УСТРОЙСТВО ЗАПРАВКИ И СЛИВА ОКИСЛИТЕЛЯ РАКЕТНОГО РАЗГОННОГО БЛОКА
DEVICE FOR FILLING AND DRAINING ROCKET BOOSTER OXIDISER

Изобретение относится к ракетно-космической технике, а именно к устройствам заправки (слива) окислителя ракетного разгонного блока.
Криогенный окислитель (жидкий кислород) подается (сливается) в бак окислителя ракетного разгонного блока из наземных емкостей транзитом через ракету-носитель по трубопроводу, подсоединенному к разъемному соединению блока. От разъемного соединения по трубопроводу заправки окислитель поступает в бак окислителя ракетного разгонного блока после открытия клапана заправки, размещенного на этом баке. Слив окислителя из бака производится после открытия клапана слива (размещен также на баке окислителя) по трубопроводу слива, через разъемное соединение блока, далее транзитом - по ракете-носителю в наземные емкости.
Известно устройство заправки и слива окислителя ракетного разгонного блока по патенту РФ 2355606, B64G 1/40, 1/00, 1/16, состоящее из клапана заправки и клапана слива, установленных на баке окислителя, гидравлического разъемного соединения, закрепленного на баке горючего и используемого при разделении магистрали заправки и слива в процессе отделения ракетного разгонного блока от ракеты-носителя, трубопровода заправки и трубопровода слива, участки которых подключены к объединенному трубопроводу заправки (слива), закрепленному на шпангоуте бака горючего с помощью сферической опоры - прототип.
В процессе заправки (слива) бака криогенным окислителем в местах подсоединения трубопроводов заправки и слива к бакам окислителя и горючего возникают значительные продольные и поперечные перемещения, при этом относительные перемещения, которые необходимо компенсировать, приходят на трубопроводы от бака окислителя и от бака горючего. В прототипе компенсация перемещений осуществляется следующим образом. Весь трубопровод разделен на две части. Верхняя часть трубопровода от клапанов заправки и слива до опоры на баке горючего обеспечивает компенсацию перемещений, возникающих между баком окислителя и сферической опорой на баке горючего, за счет применения сильфонных компенсаторов угловых и линейных перемещений, размещенных как на участке трубопровода заправки, так и на участке трубопровода слива, причем компенсаторы этих участков трубопровода также обеспечивают компенсацию разности относительных перемещений между местами расположения клапана слива и клапана заправки на баке окислителя. В сферической опоре трубопровод имеет возможность поворачиваться за счет сферических поверхностей опоры и вкладыша и не может перемещаться по оси трубопровода. Нижняя часть трубопровода от сферической опоры до места крепления гидравлического разъемного соединения на баке горючего обеспечивает компенсацию угловых перемещений, которые передаются через сферическую опору от верхней части трубопровода, за счет применения вспомогательного сильфонного компенсатора угловых перемещений, размещенного в конце нижней части трубопровода.
Такая раздельная компенсация перемещений приводит к избыточной массе средств компенсации перемещений, что и является недостатком прототипа.
Задачей предложенного устройства является снижение его массы при сохранении свойств, достаточных для компенсации относительных перемещений.
Задача решается за счет того, что в устройстве заправки и слива окислителя ракетного разгонного блока, состоящем из клапана заправки и клапана слива, установленных на баке окислителя, гидравлического разъемного соединения, закрепленного на баке горючего и используемого при разделении магистрали заправки и слива в процессе отделения ракетного разгонного блока от ракеты-носителя, участка трубопровода заправки и участка трубопровода слива, которые подключены к объединенному трубопроводу заправки (слива), закрепленному на шпангоуте бака горючего с помощью сферической опоры, состоящей из сферического вкладыша-термомоста, неподвижно зафиксированного на объединенном трубопроводе заправки (слива), прижима, термомоста и кронштейна, участок трубопровода слива содержит сильфонный компенсатор угловых перемещений и сильфонный компенсатор линейных перемещений, а объединенный трубопровод заправки (слива) - вспомогательный сильфонный компенсатор угловых перемещений, внутренняя поверхность сферической опоры выполнена в виде цилиндрической и конической поверхностей, сопряженных друг с другом, причем коническая поверхность ограничивает перемещение сферического вкладыша-термомоста в сторону бака окислителя, при этом объединенный трубопровод заправки (слива) охватывает внешнюю сторону бака горючего и за счет своей протяженности и податливости в пределах упругой деформации обеспечивает компенсацию относительных перемещений устройства, при этом сферический вкладыш-термомост проскальзывает по цилиндрической поверхности сферической опоры, а сильфонный компенсатор угловых перемещений и сильфонный компенсатор линейных перемещений участка трубопровода слива обеспечивают компенсацию разности относительных перемещений между местами расположения клапана слива и клапана заправки на баке окислителя.
