Блок подачи рабочего тела в реактивный двигатель космического аппарата

Изобретение относится к космической технике, а точнее к блоку подачи рабочего тела (РТ), например ксенона, в реактивный двигатель космического аппарата (КА). Блок подачи рабочего тела в реактивный двигатель космического аппарата, содержащий баллон высокого давления, заполненный РТ, например ксеноном, и имеющий выходную магистраль высокого давления с заправочной горловиной и подключенной к двум параллельным понижающим давление магистралям, выходы которых подключены к реактивному двигателю через ресивер, выполненный с наружной теплоизоляцией, как и выходная магистраль высокого давления, выполненный с электрообогревателем, управляемым блоком управления по температурному датчику, и каждая из которых содержит последовательно включенные пускоотсечной клапан, функционально связанный с блоком управления и редуктор давления, наружную изоляцию выходной магистрали высокого давления и ресивера. В предложенном устройстве в каждую из понижающих давление магистралей включены соответственно дополнительный пускоотсечной клапан, функционально связанный с блоком управления и редуктор давления соответственно перед основным пускоотсечным клапаном и редуктором давления, причем указанные участки каждой из понижающей давление магистралей между их дополнительными и основными редукторами выполнены с одним общим устройством теплоподвода одновременно от электронагревателя, управляемого блоком управления по его температурному датчику и от одного общего для обоих указанных участков магистралей конденсатора тепловой трубы, испаритель которой связан в тепловом отношении с баллоном высокого давления, причем тепловая труба выполнена с наружной теплоизоляцией по всей ее длине, как и элементы конструкции устройства, с которыми она связана в тепловом отношении. Конденсатор тепловой трубы связан в тепловом отношении также с ресивером. Изобретение обеспечивает повышение надежности работы устройства при улучшении его габаритно-массовых характеристик. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к космической технике, а точнее к блоку подачи рабочего тела, например ксенона, в реактивный двигатель космического аппарата (КА).

Работа устройств подачи рабочего тела в двигательную установку (ДУ) КА заключается в подаче в реактивный двигатель рабочего тела из баллона высокого давления с предварительным снижением его давления до рабочего и его подогревом.

Известна корректирующая двигательная установка (КДУ) для аппаратов типа «Ресурс» (книга «Конструирование автоматических космических аппаратов» под редакцией чл.-кор. РАН Д.И. Козлова. Москва, Машиностроение. 1996. Стр. 419-422), включающая: шар-баллоны, датчики давления, электропневмоклапаны, блок редукторов, клапаны наддува, обратные клапаны, полости бака, пневмоклапаны, заправочные горловины, сигнализаторы давления, камеру сгорания.

Недостаток указанной КДУ заключается в большой массе, связанной с использованием двух видов рабочих тел (горючего и окислителя). Кроме того, принципиальная схема КДУ не позволяет обеспечивать работу в двух режимах с разными тягами двигателя, что ограничивает возможности ее применения для ДУ с малыми и большими тягами.

В качестве прототипа выбрана система подачи рабочего тела двигательной установки космического аппарата (патент RU №2293200), содержащая баллон высокого давления, заполненный рабочим телом и имеющий выходную магистраль с установленным в ней дросселем и заправочную горловину, подключенную к выходной магистрали. Выходная магистраль подключена к понижающим давление магистралям, каждая из которых включает последовательно установленные пускоотсечной клапан, функционально связанный с блоком управления, и редуктор давления; ресивер, установленный перед реактивным двигателем, снабженный источником энергии и температурным датчиком.

В указанной системе:

- дроссель выполнен в виде коаксиально установленного в выходной магистрали электронагревателя с резьбовым дросселирующим соединением его наружной поверхности с ее внутренней поверхностью и функционально связанного с блоком управления, причем выходная магистраль выполнена с наружной теплоизоляцией;

- ресивер выполнен со сквозной трубой с оребрением со стороны его полости, в которую установлен электронагреватель, функционально связанный через блок управления с температурным датчиком, установленным на ресивере, выполненным с наружной теплоизоляцией;

- к ресиверу подключен выход дополнительной понижающей давление магистрали, включающей последовательно установленные пускоотсечной клапан и редуктор давления, выполненные аналогично пускоотсечному клапану и редуктору давления в основной понижающей давление магистрали, а вход ее подключен между дросселем и пускоотсечным клапаном основной понижающей давление магистрали.

