ТОПЛИВНЫЙ БАК ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Полезная модель относится к области космической техники и предназначена для использования в двигательных установках космических аппаратов КА.
Известен топливный бак по патенту US №3104526, (опубл. 24.09.1963), содержащий корпус со штуцерами и фланцами для подсоединения топливных и газовых магистралей, размещенное внутри корпуса на штанге эластичное вытеснительное устройство (ЭВУ) со штуцерами. Штуцера установлены на диаметрально противоположных полюсах оболочки ЭВУ. По месту установки штуцеров к оболочке прикреплены уплотнительные кольца. Внутри штуцера установлен прижим для взаимодействия с уплотнительными кольцами по соответствующим торцевым поверхностям штуцера и прижима. В этом баке штуцера, установленные на оболочке ЭВУ, используются для крепления ЭВУ к корпусу бака, подачи газа наддува в полость оболочки ЭВУ и замера в ней давления.
Топливный бак в процессе заправки предусматривает вакуумирование полости бака и подачу в нее топлива под давлением. После заправки топлива оболочка ЭВУ остается раздутой и заполняет объем газовой полости вплоть до начала рабочего наддува баков.
К недостаткам данного бака относится возможность закрутки оболочки ЭВУ в зоне полюсов под действием колебательного движения топлива, что может привести к потере герметичности ЭВУ. В зоне полюсов оболочки ЭВУ при ее обжатии образуется излом, который также может привести к преждевременному разрушению оболочки.
Известен топливный бак двигательной установки космического аппарата по патенту RU №2096648 (опубл. 20.11.1997), содержащий корпус со штуцерами и фланцами для подсоединения топливных и газовых магистралей. Внутри корпуса бака размещено ЭВУ со штуцерами, на диаметрально противоположных полюсах которого, по месту установки штуцеров, закреплены уплотнительные кольца. Каждый штуцер ЭВУ снабжен установленным в нем прижимом, а уплотнительное кольцо оболочки ЭВУ размещено на торцевой поверхности между штуцером и прижимом. На штанге в полюсах ЭВУ установлены и жестко соединены с прижимами обтекатели в виде соосных штанге усеченных оживальных поверхностей с плоскими скошенными боковыми гранями, расположенные меньшими основаниями к центру бака. Усеченные обтекатели крепятся к прижимам при помощи разжимных стопорных колец.
Штуцеры также являются элементами крепления ЭВУ к корпусу бака. После установки ЭВУ в корпус бака и закрепления его производится установка штанги, которая предназначена для подачи топлива к агрегатам ДУ.
Топливный бак работает следующим образом. Перед заправкой топливного бака оболочку ЭВУ заневоливают путем обжатия внешним давлением вокруг штанги. Для этого полость ЭВУ вакуумируется, а полость бака сообщается с атмосферой. При достижении необходимой глубины вакуума в полости ЭВУ и установившегося атмосферного давления в полости бака осуществляют выдержку ЭВУ для стабилизации формы складок оболочки ЭВУ. Затем производится заправка компонентами топлива. Обжатое состояние оболочки поддерживается после заправки давлением насыщенных паров компонента.
Данный топливный бак имеет следующий недостаток. При креплении усеченного обтекателя к прижиму при помощи разжимного стопорного кольца не всегда удается получить необходимую соосность. Это приводит к невозможности установки штанги без разборки верхнего узла крепления.
Предполагаемая полезная модель обеспечивает получение технического результата, заключающегося в обеспечении необходимой соостности прижима и усеченного обтекателя в обоих диаметрально расположенных штуцерах.
Для достижения этого технического результата топливный бак, как и указанный выше имеет сферический корпус с фланцем и штуцерами для подсоединения топливных и газовых магистралей. Внутри корпуса бака размещено ЭВУ со штуцерами, на диаметрально противоположных полюсах которого, по месту установки штуцеров, закреплены уплотнительные кольца. Каждый штуцер ЭВУ снабжен установленным в нем прижимом, а уплотнительное кольцо оболочки ЭВУ размещено на торцевой поверхности между штуцером и прижимом. На штанге в полюсах ЭВУ установлены и жестко соединены с прижимами обтекатели в виде соосных штанге усеченных конусов, расположенных меньшими основаниями к центру бака. Усеченные обтекатели крепятся к прижимам при помощи резьбы.
В отличие от упомянутого бака в предлагаемой конструкции по диаметру усеченного обтекателя выполнен центрирующий буртик с высокоточным допуском, а по диаметру прижима выполнено гнездо под буртик с высокоточным допуском. Усеченный обтекатель устанавливается в прижим по резьбе. Заход буртика в гнездо обеспечивает заданную соосность и обеспечивает установку штанги.