На фиг.1 схематично изображено устройство заправки и слива окислителя ракетного разгонного блока. На фиг.2 представлена сферическая опора. На фиг.3 показаны пазы регулировки кронштейна, где:
1 - бак окислителя;
2 - бак горючего;
3 - шпангоут;
4 - тройник;
5 - участок трубопровода слива;
6 - сильфонный компенсатор угловых перемещений;
7 - сильфонный компенсатор линейных перемещений;
8 - вкладыш-термомост;
9 - объединенный трубопровод заправки (слива);
10 - гидравлическое разъемное соединение;
11 - клапан заправки;
12 - кронштейн;
13 - прижим;
14 - вспомогательный сильфонный компенсатор угловых перемещений;
15 - пазы;
16 - сферическая опора;
17 - крепежные элементы;
18 - термомост;
19 - цилиндрическая поверхность;
20 - коллектор;
21 - клапан слива;
22 - участок трубопровода заправки;
23 - трубопровод ракеты-носителя;
24 - коническая поверхность.
В устройстве заправки и слива окислителя ракетного разгонного блока, состоящего из клапана заправки 11 и клапана слива 21, установленных на баке окислителя 1, гидравлического разъемного соединения 10, закрепленного на баке горючего 2 и используемого при разделении магистрали заправки и слива в процессе отделения ракетного разгонного блока от ракеты-носителя, участка трубопровода заправки 22 и участка трубопровода слива 5, которые подключены к объединенному трубопроводу заправки (слива) 9, закрепленному на шпангоуте 3 бака горючего 2 с помощью сферической опоры 16, состоящей из сферического вкладыша-термомоста 8, неподвижно зафиксированного на объединенном трубопроводе заправки (слива) 9, прижима 13, термомоста 18 и кронштейна 12, участок трубопровода слива 5 содержит сильфонный компенсатор угловых перемещений 6 и сильфонный компенсатор линейных перемещений 7, а объединенный трубопровод заправки (слива) 9 - вспомогательный сильфонный компенсатор угловых перемещений 14, внутренняя поверхность сферической опоры 16 выполнена в виде цилиндрической 19 и конической 24 поверхностей, сопряженных друг с другом, причем коническая поверхность 24 ограничивает перемещение сферического вкладыша-термомоста 8 в сторону бака окислителя 1. Объединенный трубопровод заправки (слива) 9 охватывает внешнюю сторону бака горючего 2 и за счет своей протяженности и податливости в пределах упругой деформации обеспечивает компенсацию относительных перемещений устройства, при этом сферический вкладыш-термомост 8 проскальзывает по цилиндрической поверхности 19 сферической опоры 16, а сильфонный компенсатор угловых перемещений 6 и сильфонный компенсатор линейных перемещений 7 участка трубопровода слива 5 обеспечивают компенсацию разности относительных перемещений между местами расположения клапана слива 21 и клапана заправки 11 на баке окислителя 1.
Максимальные перемещения возникают на баке окислителя 1 в результате заправки криогенным окислителем как в продольном, так и в поперечном направлениях. Перемещения на шпангоуте 3 бака горючего 2, на котором установлена сферическая опора 16, незначительны, так как бак горючего 2 не имеет значительных температурных колебаний.