Недостатки устройства-прототипа заключаются в невозможности достаточно длительного времени непрерывной работы устройства из-за того, что в каждой понижающей давление магистрали применен один редуктор давления, который предназначен понижать давление рабочего тела от 250 (кгс/см2) до 1,75 (кгс/см2). Так как при снижении давления происходит одновременно расширение объема и снижение температуры рабочего тела, то при этом образуется конденсат из газообразного рабочего тела. Нерегулируемое образование конденсата в редукторе давления резко снижает надежность его работы в части обеспечения заданного давления на его выходе (1,75±0,1) кгс/см2. При больших перепадах давления требуется и достаточно большой и быстрый теплоподвод к месту возможного образования конденсата, чтобы исключить его появление. Реализация такого теплоподвода к сложным конструкциям, к которым относится редуктор давления, проблематична и связана не только со снижением надежности устройства, но и с ухудшением его габаритно-массовых характеристик.

Задачи предложенного технического решения: расширение возможностей применения, повышение надежности работы устройства при улучшении его габаритно-массовых характеристик.

Поставленные задачи решены за счет того, что в предложенном блоке подачи рабочего тела в реактивный двигатель космического аппарата, содержащем баллон высокого давления, заполненный рабочим телом и имеющий выходную магистраль высокого давления с заправочной горловиной, подключенную к двум параллельным понижающим давление магистралям, выходы которых подключены к реактивному двигателю через ресивер, выполненный с наружной теплоизоляцией, как и выходная магистраль высокого давления, и с электронагревателем, управляемым блоком управления (БУ) по температурному датчику; каждая из понижающих давление магистралей содержит последовательно включенные пускоотсечной клапан, функционально связанный с БУ, и редуктор давления; в каждую из понижающих давление магистралей включены рядом с уже имеющимися дополнительный пускоотсечной клапан, функционально связанный с БУ, и дополнительный редуктор давления, причем участки каждой из понижающих давление магистралей между редукторами выполнены с возможностью теплоподвода; в качестве устройств теплоподвода в состав устройства введена тепловая труба, испаритель которой связан в тепловом отношении с баллоном высокого давления и с ресивером, причем тепловая труба выполнена с наружной теплоизоляцией по всей ее длине.

Принципиальная схема предложенного блока подачи рабочего тела в реактивный двигатель космического аппарата показана на чертеже фиг. 1.

Блок подачи рабочего тела в реактивный двигатель 1 космического аппарата содержит баллон 2 высокого давления, заполненный рабочим телом и имеющий выходную магистраль 3 высокого давления с заправочной горловиной 4. Магистраль 3 подключена к двум параллельным понижающим давление магистралям 5, 6, выходы которых подключены к реактивному двигателю 1 через ресивер 7, выполненный с наружной теплоизоляцией, как и выходная магистраль высокого давления 3, и с электронагревателем 8, управляемым блоком управления (БУ) 9 по температурному датчику 10. Каждая из магистралей 5 и 6 содержит последовательно включенные пускоотсечные клапаны 15, 11 и редукторы 17, 13 для магистрали 5 и последовательно включенные пускоотсечные клапаны 16, 12 и редукторы 18, 14 для магистрали 6. Пускоотсечные клапаны 15, 11, 16 и 12 функционально связаны с блоком управления 9. При этом участки 19 и 20 каждой из понижающей давление магистралей 5 и 6 между редукторами 17 и 13, 18 и 14 выполнены или с одним общим устройством теплоподвода от электронагревателя 21, управляемого блоком управления 9 по его температурному датчику 22, или от одного общего для обоих указанных участков магистралей 19 и 20 конденсатора 23 тепловой трубы 24, испаритель 25 которой связан в тепловом отношении с баллоном 2 высокого давления, или одновременно от обоих указанных устройств теплоподвода, или для каждого из указанных участков магистралей выполнен отдельный теплоподвод, или от электронагревателя, или от тепловой трубы (на чертеже не показано), выполненными с наружной теплоизоляцией 26 по всей длине тепловой трубы 24.

