Устройство для подачи топлива в двигательную установку космического летательного аппарата

 

Устройство для подачи топлива в двигательную установку космического летательного аппарата содержит магистрали подачи топлива от топливных баков к управляющим ракетным двигателям с клапанами и проверочными горловинами, соединенными между собой обводными трубопроводами. Каждая проверочная горловина снабжена запорно-управляющим устройством. Это устройство выполнено в виде стакана из немагнитного материала, свободно вращающегося относительно своей продольной оси с патрубком из магнитного материала. Торцевая часть патрубка притерта и размещена в кольцевом пазе, выполненном внутри корпуса проверочной горловины. Кольцевой паз сообщен с магистралями подачи через патрубок с полостью стакана. В каждой проверочной горловине в местах стыковки с магистралями подачи топлива установлены управляющие кольцевые электромагниты. На каждом обводном трубопроводе установлены запорные клапаны. Изобретение позволяет обеспечить повышение надежности и живучести устройства и всей системы двигательной установки космического летательного аппарата на орбите Земли. 2 ил.

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

Устройства для подачи топлива в двигательную установку космического летательного аппарата используются 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 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 подачи топлива включает в себя устройство для подачи топлива в ДУ КЛА.

Известно устройство для подачи топлива в ДУ КЛА (см. Т.М. Мелькумов и др. "Ракетные двигатели", изд. "Машиностроение", 1976 г., стр. 10). Устройства содержат топливные баки для хранения и подачи топлива к РД по магистралям подачи топлива, содержащим клапаны и проверочные горловины, которые выполнены в виде обратных клапанов и используются при наземной отработке, испытаниях и заправке устройства топливом.

Недостатками таких устройство являются малая живучесть и низкая надежность устройства подачи топлива при эксплуатации в условиях космического полета.

Известно также устройство для подачи топлива в ДУ КЛА (см. патент Великобритании N 2051246, кл. F 02 K 9/50 от 1981 г.), выбранное в качестве прототипа.

Устройство содержит магистрали подачи топлива от топливных баков к управляющим ракетным двигателям с клапанами и проверочными горловинами, соединенными между собой обводными трубопроводами. Проверочные горловины выполнены в виде обратных клапанов и используются только при наземной отработке, испытаниях и заправке устройства топливом. В таких устройствах для подачи топлива в ДУ КЛА при работе РД и при запланированных перерывах в их работе топливный бак (баки), от которого подается топливо к РД, длительное время сообщен с участками магистралей подачи топлива. В случае разгерметизации магистралей, например, между клапанами будут иметь место следующие неблагоприятные последствия.

1. Полная или частичная потеря топлива из бака (в зависимости от времени обнаружения негерметичности экипажем или наземной службой контроля).

2. ДУ выходит из состояния готовности к работе, что приводит к срыву запланированных режимов управления КЛА.

3. В зависимости от места разгерметизации могут быть последствия, исключающие возможность дальнейшего использования топливного бака (баков) или коллектора (коллекторов) питания топливом РД.

Недостатком известного устройства для подачи топлива является низкая надежность и отсутствие живучести ДУ из-за потери работоспособности устройства для подачи топлива при возникновении негерметичности в магистралях подачи топлива.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства для подачи топлива в ДУ КЛА, которое обладало бы повышенной живучестью и надежностью, путем отключения поврежденных участков магистрали подачи топлива в условиях космического полета.

Это достигается тем, что устройство содержит проверочные горловины, снабженные запорно-управляющими устройствами и управляющими кольцевыми электромагнитами.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для подачи топлива в ДУ КЛА, содержащем магистрали подачи топлива от топливных баков к управляющим ракетным двигателям с клапанами и проверочными горловинами, соединенными между собой обводными трубопроводами, каждая проверочная горловина снабжена запорно-управляющим устройством, выполненным в виде стакана из немагнитного материала, свободно вращающегося относительно своей продольной оси с патрубком из магнитного материала, торцевая часть которого притерта и размещается в кольцевом пазе, выполненном внутри корпуса проверочной горловины, причем кольцевой паз сообщен с магистралями подачи через патрубок с полостью стакана, при этом в каждой горловине в местах стыковки с магистралями подачи топлива установлены управляющие кольцевые электромагниты, а на каждом обводном трубопроводе установлены запорные клапаны.

Технический результат заключается в том, что предлагаемое устройство для подачи топлива в ДУ КЛА обеспечивает не только надежность, но и повышенную живучесть устройства для подачи топлива путем отключения поврежденных участков магистралей подачи топлива в условиях космического полета.

Техническое решение в части снабжения каждой проверочной горловины запорно-управляющим устройством, выполненным в виде стакана из немагнитного материала, свободно вращающегося относительно своей продольной оси с патрубком из магнитного материала, сообщение полости стакана через патрубок с магистралями подачи топлива и установка управляющих кольцевых электромагнитов в местах стыковки горловин с магистралями подачи, а также взаимная связь всех конструктивных элементов устройства, обеспечивают живучесть и надежность устройства для подачи топлива путем отключения поврежденных участков магистралей подачи топлива в условиях космического полета, что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения.

Использование предлагаемого устройства для подачи топлива в ДУ КЛА, например, на космическом орбитальном комплексе типа "Мир" - "Союз-ТМ" -"Прогресс" - "Шаттл" позволит дать значительный экономический эффект за счет обеспечения живучести устройства подачи топлива путем отключения поврежденных участком магистралей топлива в случае их разгерметизации, при этом все операции выполнимы дистанционно.

