КОСМИЧЕСКАЯ ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к ядерным энергетическим установкам, предназначенным для использования в качестве источников электрической энергии космических аппаратов.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к полезной модели является космическая ядерная энергетическая установка, содержащая ядерный реактор, радиационную защиту, силовую раму, внутри которой размещен турбомашинный преобразователь энергии и трубопроводы системы охлаждения ядерного реактора для отвода теплоносителя, проходящие от реактора к турбомашинному преобразователю энергии (патент РФ №2321086, МПК G21D 1/00, опубл. 27.03.2008).
В известной космической ядерной энергетической установке радиационная защита выполнена в виде тонкостенного (1 мм) герметичного корпуса по форме усеченного конуса, заполненного гидридом лития. С верхним основанием корпуса защиты стыкуется ядерный реактор, а с нижним основанием - силовая рама, осуществляющая связь радиационной защиты и ядерного реактора с космическим аппаратом. Трубопроводы системы охлаждения ядерного реактора для отвода теплоносителя от реактора к турбомашинному преобразователю энергии проходят через гидрид лития радиационной защиты. Таким образом, радиационная защита из гидрида лития с относительно низкой температурой функционирования является связующим звеном между основным агрегатом энергетической установки - реактором и силовой рамой, осуществляющей его соединение с космическим аппаратом.
Недостатком известного технического решения является невысокий уровень надежности установки, т.к. существует вероятность расстыковки реактора и силовой рамы от радиационной защиты и, как следствие, потери несущей способности установки из-за расплавления гидрида лития от проходящих через него трубопроводов отвода теплоносителя, который после выхода из реактора имеет высокую температуру.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание космической ядерной энергетической установки с высоким уровнем надежности как во время выведения космического аппарата в космос, так и при работе аппарата в штатном режиме на орбите; а также оптимизация массогабаритных характеристик космической ядерной энергетической установки и увеличение ее срока эксплуатации.
Техническим результатом полезной модели является увеличение предела несущей способности установки.
Указанный технический результат достигается тем, что в космической ядерной энергетической установке, содержащей ядерный реактор, радиационную защиту, силовую раму, внутри которой размещен машинный преобразователь энергии и трубопроводы системы охлаждения ядерного реактора для отвода теплоносителя, проходящие от реактора к турбомашинному преобразователю энергии, ядерный реактор соединен непосредственно с силовой рамой.
Кроме того, соединение реактора с силовой рамой может быть выполнено с возможностью компенсации радиальных и продольных нагрузок.
Радиационная защита также может быть размещена выше крепления силовой рамы с реактором.
Крепление ядерного реактора непосредственно к силовой раме увеличивает надежность установки, так как радиационная защита перестает быть связующим звеном реактора с силовой рамой.
Соединение реактора с рамой с возможностью компенсации нагрузок увеличивает надежность установки при выходе космического аппарата на орбиту и его работе в штатном режиме в космосе.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена космическая ядерная энергетическая установка (общий вид), на фиг. 2 представлено соединение реактора с силовой рамой, выполненное с возможностью компенсации продольных и радиальных нагрузок (вид сбоку), на фиг. 3 представлено соединение реактора с силовой рамой, выполненное с возможностью компенсации продольных и радиальных перемещений (вид снизу).
Космическая ядерная энергетическая установка содержит реактор 1, радиационную защиту 2, силовую раму 3 и турбомашинный преобразователь энергии 4, размещенный внутри силовой рамы 3. От ядерного реактора 1 к турбомашинному преобразователю энергии 4 проходят трубопроводы системы охлаждения для отвода теплоносителя, нагретого в реакторе. Силовая рама 3 соединена непосредственно с ядерным реактором 1. Радиационная защита расположена над местом соединения реактора 1 и силовой рамы 3.
Для стыковки реактора 1 с силовой рамой 3 на реакторе выполнен фланец 5, под которым для увеличения прочностных характеристик установлены ребра жесткости. Сверху и снизу по периферии фланца 5 сваркой закреплены кольцевые элементы 6 и 7, в которых проделаны сквозные отверстия 8 для крепления силовой рамы 3. Крепление осуществляется с помощью, например, болтового соединения.
Указанное крепление обеспечивает работоспособность установки, но элементы, посредством которых рама 3 крепится к реактору 1, необходимо выполнять массивными, чтобы выдерживать предназначенные для установки высокие нагрузки.
Кроме того, при выводе космического аппарата на орбиту (при линейном ускорении) место крепления ядерного реактора 1 с силовой рамой 3 испытывает продольные нагрузки, например от веса реактора 1, и радиальные нагрузки, например, при тепловом расширении корпуса реактора 1 в штатном режиме работы установки. При линейном ускорении вся продольная нагрузка в области крепления переходит на ребра жесткости, из-за чего они могут деформироваться, а также может наблюдаться выкручивание приваренных к фланцу 5 кольцевых элементов 6 и 7, что может привести к повреждению неразъемного соединения реактора с рамой, а, следовательно, и к снижению срока эксплуатации установки.
Поэтому крепление силовой рамы к реактору желательно выполнять с возможностью компенсации радиальных и продольных нагрузок.
Для снижения продольных нагрузок на ребра жесткости под фланцем 5 в область крепления ядерного реактора 1 с силовой рамой 3 вводят опоры 9 со стержнями 10. Опоры 9 установлены равномерно вокруг фланца 5 между кольцевыми элементами 6 и 7. Крепление опор 9 к кольцевым элементам 6 и 7 осуществляется сваркой, образуя с ними неразъемное соединение. Стержни 10 одним концом установлены в нижнем торце опор 9 посредством, например, шаровых пальцев, а вторым концом - закреплены на корпусе реактора 1 ниже фланца 5 в специально выполненных для этого конструктивных выступах с отверстиями. Таким образом, возникающие продольные нагрузки в области крепления реактора 1 с силовой рамой 3 под фланцем 5 распределяются между стержнями 10 и ребрами жесткости, исключая деформацию последних и увеличивая прочность соединения реактора 1 с силовой рамой 3.
Для компенсации радиальных нагрузок соединение кольцевых элементов 6 и 7 с периферией фланца 5 выполнено разъемным, с возможностью перемещения между ними в радиальном направлении фланца 5. Опоры 9 установлены относительно фланца 5 с зазором, который обеспечивает перемещение фланца 5 в радиальном направлении при тепловом расширении реактора.
Для исключения нагрузок, связанных с выкручиванием кольцевых элементов 6 и 7, неразъемно связанных с опорами 9, стержни 10 установлены в виде пространственной фермы, так как ферменные конструкции обладают высокой жесткостью.