Блок подачи рабочего тела в реактивный двигатель 1 космического аппарата предназначен для обеспечения подачи газообразного рабочего тела, например ксенона, со стабилизированным давлением на уровне (1,75±0,1) кгс/см2, как с одинарным, так и с двойным расходами в реактивный двигатель 1, который, соответственно, может работать с одинарной или двойной тягой.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии баллон 2 высокого давления заправлен рабочим телом, например ксеноном, через заправочную горловину 4 под давлением 250 кгс/см2. Для включения в работу реактивного двигателя 1 в половину максимально возможной мощности посредством блока управления 9 в работу включают электронагреватели 21, 8 и открывают пускоотсечные клапаны 15, 11 на время, необходимое для создания реактивным двигателем импульса для изменения ориентации КА или корректировки его орбиты. При этом ксенон поступает в реактивный двигатель 1, обеспечивая его работу. Необходимое время открытия клапанов 15, 11 вычисляют с учетом требуемой регулировки ориентации КА, или корректировки его орбиты по радиокомандам с Земли, или по командам бортовой вычислительной машиной КА.

При прохождении ксенона через редуктор давления 17 давление ксенона снижается до (40-20) кгс/см2. Одновременно с этим температура его понижается, а затем, проходя через участок 19, понижающей магистрали 5, снова повышается за счет теплоподвода к указанному участку от конденсатора 23 тепловой трубы или от электронагревателя 21 перед поступлением его в редуктор 13, на выходе из которого давление обеспечивается на уровне (1,75±0,1) кгс/см2. Далее газообразный ксенон поступает в ресивер 7 и далее в реактивный двигатель 1, предназначенный для ориентации КА или коррекции его орбиты. Применение двух последовательно установленных редукторов 17 и 13 в понижающей давление магистрали 5 позволяет уменьшить резкое понижение температуры ксенона при снижении его давления от 250 до 1,75 кгс/см2 и, тем самым, облегчить задачу обеспечения подогрева ксенона для исключения образования конденсата, попадания конденсата в редуктор давления 13, что снизило бы стабильность его работы и работы реактивного двигателя 1.

В процессе работы устройства в указанном режиме к участку 19 понижающей давление магистрали 5 и к ресиверу 7 подводится тепло от конденсатора 23 тепловой трубы 24, испаритель 25 которой связан в тепловом отношении с баллоном высокого давления 2, температура которого обеспечивается на уровне (30-35)°C собственным устройством терморегулирования, что позволяет обеспечить их рабочие температуры на уровне не ниже 26°C. В случае выхода тепловой трубы 24 из строя температура участка магистрали 19, ресивера 7 понижается ниже температуры 26°C, при этом блок управления 9 автоматически включает в работу электронагреватели 21 и 8, работа которых управляется по их температурным датчикам 22 и 10 с предельными настройками (30,5±4,5)°C (соответственно выключение и включение электронагревателей).

Устройства подвода тепла позволяют исключить образование конденсата ксенона в указанном режиме работы устройства в редукторе давления 13 и в ресивере 7, обеспечив тем самым стабильное давление их работы и работы реактивного двигателя 1.

Для включения реактивного двигателя 1 в режим с максимальной удвоенной тягой, посредством блока управления 9 одновременно открываются все пускоотсечные клапаны 15, 11 и 16, 12. При этом ксенон поступает в реактивный двигатель 1 одновременно по двум понижающим давление магистралям 5 и 6, выполненным и работающим идентично. Устройство обеспечения рабочих температур участков магистралей 19, 20 и ресивера 7 работает так же как и в описанном случае подачи ксенона в реактивный двигатель 1 по одной понижающей магистрали 5.

Рабочие температуры, приведенные при описании работы устройства, указаны для случая, когда в качестве рабочего тела используется газообразный ксенон. В случае применения в качестве рабочего тела других газообразных или газожидкостных рабочих тел предложенное устройство позволяет обеспечивать соответственно другие рабочие температуры для обеспечения рабочего тела, подаваемого в реактивный двигатель 1 с требуемой температурой. Для чего необходимо соответствующим образом выбрать и установить предельные точки настройки температурных датчиков 22 и 10 в зависимости от требуемой для обеспечения температуры баллона высокого давления 2 и теплопередающей способности примененной тепловой трубы 24.

Таким образом, в предложенном устройстве обеспечено повышение надежности его работы, расширение возможности условий его применения путем обеспечения более длительной непрерывной его работы и с возможностью переменного расхода ксенона, подаваемого в реактивный двигатель 1.

Применение в устройстве одной тепловой трубы 24 и одного электронагревателя 21 для подогрева одновременно двух понижающих давление магистралей 5 и 6, а также для подогрева ресивера 7 указанной тепловой трубой 24 позволило дополнительно повысить надежность работы устройства, а также улучшить его габаритно-массовые характеристики.

Прохождение ксенона через ресивер 7 перед поступлением его в реактивный двигатель 1 сглаживает колебания давления. Применение в нем устройств теплоподвода с применением тепловой трубы 24 и электронагревателя 8 исключает образование конденсата ксенона при внезапном его расширении, поступления конденсата в реактивный двигатель 1 и, тем самым, дополнительно повышает надежность работы предложенного устройства.

Применение наружной теплоизоляции 25 по всей длине тепловой трубы 24, на участках 19 и 20 понижающих давление магистралей 5 и 6 и на электронагревателе 21 позволило повысить эффективность работы вновь введенного устройства обогрева блока подачи ксенона в реактивный двигатель 1, снизить его энергопотребление и, тем самым, улучшить его габаритно-массовые характеристики.

Предложенное устройство в настоящее время проходит заводские отработочные испытания для применения в дальнейшем на КА собственной разработки.

1. Блок подачи рабочего тела в реактивный двигатель космического аппарата, содержащий баллон высокого давления, заполненный рабочим телом и имеющий выходную магистраль высокого давления с заправочной горловиной, подключенную к двум параллельным понижающим давление магистралям, выходы которых подключены к реактивному двигателю через ресивер, выполненный с наружной теплоизоляцией, как и выходная магистраль высокого давления, и с электронагревателем, управляемым блоком управления (БУ) по температурному датчику; каждая из понижающих давление магистралей содержит последовательно включенные пускоотсечной клапан, функционально связанный с БУ, и редуктор давления, отличающийся тем, что в каждую из понижающих давление магистралей включены рядом с уже имеющимися дополнительный пускоотсечной клапан, функционально связанный с БУ, и дополнительный редуктор давления, причем участки каждой из понижающих давление магистралей между редукторами выполнены с возможностью теплоподвода; в качестве устройств теплоподвода в состав устройства введена тепловая труба, испаритель которой связан в тепловом отношении с баллоном высокого давления и с ресивером, причем тепловая труба выполнена с наружной теплоизоляцией по всей ее длине.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что возможность теплоподвода понижающих давление магистралей между редукторами осуществляют с помощью одного общего электронагревателя, или от одного общего для обоих указанных участков магистралей конденсатора тепловой трубы, или одновременно от обоих указанных устройств теплоподвода, или для каждого из указанных участков магистралей выполнен отдельный теплоподвод, или от электронагревателя, или от тепловой трубы.



 

Похожие патенты:

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.

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).

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 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 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 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.

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.

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.

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 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.