Стопорение соединения производится штифтом в любом месте. По заранее сделанному отверстию под штифт в прижиме разделывается отверстие в усеченном обтекателе, а затем устанавливается штифт.
Так же для улучшения установки штанги глухой штуцер, закрепляющий нижний полюс эластичного вытеснительного устройства, выполнен с заходным конусом с углом 30-40°, а наконечник штанги имеет сферическую поверхность, что обеспечивает заход штанги в прижим по скользящей посадке и исключает ее колебание при вибрации на этапе выведения KA. Наконечник имеет отверстие, служащее для контроля установки штанги.
Предполагаемое изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен общий вид (разрез) топливного бака; на фиг. 2 изображен поперечный разрез верхнего штуцера, уплотнительного кольца, прижима, усеченного обтекателя и штанги; на фиг. 3 изображено кольцевое гнездо на прижиме для центрирующего буртика; на фиг. 4 изображен кольцевой центрирующий буртик на усеченном обтекателе; на фиг. 5 изображен поперечный разрез нижнего глухого штуцера, уплотнительного кольца, прижима, усеченного обтекателя и штанги; на фиг. 6 изображен заходной конус на нижнем глухом штуцере; на фиг. 7 изображена штанга со сферическим наконечником.
На фиг. 1 изображен топливный бак, содержащий сферический корпус 1 со штуцером 2 для подвода газовых магистралей, фланца 3, через который производится установка ЭВУ, крышки со штуцером 4 для подвода топливных магистралей. Внутри корпуса бака размещено ЭВУ 5 со штуцером забора топлива 6 и диаметрально противоположным глухим штуцером 7. Штуцеры 6 и 7 являются также элементами крепления ЭВУ к корпусу бака. Штанга 8 обеспечивает забор топлива из ЭВУ.
На фиг. 2 в более крупном масштабе в разрезе изображены ЭВУ 5, верхний штуцер 6 забора топлива, штанга 8, уплотнительное кольцо 9, прижим 10, усеченный обтекатель 11, фиксирующий штифт 12.
На фиг. 3 изображено кольцевое гнездо 14 для центрирующего буртика, выполненное на прижиме 10.
На фиг. 4 изображен центрирующий буртик 13, выполненный на усеченном обтекателе 11.
На фиг. 5 в более крупном масштабе в разрезе изображены ЭВУ 5, нижний глухой штуцер 7, штанга 8, уплотнительное кольцо 9, прижим 10, усеченный обтекатель 11, фиксирующий штифт 12.
На фиг. 6 в масштабе 2:1 изображен заходной конус 15.
На фиг. 7 в масштабе 2:1 изображена штанга 8 со сферическим наконечником 16 и отверстием 17 для контроля установки штанги.
Усеченные обтекатели 11 и прижимы 10 одинаковы для штуцера забора топлива 6 и глухого штуцера 7. Наличие кольцевого центрирующего буртика 13 обеспечивает соосность усеченных обтекателей и прижимов на обоих штуцерах 6 и 7, а наличие заходного конуса 15 на глухом прижиме 7 и сферической поверхности 16 на наконечнике штанги 8 обеспечивает заход штанги в прижим по скользящей посадке, что необходимо для установки штанги 8. Контроль установки штанги осуществляется через отверстие 17 при помощи эндоскопа.
Заявленный топливный бак работает следующим образом. Перед заправкой топливного бака ЭВУ через газовый штуцер 2 обжимается избыточным давлением. Внутренняя полость ЭВУ при этом через штуцер 4 сообщается с атмосферой. По окончанию обжатия производится одновременное вакуумирование полостей бака и ЭВУ через штуцеры 2 и 4 до заданной величины вакуума. После чего производится заправка под давлением внутренней полости ЭВУ компонентом топлива. В процессе заправки давление в полости бака (между корпусом бака и ЭВУ) возрастает за счет увеличения объема топливной полости и уменьшения объема газовой полости. По окончании заправки полость между баком и ЭВУ вакуумируют до исходной (как перед заправкой) величины вакуума. В результате в полости ЭВУ образуется избыточное давление за счет давления насыщенных паров компонентов топлива. Под действием этого избыточного давления ЭВУ выкладывается по стенке бака. В этом положении ЭВУ испытывает минимальные нагрузки в местах заделки оболочки при транспортировании КА на стартовый комплекс и на этапе работы РН при выведении.