Топливный бак двигательной установки летательного аппарата

Изобретение относится к ракетной и космической технике, более конкретно к топливному баку летательного аппарата. Топливный бак содержит корпус, состоящий из осесимметричного фланца с двумя днищами в виде оболочек вращения, штуцеров подачи газа наддува и отбора топлива, и две жесткие, выполненные в виде оболочек вращения диафрагмы, контактирующие посредством отбортовки торцевого сечения с фланцем бака. Центральный участок каждой из диафрагм выполнен выпуклым в сторону днища бака с радиусом, равным радиусу днища бака, периферийный участок каждой из диафрагм выполнен вогнутым по отношению к соответствующему днищу бака, а сумма площадей участков диафрагмы и площади отбортовки равна площади поверхности соответствующего днища бака, при этом диафрагмы с соответствующими днищами бака образуют топливные полости, а с фланцем образуют газовую полость. Технический результат заключается в снижении массы топливного бака. 1 ил.

 

Предлагаемое техническое решение относится к ракетной и космической технике и может быть использовано при конструировании одноразовых топливных баков двигательных установок (ДУ) летательных аппаратов (ЛА), работающим в условиях невесомости или знакопеременных перегрузок.

Из уровня техники известны топливные баки летательных аппаратов, содержащие силовую оболочку со штуцерами заправки и выдачи жидкости, подвода управляющего газа, эластичную диафрагму, закрепляемую на стенке силовой оболочки (Патент США №4335751, 1982, патент РФ №2158699, 10.11.2000).

Недостатком известных устройств является использование диафрагмы из эластичного материала, применяя который, сложно обеспечить герметичное соединение диафрагмы с металлической конструкцией бака. При этом эластичные полимерные материалы должны быть стойкими к агрессивным воздействиям топлив и выдерживать высокие температуры нагретого вытесняющего газа. Следует учитывать, что при частичной выработке топлива из-за малой жесткости такие диафрагмы не препятствуют массе топлива совершать перемещения и колебания, что может привести к гидравлическим ударам, изменению центровки летательного аппарата.

Известны также баки топливных систем ЛА, содержащие корпус, состоящий из фланца с днищами, и металлические вытеснительные диафрагмы в виде оболочек вращения, разделенные стенкой и опертые посредством отбортовки торцевого сечения на днища бака (Залесов В.Н., Даев И.Ф. Пластическое деформирование вытеснительных диафрагм. М.: Машиностроение, 1977 г., с.6, рис.2).

Основным недостатком указанных баков является повышенная масса конструкции не только бака, обусловленная наличием разделительной стенки, но и всей ДУ, т.к. для обеспечения топливом двигателей необходима подающая под давлением газ вытеснительная система, включающая ряд агрегатов: соединенные трубопроводами баллон высокого давления, клапаны - редукционный, обратный, предохранительный и т.п.

Целью предложенного технического решения является устранение указанного недостатка - снижение массы бака при одновременном снижении массогабаритных параметров всей ДУ ЛА.

Поставленная цель достигается тем, что в топливном баке ДУ ЛА, содержащем корпус, состоящий из осесимметричного фланца с двумя днищами в виде оболочек вращения, штуцеров подачи газа наддува и отбора топлива, две жесткие, выполненные в виде оболочек вращения диафрагмы, контактирующие посредством отбортовки торцевого сечения с фланцем бака, центральный участок каждой из диафрагм выполнен выпуклым в сторону днища бака с радиусом, равным радиусу днища бака, периферийный участок каждой из диафрагм выполнен вогнутым по отношению к соответствующему днищу бака, а сумма площадей участков диафрагмы и площади отбортовки равна площади поверхности соответствующего днища бака, при этом диафрагмы с соответствующими днищами бака образуют топливные полости, а с фланцем образуют газовую полость.

Выполнение каждой из жестких диафрагм из листового металла предложенной формы, а именно с центральным участком, выпуклым в сторону днища бака с радиусом, равным радиусу днища бака, и вогнутым периферийным участком, позволяет исключить из конструкции бака разделительную стенку.

На реализацию выполнения основной задачи бака - обеспечение максимально полной выработки топлива - направлен другой важный признак предлагаемого технического решения - равенство площадей центрального и периферийного участков диафрагмы и отбортовки площади поверхности соответствующего участка днища бака, к которому диафрагма прилегает в конце выработки топлива. Невырабатываемые остатки топлива в предложенной конструкции бака составляют менее 1% от массы заправляемого топлива.

Установка диафрагм новой формы образует в баке три внутренние полости - две топливные и одну газовую. Наличие газовой полости в баке, которую при заправке надувают газом повышенного давления, позволяет исключить из ДУ, в состав которой входит бак, вытеснительную систему подачи топлива, что существенно снижает массогабаритные параметры ДУ и дополнительно повышает ее надежность.

Предложенное техническое решение поясняется чертежом. Топливный бак состоит из корпуса, образованного осесимметричным фланцем 1 с штуцером подачи газа наддува 2 и двумя днищами 3 в виде оболочек вращения, в которые вварены штуцеры отбора топлива 4. Внутри бака закреплены две жесткие, выполненные в виде оболочек вращения диафрагмы 5, изготовленные из легкодеформируемого металла и опертые посредством отбортовки 6 торцевого сечения на фланец 1. Каждая из диафрагм включает центральный участок 7, выпуклый в сторону ближнего к нему днища бака с радиусом R, равным радиусу днища бака, и периферийный участок, вогнутый по отношению к соответствующему днищу. Бак содержит две топливные полости А и одну газовую полость Б.

Работает топливный бак следующим образом.

В наземных условиях через штуцеры 4 заправляют полости А компонентами топлива, затем в полость Б через штуцер 2 подают газ наддува до определенного заранее повышенного давления.

В рабочем режиме происходит дозированный отбор компонентов топлива через штуцеры 4. При включении двигателей возникает перепад давления и находящийся в полости Б газ повышенного давления воздействует на жесткие диафрагмы 5, прогибает их, и таким образом топливо поступает в двигатели.

Заправочное давление в газовой полости Б рассчитывается с условием обеспечения в конце полной выработки компонентов топлива заданного для двигателей значения давления, необходимого для их функционирования. При полном опорожнении топливных емкостей А диафрагмы 5 прилегают к внутренним поверхностям днищ 3 и принимают их форму.

Предлагаемое техническое решение позволяет снизить массу топливного бака одноразового использования при одновременном существенном снижении массогабаритных параметров ДУ ЛА и дополнительном повышении надежности.

Топливный бак двигательной установки летательного аппарата, содержащий корпус, состоящий из осесимметричного фланца с двумя днищами в виде оболочек вращения, штуцеры подачи газа наддува и отбора топлива, две жесткие, выполненные в виде оболочек вращения диафрагмы, контактирующие посредством отбортовки торцевого сечения с фланцем бака, отличающийся тем, что центральный участок каждой из диафрагм выполнен выпуклым в сторону днища бака с радиусом, равным радиусу днища бака, периферийный участок каждой из диафрагм выполнен вогнутым по отношению к соответствующему днищу бака, а сумма площадей участков диафрагмы и площади отбортовки равна площади поверхности соответствующего днища бака, при этом диафрагмы с соответствующими днищами бака образуют топливные полости, а с фланцем образуют газовую полость.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигателестроению, а точнее к импульсному детонационному ракетному двигателю. .

Изобретение относится к области систем автоматического регулирования и может быть использовано для наддува топливных баков в двигательных установках с жидкостными ракетными двигателями, в том числе с жидкостными ракетными двигателями малой тяги и газовыми ракетными двигателями систем маневрирования и ориентации космических летательных аппаратов.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к области космической техники, а точнее к области проектирования и эксплуатации реактивных двигательных установок, обеспечивающих дозаправку космических объектов в условиях космического пространства.

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

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

Изобретение относится к области проектирования и эксплуатации систем хранения и подачи компонентов топлива двигательных установок (ДУ) космических летательных аппаратов (КЛА).

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

Изобретение относится к области космической техники, а точнее - к области проектирования и эксплуатации реактивных двигательных установок, обеспечивающих дозаправку космических объектов в условиях космического пространства.

Изобретение относится к области топливных систем летательных аппаратов, преимущественно беспилотных. .

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам для хранения жидкости с возможностью ее вытеснения под давлением газа, и может быть использовано для вытеснения пускового горючего при запуске жидкостного ракетного топлива.

Изобретение относится к пневмогидравлической системе подачи компонентов топлива реактивной двигательной установки космического аппарата. Топливный бак содержит герметичный корпус, выполненный из двух полусфер с входным и выходным штуцерами и элементами внешнего крепления. Внутри корпуса расположена и герметично соединена с ним по периметру металлическая диафрагма. Ее толщина наибольшая в экваториальной части и плавно уменьшается к полюсной части. При этом диафрагма в экваториальной части (6) выполнена в форме усеченного конуса, в средней части (7) - в форме торовой поверхности, а в полюсной части (8) - в форме сегмента сферической поверхности. Конечное (после перекладки) положение диафрагмы на чертеже показано внешним пунктиром. Техническим результатом изобретения является повышение эксплуатационных качеств металлической мембраны за счет уменьшения нагрузок и деформаций мембраны в местах ее крепления к корпусу бака. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области ракетного двигателестроения. Способ наддува топливных баков жидкостной ракетной двигательной установки, содержащей смеситель, основанный на уменьшении температуры поступающего в смеситель дозированного количества генераторного газа перед подачей на наддув, согласно изобретению, в смеситель подают дозированное количество газа с более низкой температурой и высоким значением газовой постоянной, например гелий. Способ реализован в ЖРДУ, включающей смеситель, соединенный с газогенератором и топливным баком посредством подводящих трубопроводов, в которой, согласно изобретению, смеситель соединен с помощью подводящего трубопровода с баллоном с газом с высоким значением газовой постоянной, например гелием. Изобретение обеспечивает устранение непроизводительных затрат компонентов топлива на наддув баков и увеличенного сажеобразования в линии наддува бака горючего, возникающего при балластировке восстановительного генераторного газа углеводородным горючим. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области ракетно-космической техники. Система подачи топлива двигательной установки космического аппарата, содержащая блок управления, топливные баки с деформируемыми металлическими перегородками, разделяющими их на жидкостные и газовые полости, пневмомагистраль с электропневмоклапанами, сообщающую баллон высокого давления с газовыми полостями топливных баков, топливные магистрали горючего и окислителя с электрожидкостными клапанами и сигнализаторы давления, при этом она включает дополнительный баллон высокого давления, соединенный с пневмомагистралью автономным трубопроводом, содержащим пару параллельно установленных пироклапанов, при этом пневмомагистраль дополнительно снабжена другой парой параллельно установленных пироклапанов между баллоном высокого давления и автономным трубопроводом, после которого параллельно установлены две пары последовательно соединенных электропневмоклапанов, а сигнализаторы давления размещены в одной из топливных магистралей перед электрожидкостным клапаном. Изобретение обеспечивает гарантированный спуск космического аппарата с орбиты после длительной эксплуатации на Землю и повышение надежности системы подачи топлива его двигательной установки. 1 ил.