Изобретение относится к авиационно-космической области, и, в частности, к области летательных аппаратов, приводимых в движение ракетными двигателями. В частности, изобретение относится к схеме (6) питания для снабжения ракетного двигателя (2) по меньшей мере первым жидким топливом, причем упомянутая схема питания включает в себя по меньшей мере один буферный бак (20) для упомянутого первого жидкого топлива и первый теплообменник (18), который встроен в упомянутый буферный бак (20) и приспособлен для подсоединения к схеме (17) охлаждения для охлаждения по меньшей мере одного источника питания, чтобы охлаждать упомянутый источник тепла посредством передачи тепла первому топливу.

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).

Изобретение относится к области ракетного двигателестроения и может быть использовано в турбонасосных агрегатах (ТНА) жидкостных ракетных двигателей с продолжительным временем работы при использовании любых компонентов топлива, как высококипящих, так и низкокипящих.

Изобретение относится к космической технике, а именно к аммиачным корректирующим двигательным установкам с электротермическими микродвигателями, устанавливаемым на меневрирующих малых космических аппаратах.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к области организации схем подачи топлива к устройствам для сжигания и устройствам для получения продуктов сгорания высокого давления или высокой скорости.

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям (ЖРД). Жидкостный ракетный двигатель содержит камеру, газогенератор, насосы, трубопроводы подачи топлива, пусковые клапаны, трубопроводы подачи управляющего газа, электропневмоклапан, при этом в трубопроводы подачи управляющего газа установлены клапаны-тройники с штуцерами входа управляющего газа, входа управляющего рабочего тела, выхода управляющего газа и рабочего тела, при этом между патрубками входа управляющего рабочего тела клапанов-тройников и трубопроводами подачи топлива после насосов установлены трубопроводы управляющего рабочего тела.

Изобретение относится к ракетной технике и, в частности, к устройствам, воспринимающим тягу жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) и позволяющим обеспечить проток компонентов топлива из баков ракеты в магистрали двигателя и качание двигателя.

Изобретение относится к летательным аппаратам, а именно к летательным пусковым установкам (ЛПУ). ЛПУ содержит связку баков, крепежные средства, крыло, двигатель, полезную нагрузку.

Изобретение относится к наземным средствам заправки бортовых баллонов ракетоносителей газообразным гелием. .

Изобретение относится к космической технике, а точнее к блоку подачи рабочего тела, например ксенона, в реактивный двигатель космического аппарата. Блок подачи рабочего тела в реактивный двигатель космического аппарата, содержащий баллон высокого давления, заполненный РТ, например ксеноном, и имеющий выходную магистраль высокого давления с заправочной горловиной и подключенной к двум параллельным понижающим давление магистралям, выходы которых подключены к реактивному двигателю через ресивер, выполненный с наружной теплоизоляцией, как и выходная магистраль высокого давления, выполненный с электрообогревателем, управляемым блоком управления по температурному датчику, и каждая из которых содержит последовательно включенные пускоотсечной клапан, функционально связанный с блоком управления и редуктор давления, наружную изоляцию выходной магистрали высокого давления и ресивера. В предложенном устройстве в каждую из понижающих давление магистралей включены соответственно дополнительный пускоотсечной клапан, функционально связанный с блоком управления и редуктор давления соответственно перед основным пускоотсечным клапаном и редуктором давления, причем указанные участки каждой из понижающей давление магистралей между их дополнительными и основными редукторами выполнены с одним общим устройством теплоподвода одновременно от электронагревателя, управляемого блоком управления по его температурному датчику и от одного общего для обоих указанных участков магистралей конденсатора тепловой трубы, испаритель которой связан в тепловом отношении с баллоном высокого давления, причем тепловая труба выполнена с наружной теплоизоляцией по всей ее длине, как и элементы конструкции устройства, с которыми она связана в тепловом отношении. Конденсатор тепловой трубы связан в тепловом отношении также с ресивером. Изобретение обеспечивает повышение надежности работы устройства при улучшении его габаритно-массовых характеристик. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх