Способ хранения и подачи топлива к электротермическому ракетному двигателю космического аппарата

 

Использование: в электроракетных двигателях и предназначено для использования в двигательных установках с многобаковой системой хранения и подачи топлива. Сущность изобретения: способ хранения и подачи топлива к электротермическому ракетному двигателю космического аппарата включает контроль температуры топлива в каждом баке и дополнительно определение разности температур одноименных компонентов топлива в баках, сравнение ее с допустимым значением и при разности температуры, превышающей допустимое значение, включение нагревателя того бака, температура топлива в котором ниже, и отключение нагревателя этого бака при разности температуры меньше допустимого значения. 1 ил.

Изобретение относится к электроракетным двигателям и предназначено для использования в двигательных установках с многобаковой системой хранения и подачи топлива.

Известен способ хранения и подачи топлива к электротермическим ракетным двигателям (ЭТРД) космического аппарата (КА) [1] в котором топливо подогревают электрической спиралью, навиваемой на камеру-нагреватель, а также продуктами реакции разложения рабочего тела, например гидразина, которые поступают через камеру-теплообменник, и отдают избыток тепла следующей порции топлива. Этот способ обеспечивает подогрев топлива перед входом в реакционную камеру.

Известен способ [2] в котором тепло, выделяемое в реакционной камере, отводят на корпус двигателя через кольцевую диафрагму, что позволяет поддерживать температуру топлива ниже температуры испарения.

Оба способа имеют общий недостаток дополнительный расход топлива для стабилизации КА. Так, при многобаковой системе хранения топлива возможен неодинаковый расход одноименных компонентов топлива из параллельно работающих баков вследствие неодинаковости кинетической вязкости топлива при различных температурах. Например, при изменении температуры от 0 до 40^оС может изменяться на 50% [3] Неодинаковость расхода одноименных компонентов топлива приводит к изменению положения центра масс КА, что в свою очередь может изменить ориентацию КА. Для приведения КА в прежнее положение требуются включение ЭТРД системы ориентации и, следовательно, дополнительный расход топлива.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ хранения и подачи топлива к электротермическому ракетному двигателю космического аппарата [4] включающий контроль температуры топлива в каждом баке, включение нагревателей баков при температуре ниже нижнего граничного значения и отключение нагревателя баков при температуре выше верхнего граничного значения диапазона температур.

Существенным недостатком этого способа является также повышенный расход топлива из-за необходимости дополнительного включения двигателей ориентации для компенсации отклонений, связанных с изменением положения центра масс КА.

Цель изобретения экономия топлива путем стабилизации положения центра масс космического аппарата за счет одинакового расхода топлива из баков.

Для этого в способе хранения и подачи топлива к электротермическому ракетному двигателю космического аппарата, включающем контроль температуры топлива в каждом баке, включение нагревателей баков при температуре ниже нижнего граничного значения и отключение нагревателя баков при температуре выше верхнего граничного значения диапазона температур, дополнительно определяют разность температур одноименных компонентов топлива в баках, сравнивают ее с допустимым значением и при разности температуры, превышающей допустимое значение, включают нагреватель того бака, температура топлива в котором ниже, и отключают нагреватель этого бака при разности температуры меньше допустимого значения.

На чертеже изображено устройство, осуществляющее способ хранения и подачи топлива к ЭТРД при двух одновременно работающих баках с одноименным компонентом топлива.

Устройство содержит баки 1 и 2, в которых находится одноименное топливо. Температуру топлива измеряют с помощью датчиков температуры 3, установленных на баках 1 и 2, и регулируют, включая и отключая нагреватели 4. Сигналы с датчиков температуры 3 подают на первые входы компараторов 5-8, на вторые входы которых подают от источников Т_в 9 и Т_н10 опорные сигналы, характеризующие верхнюю и нижнюю границы допустимого температурного диапазона хранения топлива в баках. Выходную информацию компараторов 5-8 используют в логическом устройстве 11 для включения и отключения нагревателей 4 баков 1 и 2.

Для обеспечения равенства температуры топлива в баках 1 и 2 дополнительно производят алгебраическое вычитание сигналов температуры с помощью дифференциального усилителя 12 и сравнение полученного сигнала с помощью компараторов 13 и 14 с сигналом источника ΔТ15, характеризующим допустимую разность температур между баками. Информацию с выходов компараторов 13 и 14 используют в логическом устройстве 11 для управления работой нагревателей 4 баков 1 и 2 в соответствии с логическими формулами: Y_вкл.1= P_н1+ΔP Y_вкл.2= P_н2+ΔP Y_откл.1= P_в1+ Y_откл.2= P_в2+ где Y_вкл.i и Y_откл.i функции включения и отключения нагревателей баков; P_нi, Р_вi функции температуры баков, принимают значение 1, если температура бака ниже нижней границы и выше верхней границы; ΔР₁, ΔР₂ функции соотношения температур, которые принимают значение 1, если Т₁-Т₂ >ΔT, где Т₁ и Т₂ текущие значения температуры баков 1 и 2; ΔТ допустимая разность температуры между баками.

При Т₁-Т₂> 0 формируется функция ΔР₂. При Т₁-Т₂ < 0 формируется функция ΔР₁; , , инверсные значения функций Р_нi, Р_вi, ΔР_i.

Если температура топлива какого-либо бака ниже нижней границы, то по сигналу Р_нi компараторов 6 и 8 в логическом устройстве 11 формируют команду (функцию) Y_вкл.i на отдельное включение нагревателя 4 данного бака. Если температура какого-либо бака стала выше верхней границы, то по сигналу Р_вi компараторов 5 и 7 в логическом устройстве 11 формируют команду (функцию) Y_откл.i на обязательное отключение нагревателя 4 данного бака. Если температура баков находится в пределах заданного диапазона температуры хранения топлива, но разность температур больше допустимого значения и, например, температура первого (второго) бака ниже температуры второго (первого) бака, то по сигналам ΔР₁(ΔР₂) компаратора 13(14) в логическом устройстве 11 формируют команду Y_вкл.1(Y_вкл.2) на включение нагревателя 4 первого (второго) бака. Как только разность температур уменьшится до допустимого значения и сигнал ΔР₁(ΔР₂) примет инверсное значение, в логическом устройстве 11 формируют команду Y_откл.1(Y_откл.2) на отключение нагревателя 4 этого бака.

Таким образом, способ хранения и подачи топлива к ЭТРД при двух и более одновременно работающих баках, содержащих одноименное топливо, обеспечивает одинаковую вязкость и тем самым одинаковый расход топлива одновременно из всех баков, сохраняя требуемое заданное положение центра масс КА, что приводит к экономии топлива, расходуемого для стабилизации КА.

Формула изобретения

СПОСОБ ХРАНЕНИЯ И ПОДАЧИ ТОПЛИВА К ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОМУ РАКЕТНОМУ ДВИГАТЕЛЮ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА, включающий контроль температуры топлива в каждом баке, включение нагревателей баков при температуре ниже нижнего граничного значения и отключение нагревателя баков при температуре выше верхнего граничного значения диапазона температур, отличающийся тем, что, с целью экономии топлива путем стабилизации положения центра масс космического аппарата за счет одинакового расхода топлива из баков, дополнительно определяют разность температур одноименных компонентов топлива в баках, сравнивают ее с допустимым значением и при разности температуры, превышающей допустимое значение, включают нагреватель того бака, температура топлива в котором ниже, и отключают нагреватель этого бака при разности температуры меньше допустимого значения.

РИСУНКИ

Рисунок 1