Изобретение относится к области двигательных установок на криогенном топливе, и в частности к криогенной двигательной установке (1), содержащей по меньшей мере один маршевый двигатель (6) многократного запуска, первый криогенный бак (2), соединенный с маршевым двигателем (6) для его питания первым компонентом топлива, первый газовый бак (4), по меньшей мере один осаждающий топливо двигатель (7, 8) и первый питающий контур (16) для питания первого газового бака (4). Изобретение также относится к способу питания первого газового бака (4) первым компонентом топлива в газообразном состоянии. Указанный первый питающий контур (16) первого газового бака (4) соединен с первым криогенным баком (2) и содержит теплообменник (19), использующий тепло, выделяемое по меньшей мере одним осаждающим топливо двигателем (7, 8), для испарения потока жидкого первого компонента топлива, отводимого от первого криогенного бака (2), для питания первого газового бака (4) указанным первым компонентом топлива в газообразном состоянии. Изобретение обеспечивает повторный наддув криогенного бака, питание двигателя малой тяги и/или питание рулевых двигателей. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям, в частности, к устройству для создания избыточного давления в первом резервуаре (2), содержащему по меньшей мере второй резервуар (3), выполненный с возможностью содержать в себе криогенную текучую среду, первый контур (13) создания избыточного давления для обеспечения сообщения между вторым резервуаром (3) и первым резервуаром (2), причем первый контур (13) создания избыточного давления содержит по меньшей мере первый теплообменник (15) для нагрева потока криогенной текучей среды, отводимого от второго резервуара (3) через первый контур (13) создания избыточного давления, и второй контур (14) создания избыточного давления с компрессором (31b), ответвляющийся от первого контура (13) создания избыточного давления и сообщающийся со вторым резервуаром (3). Изобретение относится также к системе (1) подачи в реактивный двигатель по меньшей мере первого жидкого компонента топлива, содержащей по меньшей мере первый резервуар (2), выполненный с возможностью содержать в себе первый жидкий компонент топлива, и устройство для создания избыточного давления в первом резервуаре (2). Изобретение обеспечивает создание избыточного давления в первом резервуаре, содержащем второй резервуар с криогенной текучей средой. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области ракетных двигателей, более конкретно к системе подачи ракетного топлива в ракетный двигатель (2), включающей в себя первый бак (3), второй бак (4), первую систему питания (6), соединенную с первым баком (3), и вторую систему питания (7), соединенную со вторым баком (4). Для охлаждения ракетного топлива, содержащегося во втором баке (4), первая система питания (6) включает в себя ответвление (12), проходящее через первый теплообменник (14), встроенный во второй бак (4). Изобретение также относится к способу подачи ракетного топлива в ракетный двигатель (2). Изобретение обеспечивает поддержание давления внутри баков выше минимального предела. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям. Ракетный двигатель в сборе (5), включающий в себя бак (30B) для жидкого кислорода, двигатель (10), имеющий камеру сгорания (12), и «нагреватель» теплообменник (46) для превращения в пар жидкого кислорода. Ракетный двигатель в сборе имеет контур паров кислорода (60) для направления паров кислорода с помощью нагревателя в камеру сгорания или в бак. При направлении паров кислорода в камеру сгорания двигатель развивает малую тягу. Изобретение обеспечивает работу двигателя на большой и малой тяге, избегая появления колебательных явлений в системе подачи горючего. 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к ракетной и космической технике, более конкретно к топливному баку летательного аппарата. Топливный бак содержит корпус, состоящий из осесимметричного фланца с двумя днищами в виде оболочек вращения, штуцеров подачи газа наддува и отбора топлива, и две жесткие, выполненные в виде оболочек вращения диафрагмы, контактирующие посредством отбортовки торцевого сечения с фланцем бака. Центральный участок каждой из диафрагм выполнен выпуклым в сторону днища бака с радиусом, равным радиусу днища бака, периферийный участок каждой из диафрагм выполнен вогнутым по отношению к соответствующему днищу бака, а сумма площадей участков диафрагмы и площади отбортовки равна площади поверхности соответствующего днища бака, при этом диафрагмы с соответствующими днищами бака образуют топливные полости, а с фланцем образуют газовую полость. Технический результат заключается в снижении массы топливного бака. 1 ил.

Наверх