Система хранения и подачи иода



Система хранения и подачи иода
Система хранения и подачи иода

 

F02K99/00 - Реактивные двигательные установки (размещение и крепление реактивных двигательных установок на наземных транспортных средствах или транспортных средствах вообще B60K; размещение и крепление реактивных двигательных установок на судах B63H; управление положением в пространстве, направлением и высотой полета летательного аппарата B64C; размещение и крепление реактивных двигательных установок на летательных аппаратах B64D; установки, в которых энергия рабочего тела распределяется между реактивными движителями и движителями иного типа, например воздушными винтами F02B,F02C; конструктивные элементы реактивных двигателей, общие с газотурбинными установками, воздухозаборники и управление топливоподачей в воздушно-реактивных двигателях F02C)

Владельцы патента RU 2557789:

Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" (RU)

Предлагаемое изобретение относится к области электроракетных двигателей, в частности к системам хранения и подачи в них рабочего тела (иода). В системе хранения и подачи иода, содержащей снабженную нагревателем цилиндрическую емкость с иодом, которая сообщена с электроракетным двигателем трубопроводом с клапаном, на днище внутри цилиндрической емкости со стороны трубопровода установлена пористая шайба, контактирующая с кристаллическим иодом, причем цилиндрическая емкость со стороны, противоположной трубопроводу, содержит фланец и подпружиненный относительно него поршень, контактирующий с другой стороны с кристаллическим иодом, при этом нагреватель снабжен электрической изоляцией, контактирующей снаружи с днищем емкости со стороны трубопровода. Причем в системе подачи иода поршень выполнен составным в виде наружного стакана, контактирующего с цилиндром емкости, и вставленного в него внутреннего стакана, при этом днища стаканов обращены в разные стороны и между его днищами установлена пружина. Изобретение направлено на обеспечение стабильной подачи иода при любом расположении цилиндрической емкости в условиях гравитации и микрогравитации. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области систем хранения и подачи иода с заданным расходом в установки различного назначения, в частности в электроракетные двигатели (ЭРД).

Конструкция системы хранения и подачи рабочего тела (СХП РТ) в стационарные ЭРД зависит от того, в каком состоянии это рабочее тело хранится. Например, инертный газ ксенон, как правило, хранится в газообразном состоянии при высоком давлении. В таком случае СХП РТ содержит баллон высокого давления, ресивер, теплообменник, клапаны, редуктор, датчики давления и температуры [Островский В.Г., Сухов Ю.И. «Разработка, создание и эксплуатация ЭРД и ЭРДУ в ОКБ-1 - ЦКБЭМ - НПО «Энергия» - РКК «Энергия» (1958-2011)» под редакцией и при участии Соколова Б.А. Ракетно-космическая техника. Труды РКК "Энергия". Сер.XII. Вып.3-4, 2011 г., стр.119-120].

Ввиду небольшой плотности газа и большого количества арматуры недостатком такой СХП РТ является ее большая масса и габариты.

При использовании металлического рабочего тела габаритные размеры баков с рабочим телом могут быть уменьшены за счет большой плотности металла. Например, в работе [Островский В.Г., Сухов Ю.И. «Разработка, создание и эксплуатация ЭРД и ЭРДУ в ОКБ-1 - ЦКБЭМ - НПО «Энергия» - РКК «Энергия» (1958-2011)» под редакцией и при участии Соколова Б.А. Ракетно-космическая техника. Труды РКК "Энергия". Сер.XII. Вып.3-4, 2011 г., стр.81] приведен вариант пневмогидросхемы на рабочем теле ртути. СХП ртути состоит из баков, разделенных с помощью гибкой перегородки на две герметичные емкости. Одна из емкостей сообщается через пневмоблок и арматуру с газовым баллоном, заполненным азотом, а другая заполнена ртутью и через электропневмоклапан и фильтр гидравлически связана с магистралью, к которой через электромагнитные дроссели подключены ЭРД. Однако от применения ртути отказались вследствие ее токсичности. Другие металлические рабочие тела, например, висмут, имеют высокие температуры фазовых переходов, что значительно усложняет СХП РТ и увеличивает интенсивность конденсации их на поверхности КА.

За прототип предлагаемого изобретения принята электроракетная двигательная установка (ЭРДУ) [Патент RU 2308610. Электроракетная двигательная установка и способ ее эксплуатации Островский В.Г. 20.10.2007], более 90% рабочего тела которой составляет иод. В этой ЭРДУ СХП выполнена в виде содержащей иод емкости, снабженной нагревателем и соединенной трубопроводом с анодом ЭРД.