На фиг. 1 дана схема устройства; на фиг. 2 изображен продольный разрез А-А проверочной горловины и ее поперечное сечение Б-Б с вариантами положений патрубка относительно магистралей подачи топлива I, II, III, IV.

Предлагаемое устройство для подачи топлива в ДУ КЛА состоит из следующих основных узлов, деталей и агрегатов: магистралей подачи топлива 1, 2, топливных баков 3, 4, управляющих ракетных двигателей 5, 6, клапанов 7, 8, 9, 10, 11, проверочных горловин 12, соединенных между собой обводными трубопроводами 13. Каждая проверочная горловина 12 снабжена запорно-управляющим устройством 14, выполненным в виде стакана 15 из немагнитного материала, например, из титана или алюминия, свободно вращающегося относительно своей продольной оси 16 с патрубком 17, выполненным из магнитного материала, например, из углеродистой стали и сваренным заодно со стаканом 15 сваркой "трением" (биметаллическое герметичное соединение). Торцевая часть 18 патрубка 17 притерта и размещена в кольцевом пазе 19, выполненном внутри корпуса 20 проверочной горловины 12. Кольцевой паз 19 сообщен с магистралями подачи 1(2) 21 через патрубок 17 с полостью 22 стакана 15, при этом в каждой проверочной горловине 12 в местах стыковки с магистралями подачи топлива 1, 2, 21 установлены управляющие кольцевые электромагниты 23, 24, 25, а на каждом обводном трубопроводе 13 установлены запорные клапаны 26.

Устройство работает следующим образом.

При работе с запиткой РД 5,6 от топливного бака 3(4) перед включением РД 5, 6 производится подготовка устройства к работе, для чего открываются пускоотсечные клапаны 7(8), 9. Затем по командам системы управления открываются клапаны подачи 10 и 11 и топливо поступает к РД 5, 6, которые включаются и работают в соответствии с управляющими сигналами.

В случае разгерметизации отдельных участков магистралей подачи топлива 1(2), при помощи проверочных горловин 12 производят отключение поврежденных участков, размещенных между проверочными горловинами 12, и обеспечивают подачу топлива к РД 5, 6, при этом в отдельных случаях используют и обводной трубопровод 13. Перекрытие или переключение магистрали 1 (2) производят посредством включения соответствующего управляющего кольцевого электромагнита 23, (24 или 25), при этом под действием магнитных сил патрубок 17, выполненный из магнитного материала, переместится по кольцевому пазу 19 и займет положение, соосное положению кольцевого электромагнита 23 (24 или 25) и соответствующего входа (выхода) в магистраль подачи топлива 1 (2 или 21).

На фиг. 2 даны положения переключений I, II, III, IV запорно-управляющего устройства 14 относительно магистралей 1 (2 или 21), где положение IV соответствует нейтральному положению запорно-управляющего устройства 14, занимаемому включением электромагнита 27 при нормальной работе устройства, т. е. когда нет повреждений в магистралях подачи топлива. Обводной трубопровод 13 включают в работу открытием запорного клапана 26 при необходимости подачи топлива между проверочными горловинами при перекрытиях промежуточных участков магистралей подачи топлива. Перемещение патрубка 17 по кольцевому пазу 19 под действием магнитных сил происходит за счет его эксцентричного расположения относительно оси 16 на немагнитном корпусе стакана 15, свободно вращающегося относительно своей продольной оси 16 в корпусе 20 горловины 12. Притертая поверхность торца 18 патрубка 17 к боковой поверхности кольцевого паза 19 обеспечивает герметизацию между ними, кроме того, в космосе при разгерметизации участка магистрали подачи топлива 1 (2) торцевая поверхность патрубка 17 герметизируется за счет перепада давлений. Все управления клапанами и электромагнитами осуществляют дистанционно с ручного или автоматического пульта управления 7.

Таким образом, с помощью перекрытия поврежденных участков магистралей подачи топлива 1 (2 или 21) посредством предлагаемой проверочной горловины 12 с ее составными элементами конструкции и перепуска топлива, минуя поврежденный участок, через обводной трубопровод 13 создана возможность проведения полета, что обеспечивает повышение надежности и живучести устройства и всей системы ДУ КЛА на орбите Земли, а значит обеспечивает выполнение поставленной задачи.

Формула изобретения

Устройство для подачи топлива в двигательную установку космического летательного аппарата, содержащее магистрали подачи топлива от топливных баков к управляющим ракетным двигателям с клапанами и проверочными горловинами, соединенными между собой обводными трубопроводами, отличающееся тем, что в нем каждая проверочная горловина снабжена запорно-управляющим устройством, выполненным в виде стакана из немагнитного материла, свободно вращающегося относительно своей продольной оси с патрубком из магнитного материала, торцевая часть которого притерта и размещена в кольцевом пазе, выполненном внутри корпуса проверочной горловины, причем кольцевой паз сообщен с магистралями подачи через патрубок с полостью стакана, при этом в каждой проверочной горловине в местах стыковки с магистралями подачи топлива установлены управляющие кольцевые электромагниты, а на каждом обводном трубопроводе установлены запорные клапана.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2