Устройство для перекачки газа в системе наддува топливных баков двигательной установки космического летательного аппарата

 

Изобретение предназначено для перекачки газа в системе наддува топливных баков двигательной установки космического летательного аппарата. Устройство содержит газонаполненный контейнер с размещенным в нем бортовым компрессором. Компрессор связан пневмомагистралями высокого давления с баллонами наддува и пневмомагистралями низкого давления с газовыми полостями соответствующих топливных баков горючего и окислителя. На пневмомагистралях установлены клапаны. Контейнер снабжен оребренной теплопроводной рубашкой. А полость между корпусом контейнера и рубашкой заполнена теплоемким материалом и сообщена с компенсатором, размещенным в контейнере. Причем корпус контейнера соединен с корпусом компрессора посредством перфорированной мембраны, выполненной из теплопроводного материала. Предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить эффективное охлаждение бортового компрессора и повысить живучесть и надежность системы наддува топливных баков горючего и окислителя двигательной установки космического летательного аппарата в процессе эксплуатации в условиях космического вакуума на орбите Земли. 1 ил.

Изобретение относится к космической технике, а точнее к области проектирования и эксплуатации реактивных двигательных установок (РДУ) космических летательных аппаратов (КЛА).

Устройство для перекачки газа в системе наддува топливных баков 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 изменяются 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 к входам двигателей.

Известны устройства для перекачки газа в системе наддува топливных баков двигательной установки космического летательного аппарата (см., например, Т. М. Мелькумов и др. "Ракетные двигатели", изд. "Машиностроение", М., 1976 г. с. 10). Устройство для перекачки газа в системе наддува содержит 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.

Недостатками таких систем является малая живучесть устройства и низкая надежность, невозможность многоразового использования его для дозаправки топливных баков в условиях космического полета.

Известно также устройство для перекачки газа в системе наддува топливных баков ДУ КЛА ( см., например, патент России, F 02 K 9/44, N 2109975 от 1998 г.), выбранное в качестве прототипа.

Устройство содержит газонаполненный контейнер с размещенным в нем бортовым компрессором, связанным пневмомагистралями высокого давления с баллонами наддува и пневмомагистралями низкого давления с газовыми полостями соответствующих топливных баков горючего и окислителя, и клапаны, установленные на пневмомагистралях.

Указанное устройство обеспечивает перекачку газа из газовых полостей баков обратно в полости баллонов высокого давления за счет наличия бортового компрессора и таким образом приводит в исходное состояние систему наддува для повторной дозаправки баков горючим и окислителем в условиях космического полета, например, от космического дозаправщика.

Однако в данном устройстве бортовой компрессор при работе подвержен перегревам из-за отсутствия эффективного отвода и сброса тепла, что приводит к вынужденным остановкам компрессора в процессе перекачки газа, а также к его преждевременному износу.

Недостатками известного устройства для перекачки газа в системе наддува топливных баков ДУ КЛА являются низкие живучесть и надежность из-за отсутствия эффективного охлаждения бортового компрессора в процессе его работы.

Задачей настоящего изобретения является создание такого устройства для перекачки газа системы наддува, которое обладало бы повышенной живучестью и надежностью за счет эффективного охлаждения компрессора в условиях космического орбитального полета.

Это достигается тем, что газонаполненный контейнер с размещенным в нем бортовым компрессором снабжен высокоэффективным охлаждением компрессора.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для перекачки газа в системе наддува топливных баков двигательной установки космического летательного аппарата, содержащим газонаполненный контейнер с размещенным в нем бортовым компрессором, связанным пневмомагистралями высокого давления с баллонами наддува и пневмомагистралями низкого давления с газовыми полостями соответствующих топливных баков горючего и окислителя, и клапаны, установленные на пневмомагистралях, контейнер снабжен оребренной теплопроводной рубашкой, а полость между корпусом контейнера и рубашкой заполнена теплоемким материалом и сообщена с компенсатором, размещенным в контейнере, причем корпус контейнера соединен с корпусом компрессора посредством перфорированной мембраны, выполненной из теплопроводного материала.

Технический результат заключается в том, что по сравнению с известными техническими решениями вновь созданное устройство для перетачки газа в системе наддува топливных баков ДУ КЛА обеспечивает не только высокую надежность работы компрессора, но и увеличивает ресурс работы компрессора за счет обеспечения эффективного его охлаждения. То, что газонаполненный контейнер снабжен теплопроводной оребренной рубашкой, а полость между корпусом контейнера и рубашкой заполнена теплоемким материалом и сообщена с компенсатором, размещенным в контейнере, а также корпус контейнера соединен с корпусом компрессора посредством перфорированной мембраны, выполненной из теплопроводного материала, обеспечивает эффективное охлаждение компрессора и поддержание в контейнере температурного уровня, необходимого для нормальной работы компрессора.

Техническое решение в части введения в состав газонаполненного контейнера с размещенным в нем бортовым компрессором, теплопроводной оребренной рубашки и заполнения полости между корпусом контейнера и рубашкой теплоемким материалом, а также сообщения указанной полости с компенсатором и скрепление корпуса контейнера с корпусом компрессора посредством перфорированной мембраны, выполненной из теплопроводного материала, а также взаимная конструктивная связь всех составных элементов устройства системы обеспечивает эффективное охлаждение компрессора с одновременным повышением ресурса работы компрессора и надежности системы наддува в целом, что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения.

