ЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО
INTAKE DEVICE

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано в конструкции заборных устройств топливных баков, имеющих кольцевые днища, образованные, например, пересечением конического днища бака и камерой утопленного в баке двигателя или нишей, в которой этот двигатель размещен.
Известны заборные устройства для баков с кольцевыми днищами, включающие желоб, приваренный к днищу бака и сообщаемый с полостью бака через калиброванные отверстия, выполненные в днище, с целью обеспечения равномерного опускания уровня топлива в баке вплоть до прорыва газа в желоб, например, заборное устройство, использованное в баке разгонного блока по патенту России № 2156723, с приоритетом от 03 ноября 1999 г., заборное устройство в баках жидкостной ракетной двигательной установки по патенту России № 2187010 с приоритетом от 03 мая 2000 г.
Недостатком подобных заборных устройств является большой незабираемый остаток топлива для случаев, когда перед остановом двигателя вектор его тяги отклонен от продольной оси бака, при этом зеркало топлива также отклоняется от горизонтальной плоскости, перпендикулярной оси бака.
Известна конструкция топливного бака, выполненного в виде тора, или части тора, разделенного на отсеки, например, топливный бак по патенту США № 3903924, кл. МПК B64D 37/08, опубликованному 09 сентября 1975 г. Опорожнение бака достигается за счет перекачки топлива через отсеки. Недостатком такой конструкции является большой вес, если ее применить для цилиндрического бака, опорожняющегося в вертикальном положении и имеющего размещенный в нем двигатель.
За прототип настоящего изобретения принято кольцевое заборное устройство, описанное в книге Н.М.Беляева. Расчет пневмогидравлических систем ракет, М.: Машиностроение, 1983 г., и показанное на Рис.8.2ж, стр.115. Устройство содержит коллектор в нижней части бака, образованный днищем бака, соплом двигателя и кольцевой пластиной, установленной над ними и имеющей отверстия для сообщения с баком. К коллектору присоединен сливной трубопровод.
Недостатком описанного заборного устройства является большой незабираемый остаток топлива в случае, когда зеркало топлива установится под наклоном к коллектору в конце работы двигателя из-за возникновения эксцентриситета тяги после сброса полезных нагрузок. Наклон зеркала топлива может быть произвольным по отношению к плоскостям стабилизации.
Изобретение направлено на уменьшение незабираемого остатка топлива в баках с кольцевыми днищами.
Схема предлагаемого заборного устройства представлена на фиг.1, 2, 3. На фиг.1 показан вид сверху на заборное устройство, на фиг.2 заборное устройство изображено в развертке, а на фиг.3 показано сечение заборного устройства.
Топливный бак цилиндрической формы имеет коническое днище 1 и нишу 2 для размещения двигателя (не показан), которые образуют кольцевое днище. На днище установлен вкладыш, образованный желобом 3 и кольцевой пластиной 4. Желоб выполнен эквидистантно днищу бака, а вкладыш имеет переменное по высоте сечение. Перегородками 5 вкладыш разделен на отсеки. Внутри каждого отсека установлен заборник 6, выполненный в виде трубы 7 с перфорированными отверстиями 8 в нижней части трубы. Каждый заборник сообщен с полостью соседнего отсека трубопроводами 9. В отсеке с наименьшим сечением выполнено отверстие 10 для сообщения с полостью бака, а заборник соседнего с ним отсека соединен со сливным трубопроводом 11.
Во время работы двигателя топливо из бака поступает в первый отсек вкладыша через отверстие 10 и далее переливается через отсеки, и из последнего отсека забирается к сливному трубопроводу двигателя.
Уменьшение незабираемого остатка топлива в баке при наклоне зеркала топлива в конце работы двигателя достигается за счет того, что, во-первых вкладыш имеет переменное сечение по высоте, уменьшающейся в сторону расположения отверстия 10 для сообщения с баком, во-вторых, вкладыш разделен на отсеки и забор топлива производится из каждого отсека.
Для удобства монтажа вкладыш выполнен разъемным. При наличии на днище каких-либо перемычек или проходящих через него трубопроводов отсеки вкладыша могут быть расположены на некотором расстоянии друг от друга.
Важное преимущество предлагаемого заборного устройства проявляется при использовании его в баке разгонной ступени ракеты, когда в работе маршевого двигателя ступени имеются паузы, во время которых работают двигатели ориентации и компоненты топлива при их работе перемещаются в баке. Требуется применять специальные устройства для удержания топлива в зоне заборных устройств, например сетчатые разделители. В предлагаемом заборном устройстве топливо удерживается во вкладыше.
Проектные проработки предлагаемого заборного устройства для бака окислителя разгонной ступени показали, что при отклонении вектора тяги двигателя в конце работы на угол 4° от продольной оси ступени незабираемый остаток окислителя может быть уменьшен на 100 л по сравнению с прототипом.
Предлагаемое заборное устройство рекомендовано к внедрению. На него разрабатывается конструкторская документация.