К недостаткам прототипа относятся большие потери энергии для испарения всей массы иода в емкости, которая может составлять сотни килограмм. Кроме того, при работе в космосе при микрогравитации иод будет перемещаться по объему емкости, не прижимаясь к ее стенкам. При этом передача тепла от нагревателя будет происходить излучением, значительно снизив свою эффективность, т.е. КПД.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение КПД СХП иода при работе ЭРДУ в космическом пространстве.

Задача решается следующим образом.

В системе хранения и подачи иода, содержащей снабженную нагревателем цилиндрическую емкость с иодом, которая сообщена с электроракетным двигателем трубопроводом с клапаном, на днище внутри цилиндрической емкости со стороны трубопровода установлена пористая шайба, контактирующая с кристаллическим иодом, причем цилиндрическая емкость со стороны, противоположной трубопроводу, содержит фланец и подпружиненный относительно него поршень, контактирующий с другой стороны с кристаллическим иодом, при этом нагреватель снабжен электрической изоляцией, контактирующей снаружи с днищем емкости со стороны трубопровода.

Причем в системе подачи иода поршень выполнен составным в виде наружного стакана, контактирующего с цилиндром емкости, и вставленного в него внутреннего стакана, при этом днища стаканов обращены в разные стороны и между его днищами установлена пружина.

На фиг.1 представлен общий вид СХП иода, которая состоит из цилиндрической емкости 1 с днищем 2, герметично соединенным трубопроводом 3, снабженным клапаном 4, с электроракетным двигателем. Цилиндрическая емкость 1 со стороны, противоположной трубопроводу 3, содержит фланец 5 и подпружиненный относительно него поршень. Поршень выполнен составным в виде наружного стакана 6 с днищем 7, контактирующего с внутренней цилиндрической поверхностью емкости 1, и вставленного в него внутреннего стакана 8 с днищем 9, при этом днища стаканов 7 и 9 обращены в разные стороны и между ними установлена пружина 10. Днище наружного стакана 7 контактирует с кристаллическим иодом 11. Причем на днище 2 внутри емкости 1 установлена пористая шайба 12, контактирующая с кристаллическим иодом 11, при этом нагреватель 13 снабжен электрической изоляцией 14, контактирующей с днищем 2 снаружи цилиндрической емкости 1 и окруженной радиационными экранами 15. На фиг.2 показано положение стаканов 6 и 8 в конце работы СХП. Пространство между стаканами 6 и 8 и цилиндрической емкостью 1 минимальное.

СХП иода работает следующим образом.

В цилиндрической емкости 1 демонтируют фланец 5 и поршни 6 и 8 с пружиной 10. Засыпают кристаллический иод 11 в цилиндрическую емкость и вставляют наружный стакан 6 поршня днищем 7, обращенным к иоду 11. В полость наружного стакана 6 вставляют внутренний стакан 8 с пружиной 10, установленной между обращенными в разные стороны днищами 7 и 9 стаканов 6 и 8. Надавливая на днище 9 внутреннего стакана 8 фланцем 5, сжимают пружину 19. Герметизируют цилиндрическую емкость 1 и закрепляют на ней загрузочный фланец 5. Включают нагреватель 13 и нагревают днище 2, пористую шайбу 12 и прилегающий к ней слой иода до температуры (100-110)°C, а также клапан 4 и трубопровод 3. При этом происходит испарение слоя кристаллического иода, примыкающего к пористой шайбе 12. Открывают клапан 4, при этом пар иода через клапан 4 поступает в трубопровод 3 и затем в электроракетный двигатель. По мере уменьшения объема кристаллического иода 11 под действием пружины 10 происходит перемещение наружного стакана 6 поршня, прижимающего иод 11 к поверхности пористой шайбы 12, стабилизируя режим испарения иода. При этом при полном опорожнении цилиндрической емкости 1 внутренний стакан 8 остается прижатым к фланцу 5, а наружный стакан 6 под действием пружины 10 выдвигается до упора в пористую шайбу 12, оставляя минимальным объем между стаканами 6, 8 и фланцем 5. При этом управлять расходом иода можно либо с помощью стандартного расходомера, либо оттарировав расход по подведенной мощности.

Таким образом, обеспечивается стабильная подача иода при любом расположении цилиндрической емкости 1 в условиях гравитации и микрогравитации. Кроме того, значительно повышается КПД за счет расхода энергии только на испарение небольшого слоя иода, а не всего иода, масса которого может составлять десятки и сотни килограмм, а также передачей тепла от нагревателя за счет теплопроводности и снижением его потерь с помощью радиационных экранов 15.

1. Система хранения и подачи иода, содержащая снабженную нагревателем цилиндрическую емкость с иодом, которая сообщена с электроракетным двигателем трубопроводом с клапаном, отличающаяся тем, что на днище внутри цилиндрической емкости со стороны трубопровода установлена пористая шайба, контактирующая с кристаллическим иодом, при этом цилиндрическая емкость со стороны, противоположной трубопроводу, содержит фланец и подпружиненный относительно него поршень, с другой стороны контактирующий с кристаллическим иодом, причем нагреватель снабжен электрической изоляцией, контактирующей снаружи с днищем емкости со стороны трубопровода.

