ТОПЛИВНЫЙ БАК ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
AIRCRAFT FUEL TANK

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.