Система подачи топлива двигательной установки космического орбитального комплекса

 

Система подачи топлива предназначена для проектирования и эксплуатации в реактивных двигательных установках космических аппаратов. Система содержит автономные подсистемы и системы дозаправки топлива, которые содержат баки горючего и окислителя. В системе дозаправки топлива гидравлические полости топливных баков соединены с одной из автономных подсистем через узлы стыковки гидромагистралями перекачки топлива, подключенными через пускоотсечные клапаны к магистралям подачи топлива от баков в коллекторы. Система снабжена дополнительными магистралями перекачки топлива с пускоотсечными клапанами, связывающими магистрали подачи топлива другой подсистемы с гидромагистралями перекачки топлива. Причем дополнительные магистрали перекачки топлива с одной стороны подключены к магистралям подачи топлива перед пускоотсечными клапанами, установленными на входах в коллекторы, и с другой стороны подключены к гидромагистралям перекачки топлива между узлами стыковки гидромагистралей и пускоотсечными клапанами, отделяющими эти узлы от гидравлических полостей топливных баков системы дозаправки топлива. Техническое решение позволяет обеспечить перераспределение топлива между топливными баками в системе подачи топлива, а также повысить эффективность использования двигательной установки грузового корабля и расширить ее функциональные возможности. 1 ил.

Изобретение относится к космической технике, а точнее к области проектирования и эксплуатации реактивных двигательных установок (РДУ) космических летательных аппаратов (КЛА), Известны системы подачи топлива двигательной установки (ДУ) космического орбитального комплекса (КОК) (см., например, патент Великобритании, кл. F 02 K 9/50 N 2051246 от 1981 г.), применяемые в современных 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 его борту реактивных двигателей (РД), величины тяг которых в зависимости от их назначения изменяются в широких пределах (от нескольких сотен кгс до единиц и менее кгс). Работа указанных двигателей с заданными параметрами обеспечивается системой подачи топлива, включающей в себя устройства для хранения топлива и его подачи ко входам двигателей. Система содержит топливные баки, гидравлические полости которых соединены через пускоотсечные клапаны с коллекторами питания топливом управляющих РД.

Недостатками таких систем являются малая эффективность при использовании топливных запасов в двигательной установке. Отсутствует возможность дозаправки топливом.

Известна также система подачи топлива двигательной установки космического орбитального комплекса, которая принята за прототип (см., например, журнал N 7 "Авиация и космонавтика", М., Воениздат, 1978 г. стр. 36, 37. рис. 2; о наличии ДУ в составе грузового корабля указано в тексте, стр. 37), состоящая из автономных подсистем, содержащих топливные баки, гидравлические полости которых соединены с коллекторами питания топливом реактивных двигателей магистралями подачи топлива с пускоотсечными клапанами, и систему дозаправки топлива, содержащую топливные баки, гидравлические полости которых соединены с одной из автономных подсистем через узлы стыковки гидромагистралями перекачки топлива, подключенными через пускоотсечные клапаны к магистралям подачи топлива от баков в коллекторы.

Такая система подачи топлива обеспечивает дозаправку топливом баков станций, т. е. перекачку топлива из баков системы дозаправки, расположенной на грузовом корабле, в баки станции.

Однако при эксплуатации такой системы подачи топлива невозможно использовать излишки топлива, имеющиеся в топливных баках станции, для ДУ грузового корабля, т. к. отсутствует возможность перекачки топлива из баков станции (одной автономной системы) в баки грузового корабля (другой автономной подсистемы).

Кроме того, данная система подачи не обеспечивает перекачку топлива из баков системы дозаправки в баки ДУ, установленной на грузовом корабле.

Указанные недостатки известной системы подачи топлива ограничивают функциональные возможности ДУ грузового корабля, например, когда топлива в баках ДУ грузового корабля практически нет (оно израсходовано при причаливании и стыковке грузового корабля со станцией), для того, чтобы скорректировать орбиту КОК или произвести дополнительные маневры при перестыковке грузового корабля и т.п.

Недостатками известной системы подачи топлива являются узкие функциональные возможности и малая эффективность использования ДУ грузового корабля (другой автономный подсистемы).

