УСТРОЙСТВО ЛОКАЛИЗАЦИИ ДЕМПФИРУЮЩЕГО ГАЗОВОГО ОБЪЕМА ЗАПРАВЛЕННОГО БАКА

Полезная модель относится к ракетно-космической технике, а именно к устройствам для разделения газового и жидкостного объемов в заправленном баке.
7
Аналогом предложенного устройства является воздущно-космическая система (патент РФ №2165869, МПК B64G 1/14), в которой для исключения попадания из бака газовых включений в заборное устройство двигателя при действии возмущающих ускорений в период десантировании ракеты из самолета установлена в баке поперечная разделительная перегородка, газовый объем при заправке локализован в частично заправленной передней части бака, сообщенной через отверстие в перегородке с основной частью бака, подключенной к двигателю, а полости бака через трубопроводы с запорными клапанами и узлами расстыковки трубопроводов сообщены с установленной около ракеты емкостью, заправленной жидкостью. Из емкости при хранении насосом подают в бак жидкость, вытесняющую парогазовую фазу из основной части бака в емкость. Недостатком рассмотренной системы является снижение автономности ракеты и усложнение обслуживания бака.
Прототипом предлагаемой полезной модели является устройство (патент США №3415277), содержащее бак с жидкостной полостью и полостью, наддуваемой для вытеснения жидкости, средство подачи газа в наддуваемую полость, камеру, в которой локализован газовый объем, демпфирующий температурные изменения объема жидкости, причем газовый объем отделен от жидкостной полости бака подвижным разделителем, выполненным в виде сильфона, один конец которого заглушен, а второй конец герметично соединен с корпусом камеры. Гибкая диафрагма обеспечивает подвижное соединение камеры со стенкой бака и герметично разделяет жидкостную и наддуваемую полости бака. Недостатком устройства является то, что оно не обеспечивает перед началом забора жидкости из бака отделение от жидкости парогазового объема, образующегося в жидкостной полости бака при хранении в следствие испарения жидкости и выделения из нее растворенного газа, а циклические деформации сильфона, вызываемые температурными изменениями объема заправленной жидкости, могут привести к нарушению его герметичности и выходу газа из камеры в жидкостную полость бака.
Задачей, решаемой настоящей полезной моделью является устранение недостатков аналога и прототипа, обеспечение надежного разделения газового и жидкостного объемов в автономно эксплуатируемом заправленном баке перед началом забора из него жидкости.
Эта задача решается тем, что предлагаемое устройство содержит топливный бак, аккумулятор газа для наддува размещенной в баке камеры наддува, камеру локализации демпфирующего газового объема. Газовые полости камер отделены от топливной полости бака подвижными разделителями с элементами герметизации зазоров между подвижными разделителями и стенками камер. Камера локализации демпфирующего газового объема установлена стационарно относительно камеры наддува бака, подвижный разделитель камеры наддува жестко связан с подвижным разделителем камеры локализации, а газовая полость камеры локализации сообщена трубопроводом с верхней частью демпфирующего газового объема заправленного бака. На трубопроводе сообщения газовой полости камеры локализации с верхней частью демпфирующего газового объема бака установлен клапан перекрытия. Подвижный разделитель камеры локализации выполнен в виде поршня, имеющего возможность выхода из корпуса камеры локализации, а рабочий ход подвижного разделителя камеры наддува превышает полный ход поршня в камере локализации.
На чертеже представлена схема устройства локализации демпфирующего газового объема заправленного бака. В баке 1 размещена камера наддува 2 с трубопроводом 3 для наддува газовой полости 4 газом из баллона 5 через пусковой клапан 6 и редуктор 7. Газовая полость 4 камеры наддува 2 отделена от топливной полости бака 1 поршнем 8 с уплотнением 9. С камерой наддува 2 соединена камера локализации 10 демпфирующего газового объема 11 бака 1. Поршень 12 камеры локализации 10 соединен штоком 13 с поршнем 8 камеры наддува 2. Газовая полость 14 камеры локализации 10 герметично разобщена от топливной полости бака 1 уплотнениями 15, 16 и сообщена с верхней частью газового объема 11 бака 1 трубопроводом 17, на котором установлен обратный клапан 18.
Устройство функционирует следующим образом. При заправке в топливном баке 1 ракеты оставляют газовый объем 11 для демпфирования изменений давления в баке 1 при температурных изменениях объема жидкости в процессе хранения. При хранения заправленного бака поршень 8 камеры наддува 2 и соединенный с ним штоком 13 поршень 12 камеры локализации 10 неподвижно удерживаются баковым давлением в камерах в крайнем положении, что обеспечивает минимальный объем газовых полостей 4 и 14 и исключает износ уплотнений 9,15,16. В период доставки ракеты к месту старта на участке крейсерского полета самолета-носителя с заданным углом атаки демпфирующий газовый объем бака сосредоточен в зоне, верхняя часть которой сообщена трубопроводом 17 с газовой полостью 14 камеры локализации 10. На заключительном этапе крейсерского полета перед десантированием ракеты из самолета-носителя открывают пусковой клапан 6 на трубопроводе 3 связи баллона 5 с газовой полостью 4 для предпускового наддува бака 1. Давлением наддува, обеспечиваемым настройкой редуктора 7, перемещается поршень 8. Увеличение объема газовой полости 4 камеры наддува 2 приводит к сжатию газового объема 11 бака 1 и одновременно, в результате перемещения штоком 13 поршня 12, увеличивается объем и создается разрежение в газовой полости 14 камеры локализации 10. Под действием перепада давлений в газовом объеме 11 и в газовой полости 14 открывается обратный клапан 18, и газ из газового объема 11 бака 1 перетекает в газовую полость 14 камеры локализации 10. Выход газа из газовой полости 4 в топливную полость бака 1 и затекание жидкости из топливной полости бака 1 в газовую полость 14 исключают уплотнения 9, 15, 16. Процесс перемещения поршня 8 и, следовательно, выдавливание из бака 1 газа и на заключительном этапе жидкости закончится при установлении равенства сил, определяемого выражением
КН
КН
Б
КО
КЛ
Б
КН
КЛ
P·F+(Р-ΔP)·F=P·(F+F), где:
КН
P - давление в газовой полости камеры наддува;
Б
Р - давление в баке;
КО
ΔP - перепад давления для открытия обратного клапана;
КН
F - площадь поршня камеры наддува;
КЛ
F - площадь поршня камеры локализации.
В период последующего десантирования ракеты из самолета-носителя в условиях действия возмущающих ускорений и невесомости обратный клапан 18 исключает выход газа в бак 1 из газовой полости 14 камеры локализации 10. При включении заливки расходных магистралей двигателя ракеты из-за падения давления в баке 1 нарушится равновесие сил и продолжится перемещение поршня 8, обеспечивающее поступление в двигатель ракеты на участке его запуска жидкости без газовых включений и поддерживающее потребное давление в баке 1. После появлении тяги двигателя, стабилизирующей положение жидкости в баке 1, в конце рабочего хода поршня 8 соединенный с ним поршень 12 выходит из камеры локализации 10 для слива поступившей в нее жидкости. Таким образом предлагаемое устройство в условиях действия возмущающих ускорений и невесомости обеспечивает забор из бака топлива без газовых включений.
Техническим результатом применения предложенной полезной модели является разделение газового и жидкостного объемов в заправленном баке перед началом забора топлива, исключение обслуживания заправленного бака и износа уплотнений подвижных соединений устройства при хранении.