БЛОК ХРАНЕНИЯ И ПОДАЧИ ЖИДКОГО ТОПЛИВА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
UNIT TO STORE AND FEED LIQUID FUEL TO SPACECRAFT POWER PLANTS

Заявляемое изобретение относится к космической технике, в частности, к системам хранения и подачи жидкого топлива для двигательных установок КА. Областью применения изобретения является космическая техника.
Из применяемых устройств известен, например, блок хранения и подачи (БХП) на основе бака с сильфонным разделителем газовой и жидкостной полостей С5.117.3000-0 разработки КБ ХИММаш. Известны также БХП на основе сферических и торовых баков с мембранным разделителем.
Недостатком БХП на основе бака С5.117.3000-0 является:
- большая длина сварных швов тонких (0,22 мм) гофр сильфона бака (более 200 метров) и связанная с этим потенциальная опасность нарушения герметичности по сварному шву при воздействии механических нагрузок (особенно в направлении, перпендикулярном оси сильфона) из-за незначительных отклонений в режимах сварки или качества материала сильфона.
Прототипом заявляемого изобретения является БХП на основе сферического топливного бака с металлической разделительно-вытеснительной диафрагмой (шар-баллон) разработки ФГУП «НИИМаш» МВСК100.00.000. Конструкция такого БХП, а также схема пневмогидравлическая описаны в Пояснительной записке ОКБ «Факел» 262.414.000.00ПЗ к эскизному проекту на блок хранения и подачи.
Недостатками прототипа являются.
- невозможность частичной заправки топливной полости бака (которая необходима для отдельных задач), так как диафрагма в начальном положении должна лежать на внутренней стенке бака для противостояния высоким механическим нагрузкам на участке выведения;
- наличие отдельного бака наддува с арматурой (заправочная горловина, электроклапаны, редуктор, трубопроводы).
Задачами данного изобретения являются: обеспечение возможности частичной (половинной) заправки БХП при сохранении технологических и эксплуатационных преимуществ сферических мембранных баков (простота в изготовлении, стойкость к механическим нагрузкам), упрощение конструктивной схемы, повышение надежности.
Эта задача решается тем, что топливная емкость выполнена в виде двух одинаковых шар-баллонов, установленных один от другого на расстоянии X и охваченных цилиндрической стенкой по шпангоутам, причем образованная между ними полость является полостью наддува одновременно для двух топливных полостей.
При такой схеме отпадает необходимость в отдельном баллоне наддува с арматурой и межблочных трубопроводах. Наличие двух шар-баллонов позволяет производить частичную (половинную) заправку бака.
Суть изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена конструктивная схема БХП, на фиг.2 изображена пневмогидравлическая схема БХП.
Конструктивно блок хранения и подачи жидкого топлива состоит из двух шар-баллонов, собранных из наружной полусферы 1, внутренней полусферы 2 с отверстиями 3, шпангоута 4 и разделительной диафрагмы 5. Шар-баллоны установлены один от другого на расстоянии , где
R - внутренний радиус шар-баллона;
НАЧ
P - начальное давление газа в наддувной полости;
КОНЕЧ
P - конечное (после израсходования топлива) давление газа в наддувной полости,
и охвачены цилиндрической стенкой 6 по шпангоутам 4. Пространство между внутренними полусферами 2 и цилиндрической стенкой 6 образует наддувную полость 7, которая заполняется газом через заправочный штуцер 8. Газовая полость 7 через отверстия 3 сообщается с наддувными полостями шар-баллонов 9. Наружные полусферы шар-баллонов 1 и разделительные диафрагмы 5 образуют топливные полости 10, которые заполняются топливом через заправочные штуцеры 11.
Заправка производится следующим образом. В газовой полости 7 и топливных полостях 10 через заправочные горловины 12 и 13, соединенные со штуцерами 8 и 11, создается вакуум, после чего они заполняются наддувным газом и топливом. Давление топлива должно превышать давление наддува, за счет чего разделительная диафрагма 5 прижимается к внутренним полусферам 2. Газ из полости наддува 9 давит на разделительные диафрагмы 5. После подрыва запорных пироклапанов 14 (фиг.2) топливо через штуцеры 11 поступает в магистрали подачи 15, которые соединены с двигателями. В процессе расхода топлива диафрагма 5, деформируясь, перекладывается в сторону наружной полусферы 1. Для контроля за состоянием топлива и надувного газа в БХП установлены термометры 16 и датчики давления 17, а также нагреватели 18 для поддержания температурного режима блока. При заправке 2-х баллонов обеспечивается сохранение центровочных характеристик блока за счет одновременной выработки топлива из обеих топливных емкостей. Масса газа выбирается из условия возможности вытеснения топлива из обоих шар-баллонов. При необходимости заправляется только один шар-баллон, при этом диафрагма другого сразу перекладывается в конечное положение.
Заявляемое изобретение может быть использовано при разработке и производстве блоков хранения и подачи жидкого топлива для двигательных установок КА.