2. Система хранения и подачи иода по п.1, отличающаяся тем, что поршень выполнен составным в виде наружного стакана, контактирующего с цилиндром емкости, и вставленного в него внутреннего стакана, при этом днища стаканов обращены в разные стороны и между его днищами расположена пружина.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к плазменному реактивному двигателю на основе эффекта Холла. Двигатель содержит окружающий основную ось кольцевой выпускной канал, который имеет открытый нижний по потоку конец и ограничен внутренней стенкой и наружной стенкой, катод, магнитный контур для создания магнитного поля в канале, трубопровод для подачи способного к ионизации газа в канал.

Предлагаемое изобретение относится к области электроракетных двигателей. В двигателе с замкнутым дрейфом электронов, содержащем электромагнит, магнитопровод с полюсами, анод и катод-нейтрализатор, жестко связанные с магнитопроводом, и расположенную внутри него кольцевую разрядную камеру, закрепленную на фланце, подпружиненном относительно магнитопровода, фланец с закрепленной на нем кольцевой разрядной камерой соединен со стержнем, другой конец которого прикреплен к магнитопроводу, причем стержень выполнен из материала, обладающего скоростью ползучести, равной линейной скорости эрозии стенок разрядной камеры.

Изобретение относится к области создания электрических реактивных двигателей. Предлагается электрический ракетный двигатель небольшой мощности в качестве корректирующего для космического аппарата многолетнего использования с применением вместо газообразной составляющей твердого топлива в виде металла высокой плотности, преобразованного в плазменный сгусток, под действием электрического разряда.

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для коррекции космического аппарата (КА) с помощью электрореактивных плазменных двигателей (ЭРПД).

Изобретение относится к энергетике. Ионный двигатель, содержащий корпус, закрепленные жестко на наружной поверхности корпуса газоразрядную камеру и ионно-оптическую систему и катод-нейтрализатор, установленный на корпусе, при этом корпус ионного двигателя имеет торообразную форму, причем катод-нейтрализатор установлен по центральной оси корпуса, электроды ионно-оптической системы и газоразрядная камера выполнены кольцеобразной формы, при этом их внутренние поверхности по периметру жестко закреплены на внутренней поверхности корпуса ионного двигателя.

Изобретение относится к плазменной технике и к плазменным технологиям и может использоваться, в частности, в качестве электроракетного двигателя. Катод (1) и два электрически изолированных анода (2, 3) образуют ускорительный канал эрозионного импульсного плазменного ускорителя (ЭИПУ).

Ускоритель плазмы предназначен для получения тяги при перемещении космических объектов и в технологии для получения композитных порошков, напыления и обработки материалов.

Изобретение относится к области ракетно-космической техники. Плазменный двигатель на наночастицах металлов или металлоидов содержит последовательно расположенные камеру сгорания, один вход в которую служит для ввода твердых наночастиц металла или металлоида в качестве топлива, а другой - для ввода окислителя топлива в виде водяного пара или кислорода, при смешении которых в камере возникает горение, хемоионизационные реакции окисления, дающие тепловой эффект, высокие температуры и образование нагретой плазмы, содержащей жидкие оксиды металлов или металлоидов, устройство охлаждения плазмы до температуры ниже температуры плавления полученных оксидов и образования в нагретой плазме твердых пылевых отрицательно заряженных оксидов металлов или металлоидов, электростатическое или электромагнитное разгонное устройство, которое разгоняет электростатическим или электромагнитным полем истекающую из устройства охлаждения нагретую плазму и создает высокоскоростной поток нагретой пылевой плазмы с высокоскростными отрицательно заряженными оксидами металлов или металлоидов, который истекает в окружающую среду и создает реактивную тягу двигателя.

Группа изобретений относится к ионному двигателю (ИД) для космического аппарата и способу его эксплуатации. ИД (1) включает в себя ионизационную камеру (2) с высокочастотным генератором (4) ионизирующего электромагнитного поля.

Изобретение относится к плазменному маневровому реактивному двигателю на основе эффекта Холла, используемому для перемещения спутников с помощью электричества. Плазменный реактивный двигатель на основе эффекта Холла содержит основной кольцевой канал ионизации и ускорения.

Изобретение относится к энергетике. Электровзрывной реактивный пульсирующий двигатель включает полую диэлектрическую камеру, в отверстиях стенки которой и в изоляторах, изготовленных из упругого диэлектрика, расположены два разнополярных электрода Торцы электродов не выступают во внутреннюю полость камеры и расположены напротив друг друга или со смещением относительно друг друга.
Ракетный двигатель содержит камеру сгорания, в которую подают боран, или силан, или фосфин, или герман, или другие гидриды, имеющие положительную энтальпию образования из простых веществ, или их смесь.

Изобретение относится к области ракетно-космической техники. Плазменный двигатель на наночастицах металлов или металлоидов содержит последовательно расположенные камеру сгорания, один вход в которую служит для ввода твердых наночастиц металла или металлоида в качестве топлива, а другой - для ввода окислителя топлива в виде водяного пара или кислорода, при смешении которых в камере возникает горение, хемоионизационные реакции окисления, дающие тепловой эффект, высокие температуры и образование нагретой плазмы, содержащей жидкие оксиды металлов или металлоидов, устройство охлаждения плазмы до температуры ниже температуры плавления полученных оксидов и образования в нагретой плазме твердых пылевых отрицательно заряженных оксидов металлов или металлоидов, электростатическое или электромагнитное разгонное устройство, которое разгоняет электростатическим или электромагнитным полем истекающую из устройства охлаждения нагретую плазму и создает высокоскоростной поток нагретой пылевой плазмы с высокоскростными отрицательно заряженными оксидами металлов или металлоидов, который истекает в окружающую среду и создает реактивную тягу двигателя.

Конический ракетный двигатель бессоплового бескорпусного типа содержит шашку твердого топлива с одним или несколькими каналами на всю длину шашки, заполненными более быстро горящим топливом, чем основное топливо, или же шашка имеет несколько параллельных каналов, причем часть из них обрываются от поверхности шашки на расстоянии, равном или большем половине расстояния между соседними каналами.

Ракетный двигатель включает жидкое или твердое ракетное топливо, в котором окислитель и/или горючее содержит связанный азот, а также мелкодисперсный или связанный бор, причем количество атомов бора и азота 1:1 с отклонением ±20%.

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано в качестве корректирующей двигательной установки космического аппарата. Жидкостно-газовый реактивный двигатель (ЖГРД) содержит бак, заполненный жидким рабочим телом - водой, с выходным отверстием в крышке, камеру и реактивное сопло.

Устройство для подачи пылеобразного рабочего тела в электроракетный двигатель относится к области электрических ракетных двигателей (ЭРД), в которых используют пыль в качестве рабочего тела для создания тяги.

Микроэлектромеханический ракетный двигатель предназначен для использования в составе космических разгонных блоков, наноспутников. Микроэлетромеханический ракетный двигатель выполнен в виде структуры из полупроводниковых кристаллов кремния, расположенных один над другим, в одном из которых выполнена камера сгорания с топливным элементом, и содержит блок поджига топлива с металлическими проводниками.

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано в двигательных и энергетических установках перспективных средств межорбитальной транспортировки, предназначенных для доставки космических аппаратов на различные высокоэнергетические орбиты и отлетные от Земли траектории.

Изобретение относится к двигателям, используемым в составе имитаторов боевых средств тренажеров для обучения и тренировки операторов переносных зенитных ракетных комплексов.

Изобретение относится к реактивным двигателям летательных аппаратов, преимущественно орбитальных и аэрокосмических аппаратов. Технический результат - повышение КПД, удельного импульса и ресурса работы лазерного ракетного двигателя. Лазерный ракетный двигатель (ЛРД) (вариант 1) содержит систему двух отражающих (3) и фокусирующих (4) зеркал, расположенных в герметичной предварительной камере (5), сообщенной с камерой поглощения (7) посредством газодинамического окна (6), систему подачи рабочего тела, сверхзвуковое сопло (8), тракт охлаждения (9). Вход для лазерного излучения в предварительную камеру (5) обеспечивается двумя твердыми охлаждаемыми окнами (2), прозрачными для применяемого вида лазерного излучения, при этом давление в предварительной камере (5) выше, чем в камере поглощения (7), а два зеркала (1), отражающие внешнее лазерное излучение, расположены снаружи лазерного ракетного двигателя. ЛРД (вариант 2) содержит систему конического отражающего (3) и фокусирующего (4) зеркал, расположенных в герметичной предварительной камере (5), сообщенной с камерой поглощения (7) посредством газодинамического окна (6), систему подачи рабочего тела - коллектор (10) тракт охлаждения (9), сверхзвуковое сопло (8). Вход лазерного излучения в предварительную камеру (5) обеспечивается кольцевым твердым охлаждаемым окном (2), прозрачным для лазерного излучения, причем давление в предварительной камере (5) выше, чем в камере поглощения (7), а коническое зеркало (1), отражающее внешнее лазерное излучение в двигатель, расположено снаружи лазерного ракетного двигателя. Оптические центры наружного (1), внутреннего (3) отражающих зеркал и твердого окна (2) находятся на одной оси. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх