Топливный модуль

Изобретение относится к космической технике и касается создания космических летательных аппаратов. Топливный модуль содержит топливные баки горючего и окислителя и систему наддува топливных баков с баллонами высокого давления, закрепленными посредством опор и первых и вторых кронштейнов на корпусе и раме топливного модуля. Первый из кронштейнов выполнен в виде кулисы с шарнирным соединением на конце, стыкуемом к первой опоре баллона. Шарнирное соединение содержит сферический вкладыш, который вставлен в сферическое гнездо головки первого кронштейна через боковой паз и скреплен с опорой баллона посредством стягивающего устройства. Стягивающее устройство включает в себя опирающийся на первый кронштейн опорный стакан со сферическим дном и сферическую шайбу, поджатую к сферическому дну стакана стягивающим элементом. Второй кронштейн имеет жесткие крепления с корпусом или рамой топливного модуля и второй опорой баллона. Технический результат реализации изобретения заключается в устранении напряжений в опорных и крепежных элементах баллонов высокого давления как при монтаже (сборке), так и при эксплуатации. 3 ил.

 

Изобретение относится к космической технике, а более конкретно к области проектирования и эксплуатации космических летательных аппаратов.

Известны топливные модули, устанавливаемые в топливных отсеках грузовых космических кораблей, предназначенных для доставки на космическую орбиту расходуемых материалов, грузов и топлива для дозаправки на орбите космических кораблей топливом, используемым в двигательных установках при длительном орбитальном полете космических кораблей (см., например, патент RU №2132804 С1, МПК B 64 G 1/40, 9/00, 10.07.1999 г.), содержащие топливные баки горючего и окислителя с соответствующей этим компонентам арматурой и баллонами системы наддува, установленными жестко закрепленными на общей раме, что приводит к возникновению напряжений в опорных элементах баллонов и баков, например, при расширении и увеличении линейных размеров за счет нагрева их при проведении заправки под высоким давлением.

Известен также топливный модуль (см., например, патент RU №2200119 С1, МПК B 64 G 1/40, 9/00, 24.07.2001 г.), выбранный в качестве прототипа и содержащий топливные баки горючего и окислителя и систему наддува топливных баков, включающую баллоны высокого давления, которые закреплены посредством опор и первых и вторых кронштейнов на корпусе и раме топливного модуля. В данном топливном модуле использовано фланцевое крепление топливных баков к раме, а баллоны высокого давления из-за уплотненной компоновки модуля закреплены на корпусе и раме посредством первых и вторых кронштейнов, жестко скрепленных с опорами баллонов, с корпусом и рамой. При монтаже (сборке) топливного модуля корпус устанавливают и крепят на раме, например, посредством болтового соединения или скрепляют клепкой, что с учетом допусков приводит к колебаниям установочных размеров корпуса относительно рамы, а это сказывается на размерах установки кронштейнов относительно размеров между опорами баллонов, при этом имеют место перекосы соответствующих установочных осей, что, в свою очередь, при установке и жестком креплении баллонов с кронштейнами приводит к нежелательным напряжениям, возникающим в опорах. К тому же добавляются напряжения при тепловых расширениях баллонов, что сказывается на прочности баллонных опор, да и на самих кронштейнах.

Общими недостатками известных аналогов и прототипа топливного модуля являются наличие напряжений, возникающих в опорных элементах баллонов, как при монтаже, так и при эксплуатации изделия.

Задачей настоящего изобретения является создание такого топливного модуля, который имел бы опорные и крепежные элементы баллонов высокого давления, исключающие возникновения в них напряжений как при монтаже (сборке), так и при эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что в топливном модуле, содержащем топливные баки горючего и окислителя и систему наддува топливных баков, включающую баллоны высокого давления, которые закреплены посредством опор и первых и вторых кронштейнов на корпусе и раме топливного модуля, в отличие от прототипа, первый из кронштейнов выполнен в виде кулисы с шарнирным соединением на конце, стыкуемом к первой опоре баллона, причем шарнирное соединение содержит сферический вкладыш, который вставлен в сферическое гнездо головки первого кронштейна через боковой паз и скреплен с опорой баллона посредством стягивающего устройства, включающего опирающийся на первый кронштейн опорный стакан со сферическим дном и сферическую шайбу, поджатую к сферическому дну стакана стягивающим элементом, при этом второй кронштейн имеет жесткие крепления с корпусом или рамой топливного модуля и второй опорой баллона.