Использование предлагаемого устройства для перекачки газа в системе наддува топливных баков ДУ КЛА, например, на космическом орбитальном комплексе типа "Мир"- "Союз-ТМ" - "Прогресс" - "Шатлл" позволит дать значительный экономический эффект за счет обеспечения эффективного охлаждения компрессора и поддержания необходимого температурного уровня в газонаполненном контейнере с одновременным повышением живучести и надежности при эксплуатации данного устройства.

Суть изобретения поясняется чертежом 1.

Устройство состоит из следующих основных узлов и агрегатов: газонаполненного контейнера 1 с размещенным в нем бортовым компрессором 2, связанным пневмомагистралями высокого давления 3, 4 с баллонами наддува 5, б и пневмомагистралями низкого давления 7, 8 с газовыми полостями 9, 10 соответствующих топливных баков горючего и окислителя 11, 12, и клапанов 13, установленных на пневмомагистралях 3, 4, 7, 8.

Контейнер 1 снабжен теплопроводной оребренной рубашкой 14, а полость 15 между корпусом 16 контейнера 1 и рубашкой 14 заполнена теплоемким материалом 17, например, парафином и сообщена с компенсатором 18, размещенным в контейнере 1. Корпус 16 контейнера 1 соединен с корпусом 19 компрессора 2 посредством перфорированной мембраны 20, выполненной из теплопроводного материала, например, алюминиевого сплава АМГ-6.

Работает устройство для перекачки газа в системе наддува топливных баков ДУ КЛА в режиме перекачки газа из газовых полостей 9, 10 топливных баков горючего 11 и окислителя 12 в баллоны наддува 5, 6 следующим образом.

Перед включением компрессора 2 в работу открывают все отсечные клапаны 13 и после пуска компрессора 2 производят откачку газа из газовых полостей 9, 10 топливных баков 11, 12 и закачку его с высоким давлением через пневмомагистрали высокого давления 3, 4 в соответствующие газовые баллоны 5, 6 затем закрывают отсечные клапаны 13. Таким образом, система наддува приводится в исходное рабочее состояние, готовое к заправке баков, например, от космического заправщика. Выдавливание и подачу топлива к реактивным двигателям 21 из баков 11, 12 производят посредством подачи газа из баллонов наддува 5, 6 в газовые полости 9, 10 по пневмомагистралям 22, 23, каждая из которых содержит последовательно установленные электропневмоклапан 24, 25 газовый редуктор 26, 27 и обратный клапан 28, 29. При работе компрессора 2 во внутреннем объеме контейнера 1 осуществляется циркуляция газа посредством вентиляторов 30, установленных на выходе из рубашки 31 компрессора 2. Циркуляция газа осуществляется по замкнутому контуру: из полости 32 газ перемещается посредством вентиляторов 30 через рубашку 31 компрессора 2 в полость 33. Полости 32 и 33 образованы при установке перфорированной мембраны 20, соединяющей корпус 16 контейнера 1 с корпусом 19 компрессора 2. Из полости 33 через отверстия в мембране 20 газ нагнетается опять в полость 32 и т.д. При прохождении газа через рубашку 31 компрессора 2 газ нагревается, снимая тепло с компрессора 2, и, циркулируя из полости 33 в полость 32, соприкасается с корпусом 16 контейнера 1, передавая тепло через корпус 16 к парафину 17, размещенному в полости 15, при этом парафин, являясь аккумулятором тепла, плавится и частично перетекает в компенсатор 18, выполненный, например, в виде сильфонной емкости. Кроме того, тепло от корпуса 19 компрессора 2 передается к корпусу 16 контейнера 1 посредством теплопроводной перфорированной мембраны 20. От парафина тепло сбрасывается через оребренную рубашку 14 излучением. Так как компрессор 2 работает только в период перекачки газа из газовых полостей 9, 10 топливных баков 11, IS в баллоны наддува 5, 6, то после его остановки парафин 17 остывает и возвращается в исходное твердое состояние.

Как правило, на случай выхода из строя основного бортового компрессора 2 предусматривается аналогичный резервный бортовой компрессор 34, который установлен в контейнере 1 и включен параллельно основному бортовому компрессору 2 в схему системы наддува топливных баков ДУ КЛА.

Таким образом, при обеспечении эффективного охлаждения бортового компрессора 2 повышается живучесть и надежность устройства для перекачки газа в системе наддува топливных баков ДУ КЛА в процессе эксплуатации в условиях космического вакуума на орбите Земли, что обеспечивает выполнение поставленной задачи.

Формула изобретения

Устройство для перекачки газа в системе наддува топливных баков двигательной установки космического летательного аппарата, содержащее газонаполненный контейнер с размещенным в нем бортовым компрессором, связанным пневмомагистралями высокого давления с баллонами наддува и пневмомагистралями низкого давления с газовыми полостями соответствующих топливных баков горючего и окислителя, и клапаны, установленные на пневмомагистралях, отличающееся тем, что контейнер снабжен оребренной теплопроводной рубашкой, а полость между корпусом контейнера и рубашкой заполнена теплоемким материалом и сообщена с компенсатором, размещенным в контейнере, причем корпус контейнера соединен с корпусом компрессора посредством перфорированной мембраны, выполненной из теплопроводного материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1