Задачей настоящего изобретения является создание системы подачи топлива ДУ КОК, которая обладала бы повышенной эффективностью использования ДУ другой автономной подсистемы и расширяла бы функциональные возможности ДУ грузового корабля (другой автономной подсистемы) за счет обеспечения перекачки топлива из топливных баков первой автономной подсистемы, расположенной на орбитальной станции, и из топливных баков системы дозаправки в топливные баки ДУ другой автономной подсистемы, расположенных на грузовом корабле.

Это достигается тем, что система подачи топлива снабжена дополнительными магистралями перекачки топлива с пускоотсечными клапанами, обеспечивающими перераспределение топлива между топливными баками в системе подачи топлива.

Сущность изобретения заключается в том, что система подачи топлива ДУ КОК, состоящая из автономных подсистем, содержащих топливные баки, гидравлические полости которых соединены с коллекторами питания топливом РД магистралями подачи топлива с пускоотсечными клапанами, и систему дозаправки топлива, содержащую топливные баки, гидравлические полости которых соединены с одной из автономных подсистем через узлы стыковки гидромагистралями перекачки топлива, подключенными через пускоотсечные клапаны к магистралям подачи топлива от баков в коллекторы, снабжена дополнительными магистралями перекачки топлива с пускоотсечными клапанами, связывающими магистралями подачи топлива другой подсистемы с гидромагистралями перекачки топлива, причем дополнительные магистрали перекачки топлива с одной стороны подключены к магистралям подачи топлива перед пускоотсечными клапанами, установленными на входах в коллекторы, и с другой стороны подключены к гидромагистралям перекачки топлива между узлами стыковки гидромагистралей и пускоотсечными клапанами, отделяющими эти узлы от гидравлических полостей топливных баков системы дозаправки топлива.

Технический результат заключается в том, что по сравнению с известными техническими решениями вновь созданная система подачи топлив ДУ КОК обеспечивает повышенную эффективность использования ДУ другой автономной подсистемы, расположенной, например, на грузовом корабле, и значительно расширяет функциональные возможности ДУ указанной автономной подсистемы за счет обеспечения перераспределения топлива между топливными баками в системе подачи топлива ДУ КОК.

Техническое решение в части снабжения системы подачи топлива ДУ КОК дополнительными магистралями перекачки топлива с пускоотсечными клапанами, связывающими магистрали подачи топлива другой подсистемы, расположенной, например, на грузовом корабле, с гидромагистралями перекачки топлива из баков системы дозаправки в баки подсистемы, расположенной на станции, и взаимная схемная связь всех составных элементов, входящих в систему, их установка и места подключения позволяет эффективно использовать существующие средства подачи топлива и в конечном счете сам запас топлива, а также обеспечивают повышенную эффективность использования ДУ другой автономной подсистемы, расположенной, например, на грузовом корабле и значительно расширяют функциональные возможности ДУ, установленной на грузовом корабле, что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения.

Использование прелагаемой системы подачи топлива ДУ КОК, например, на космическом орбитальном комплексе типа "Мир"- "Союз-ТМ" - "Прогресс" - "Шаттл" позволит дать значительный экономический эффект за счет эффективного использования запаса топлива при выполнении режимов управления комплексом, а также за счет значительного расширения функциональных возможностей ДУ, установленной на грузовом корабле типа "Прогресс".

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Предлагаемая система подачи топлива ДУ КОК состоит из следующих основных узлов, деталей и агрегатов: автономных подсистем 1, 2, например, типа состыкованных автономных подсистем подачи топлива станции "Мир" и грузового корабля "Прогресс", содержащих топливные баки горючего 3, 4 и окислителя 5, 6, гидравлические полости 7, 8, 9, 10 которых соединены с коллекторами питания топливом 11, 12, 13, 14 реактивных двигателей 15, 16 магистралями подачи топлива 17, 18, 19, 20 с пускоотсечными клапанами 21, 22, 23, 24 и системы дозаправки топлива 25, например, расположенной на грузовом корабле, содержащей топливные баки горючего 26 и окислителя 27, гидравлические полости 28, 29 которых соединены с одной из автономных подсистем 1 через узлы стыковки 30, 31 гидромагистралями перекачки топлива 32, 33, 34, 35, подключенными через пускоотсечные клапаны 36, 37, 38, 39 к магистралям подачи топлива 17, 19 от баков 3, 5 в коллекторы 11, 13.