Для компенсации перемещений, возникающих в месте крепления устройства к гидравлическому разъемному соединению 10, в составе устройства используется вспомогательный сильфонный компенсатор угловых перемещений 14, расположенный на объединенном трубопроводе заправки (слива) 9.
Сферическая опора 16 имеет сферический вкладыш-термомост 8, с помощью которого относительные перемещения от бака окислителя 1 передаются на вспомогательный сильфонный компенсатор угловых перемещений 14 и объединенный трубопровода заправки (слива) 9 за счет проскальзывания вкладыша-термомоста 8 по цилиндрической поверхности 19 сферической опоры 16, при этом компенсация относительных перемещений устройства осуществляется за счет податливости объединенного трубопровода заправки (слива) 9 в пределах упругой деформации.
Устройство работает следующим образом.
В процессе заправки (слива) бака окислителя 1 (соответственно клапан заправки 11 или клапан слива 21 открыты) в местах креплений устройства, размещенных на разных отсеках (нижнее днище бака окислителя 1, шпангоут 3 бака горючего 2 и нижнее днище бака горючего 2) возникают относительные продольные и поперечные перемещения. Кроме того, возникают небольшие перемещения между клапаном заправки 11 и клапаном слива 21 на баке окислителя 1.
Относительные перемещения, возникающие на баке окислителя 1 в местах установки клапана заправки 11 и клапана слива 21, шпангоуте 3 бака горючего 2 в месте крепления объединенного трубопровода заправки (слива) 9, на баке горючего 2 в месте установки гидравлического разъемного соединения 10, устройство компенсирует за счет податливости объединенного трубопровода заправки (слива) 9 в пределах упругой деформации с поворотом и проскальзыванием объединенного трубопровода заправки (слива) 9 в сферической опоре 16 и с отработкой этого поворота вспомогательным сильфонным компенсатором угловых перемещений 14.
Относительные перемещения между клапаном заправки 11 и клапаном слива 21 бака окислителя 1 устройство компенсирует поворотом сильфонного компенсатора угловых перемещений 7, сжатием или растяжением сильфонного компенсатора линейных перемещений 6 участка трубопровода слива 5.
В процессе компенсации перемещений сила, возникающая от сильфонного компенсатора линейных перемещений 6, воспринимается участком трубопровода заправки 22 и упругой деформацией объединенного трубопровода заправки (слива) 9.
Окислитель по транзитному трубопроводу ракеты-носителя 23, через гидравлическое разъемное соединение 10, по объединенному трубопроводу заправки (слива) 9, через открытый клапан заправки 11, по участку трубопровода заправки 22 и коллектор 20 поступает в бак окислителя 1 ракетного разгонного блока. Слив окислителя ведется через участок трубопровода слива 5, через открытый клапан слива 21, по объединенному трубопроводу заправки (слива) 9, через гидравлическое разъемное соединение 10 и далее по транзитному трубопроводу ракеты-носителя 23 поступает в наземную емкость.
В процессе монтажа устройства на ракетном разгонном блоке кронштейном 12 за счет пазов 15 в кронштейне 12 выбирают технологические отклонения объединенного трубопровода заправки (слива) 9 по отношению к шпангоуту 3 бака горючего 2, причем положение вкладыша-термомоста 8 фиксируется на общем трубопроводе 9 (например, с помощью клея).
Чтобы не происходило захолаживания конструкции бака горючего 2 от объединенного трубопровода заправки (слива) 9, по которому протекает криогенный компонент, вкладыш-термомост 8, кронштейн 12 и прижим 13 выполняются из материалов, обладающих большим термическим сопротивлением. Кроме того, между кронштейном 12 и шпангоутом 3 установлен термомост 18.
Трубопровод заправки и слива имеет большую протяженность и, следовательно, в пределах упругой деформации достаточную податливость для компенсации перемещений.
В результате такого решения ~ на 25% обеспечивается снижение массы устройства за счет использования податливости в пределах упругой деформации объединенного трубопровода заправки (слива) 9 в качестве компенсирующего элемента относительных перемещений.