Использование предлагаемого топливного модуля, например, на грузовом космическом корабле типа «Прогресс» позволит дать значительный экономический эффект за счет применения при креплении на модуле баллонов высокого давления, входящих в состав системы наддува топливных баков, за счет исключения возникновения напряжений в опорных элементах баллонов как при монтаже (сборке), так и при эксплуатации изделия, что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, приведенными: на фиг.1 - основной вид топливного модуля; фиг.2 - выноска узла крепления баллона; фиг.3 - вид по стрелке А-А.

Топливный модуль состоит из следующих основных узлов и деталей: топливного бака горючего 1 и топливного бака окислителя 2, системы наддува 3 топливных баков 1, 2, включающей баллоны высокого давления 4, которые закреплены посредством опор баллонов 5, 6 и кронштейнов 7, 8 на корпусе 9 и раме 10 топливного модуля. Первый кронштейн 7, скрепленный с рамой 10 через ось 11, обеспечивающую вращение первого кронштейна 7, выполнен в виде кулисы с шарнирным соединением 12 на конце, стыкуемом к опоре 5 баллона 4. Шарнирное соединение 12 содержит сферический вкладыш 13 (вкладыш, имеющий форму шарового слоя), который вставлен в сферическое гнездо 14 (внутренние стенки гнезда имеют сферическую форму) головки 15 первого кронштейна 7 через боковой паз 16 и скреплен с опорой 5 баллона 4 посредством стягивающего устройства, включающего опирающийся на первый кронштейн опорный стакан 18 со сферическим дном 19 и сферическую шайбу 20, поджатую к сферическому основанию 19 опорного стакана 18 стягивающим элементом 21, например болтом. Второй кронштейн 8 имеет жесткие крепления, например, посредством болтового соединения с корпусом 9 или рамой 10 топливного модуля и второй опорой 6 баллона 4, например, посредством штифта или фланцевого соединения, скрепленного болтами.

Монтаж (сборку) топливного модуля производят следующим образом.

На раме 10 топливного модуля устанавливают и крепят к ней болтами посредством фланцев топливные баки горючего и окислителя 1 и 2. Далее устанавливают и крепят к раме 10 корпус 9, на наружной поверхности которого размещают и крепят соответствующую арматуру и заправочные трубопроводы (на чертеже не показано). Баллоны высокого давления 4, входящие в состав системы наддува 3, размещают снаружи корпуса 9 и крепят посредством баллонных опор 5, 6 и первого и второго кронштейнов 7, 8 на корпусе 9 и раме 10 топливного модуля.

После закрепления первых кронштейнов 7 на раме 10 и вторых кронштейнов 8 на корпусе 9 производят установку и крепление баллона 4 следующим образом: опору 6 вставляют в кольцевую головку второго кронштейна 8, при этом первый кронштейн 7 отводят в сторону и жестко закрепляют, например, штифтом после введения опоры 5 во вкладыш 13 первого кронштейна 7. Далее устанавливают опорный стакан 18 и поджимают его через сферическую шайбу 20 путем ввинчивания болта 21 в торец опоры 5, при этом все перекосы и допусковые погрешности установочных размеров компенсируются (выбираются) за счет возможности взаимного перемещения (смещения) сферических поверхностей вкладыша 13 в сферическом гнезде 14 головки 15 и сферической шайбы 20 относительно сферической поверхности основания 19. Кроме того, при этом обеспечивается перемещение первого кронштейна 7, выполненного в виде кулисы, за счет вращения относительно оси 11. Таким образом, происходит снятие нагрузок и напряжений в опорах 5, 6, вызываемых неточностями и погрешностями в размерах при проведении монтажа (сборки). Аналогично снимаются напряжения в опорах 5, 6 при температурных расширениях баллонов 4, например при нагреве в результате заправки баллонов газом высокого давления.

Итак, предлагаемое техническое решение позволяет исключить возникновение напряжений в опорах 5, 6 баллонов 4 как при монтаже (сборке), так и при эксплуатации изделия, что обеспечивает выполнение поставленной задачи.

Топливный модуль, содержащий топливные баки горючего и окислителя и систему наддува топливных баков с баллонами высокого давления, закрепленными посредством опор и первых и вторых кронштейнов на корпусе и раме топливного модуля, отличающийся тем, что первый из кронштейнов выполнен в виде кулисы с шарнирным соединением на конце, стыкуемом к первой опоре баллона, причем шарнирное соединение содержит сферический вкладыш, который вставлен в сферическое гнездо головки первого кронштейна через боковой паз и скреплен с опорой баллона посредством стягивающего устройства, включающего опирающийся на первый кронштейн опорный стакан со сферическим дном и сферическую шайбу, поджатую к сферическому дну стакана стягивающим элементом, при этом второй кронштейн имеет жесткие крепления с корпусом или рамой топливного модуля и второй опорой баллона.