Система подачи топлива ДУ КОК снабжена дополнительными магистралями перекачки топлива горючего 40 и окислителя 41 с пускоотсечными клапанами 42, 43, связывающими магистралями подачи топлива 18, 20 другой подсистемы 2 с гидромагистралями перекачки топлива 32, 34. Дополнительные магистрали перекачки топлива 40, 41 с одной стороны на участках 44, 45 подключены к магистралям подачи топлива 18, 20 перед пускоотсечными клапанами 22, 24, установленными на входах 46, 47 в коллекторы 12, 14, и с другой стороны на участках 48, 49 подключены к гидромагистралям перекачки топлива 32, 34 между узлами стыковки 30, 31 гидромагистралей перекачки топлива 32, 34 и пускоотсечными клапанами 36, 38, отделяющими узлы стыковки 30, 31 от гидравлических полостей 28, 29 топливных баков 26, 27 системы дозаправки топлива 25.

Работает система подачи топлива ДУ КОК в режимах перекачки топлива следующим образом: После причаливания грузового корабля к станции производят стыковку гидромагистралей перекачки топлива 32 с 33, 34 с 35 посредством узлов стыковки 30, 31, подготавливают и проверяют чистоту и герметичность состыкованных гидромагистралей. Перед началом перекачки топлива в исходном положении все пускоотсечные клапаны нормально закрыты. Для перекачки топлива из баков 26, 27 системы дозаправки топлива 25 в топливные баки 3, 5 подсистемы 1 открывают пускоотсечные клапаны 36, 37, 38, 39 и перекачивают топливо посредством подачи под давлением газа (азота) в газовые полости 50, 51 баков 26, 27 от системы наддува через клапаны 52, 53. При заполнении баков 3, 5 топливом до заданного уровня клапаны 36, 37, 38, 39 закрывают.

Для перекачки топлива из топливных баков 3, 5 автономной подсистемы 1 в топливные баки 4, 6 автономной подсистемы 2 открывают пускоотсечные клапаны 37, 42 и 39, 43 и посредством подачи под давлением газа в газовые полости 54, 55 баков 3, 5 от системы наддува через клапаны 56, 57 производят перекачку топлива в топливные баки 4, 6, после чего клапаны 37, 42, 39, 43 закрывают. Для перекачки топлива из топливных баков 26, 27 системы дозаправки 25 в топливные баки 4, 6 ДУ грузового корабля (автономной подсистемы 2) открывают пускоотсечные клапаны 36, 42 и 38, 43 и посредством подачи под давлением газа в газовые полости 50, 51 баков 26, 27 от системы наддува через клапаны 52, 53 производят перекачку топлива в топливные баки 4, 6, после чего клапаны 36, 42 и 38, 43 закрывают.

Аналогичным способом при необходимости можно перекачать топливо из баков 4, 6 автономной подсистемы 2 в баки 3, 5 автономной подсистемы 1, при этом газ под давлением подают в газовые полости 58, 59 баков 4, 6 от систем наддува через клапаны 60, 61.

Таким образом обеспечивается запитка топливом топливных баков 4, 6 автономной подсистемы 2 грузового корабля, как от системы дозаправки 25, расположенной на грузовом корабле, так и от автономной подсистемы 1, расположенной на станции, что в свою очередь обеспечивает выполнение поставленной задачи.

Формула изобретения

Система подачи топлива двигательной установки космического орбитального комплекса, состоящая из автономных подсистем, содержащих топливные баки, гидравлические полости которых соединены с коллекторами питания топливом реактивных двигателей магистралями подачи топлива с пускоотсечными клапанами, и систему дозаправки топлива, содержащую топливные баки, гидравлические полости которых соединены с одной из автономных подсистем через узлы стыковки гидромагистралями перекачки топлива, подключенными через пускоотсечные клапаны к магистралям подачи топлива от баков в коллекторы, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительными магистралями перекачки топлива с пускоотсечными клапанами, связывающими магистрали подачи топлива другой подсистемы с гидромагистралями перекачки топлива, причем дополнительные магистрали перекачки топлива с одной стороны подключены к магистралям подачи топлива перед пускоотсечными клапанами, установленными на входах в коллекторы, и с другой стороны подключены к гидромагистралям перекачки топлива между узлами стыковки гидромагистралей и пускоотсечными клапанами, отделяющими эти узлы от гидравлических полостей топливных баков системы дозаправки топлива.

РИСУНКИ

Рисунок 1