ELASTIC FEED SYSTEMS OF FUEL TANKS

Texto integral

В последние годы чрезвычайно возрос интерес к непосредственному исследованию планет солнечной го перелета, в частности, определяющие работоспособсистемы. Для реализации данной задачи необходимы ность двигательной установки. Для обеспечения подакосмические аппараты, способные, например, доста- чи жидких компонентов топлив к реактивным двигатевить оборудование для сбора информации о состоянии лям в условиях действия малой гравитации используи составе грунта, наличии элементов, встречающихся ются различные внутрибаковые разделительные устна Земле и т.п. Таким образом, возрастают требования ройства: металлические диафрагмы и сильфоны, элак оснащению перелетного модуля космического аппа- стичные вытеснительные устройства (ЭВУ) [1; 2]. 140 Авиационная и ракетно-космическая техника Рассмотрим топливный бак сферической формы с установленным в него эластичным вытеснительным устройством, которое разделяет топливную и газовую полости бака (рис. 1). Отбор топлива из бака осуществляется через закрепленную с двух сторон перфорированную трубку. Газ наддува давит на поверхность ЭВУ и выдавливает топливо в магистраль. Основные требования к ЭВУ при длительном отборе из них компонентов топлив следующие: - конструктивная схема ЭВУ (топливо внутри или снаружи); - низкая проницаемость газов через материал; - химическая стойкость к компонентам; - высокие прочностные характеристики материала (устойчивость к разрывам, растяжениям и т. д.). Проведенные испытания по выбору формы и материала ЭВУ изготовленных в «НПО им. С. А. Лавочкина» образцов для штатных компонентов при длительном периоде эксплуатации позволили придти к выводу об эффективности использования фольгиро-ванных материалов при сферической форме вытеснительного пакета. \2 Рис. 1. Фрагмент топливного бака: 1 - корпус бака; 2 - наддувная полость; 3 - горловина; 4 - ЭВУ; 5 - перфорированная труба Материал ЭВУ состоит из полифеновой ткани, алюминиевой фольги и фторопластовых пленок, которые обеспечивают превосходную химическую стойкость и высокую эластичность. Полифеновая ткань снижает склонность материала к растрескиванию и улучшает стойкость к сложноизгибающим деформациям, а алюминиевая фольга снижает проницаемость газов наддува и КРТ (негерметич-ность фольгированного вытеснителя составляет 1,0• 10-3 л.•мкм рт. ст./с., при незначительном увеличении массы ