюминиевого сплава типа АМг-6. Оболочка емкости снабжена пронизывающим ее стержнем 2. Стержень может быть выполнен в виде полой трубы, на концах которой выполнены два фитинга 3, скрепленные с оболочками емкостей. Соединение фитингов с оболочками выполняется сваркой. К фитингам прикреплены узлы крепления емкости к смежным элементам конструкции космического аппарата, выполненные в форме кронштейнов 4. В случае необходимости наружные поверхности емкостей могут быть снабжены дополнительными точками крепления (не показаны). В качестве материала стержня могут быть использованы материалы, аналогичные используемым в оболочках.

При использовании емкостей этого типа в качестве топливных баков космического аппарата 5 к верхним узлам крепления стержней крепится космический аппарат. Нижние узлы крепления стержней соединены с последней ступенью ракеты-носителя 6.

Для заправки жидкостью и газом емкости снабжаются заправочными штуцерами (не показаны). Для обеспечения забора жидкости в космических условиях емкость снабжается заборником 7. Забор жидкости в условиях невесомости может быть осуществлен заборниками капиллярного типа. При подготовке на Земле через заправочные штуцера емкость заправляется жидкостью или газом. При выведении космического аппарата на ОИСЗ возникающая инерционная нагрузка от КА передается от верхнего узла крепления по стержню на нижний узел крепления к ракете-носителю. При этом оболочка нагружена лишь избыточным давлением, а стержень воспринимает продольную нагрузку.

Сочетание оболочки и пронизывающего и герметично соединенного с ней стержня с узлами крепления на концах позволяет обеспечить большую жесткость конструкции в продольном направлении, за счет чего емкостью воспринимаются и передаются значительные продольные нагрузки.

Анализ конструкции предлагаемой емкости показал следующее. Масса емкости диаметром 1 м из алюминиевого сплава, рассчитанная на восприятие сжимающего усилия 30000 Н при внутреннем давлении 6 атм, без стержня составляет 70-75 кг. Аналогичная конструкция, снабженная стержнем, имеет массу 45-55 кг.

Особенно эффективно использование предлагаемой емкости в конструкции топливных и газовых отсеков разгонных блоков, спускаемых аппаратов, поскольку к конструкции этих блоков предъявляется сочетание высоких объемно-массовых ограничений и требований по восприятию значительных внешних нагрузок.

Формула изобретения

ЕМКОСТЬ, выполненная в виде тонкостенной оболочки вращения с расположенными на ее наружной поверхности разнесенными по высоте узлами крепления, отличающаяся тем, что емкость снабжена пронизывающим оболочку и скрепленным с ней силовым стержнем, на концах которого расположены узлы крепления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4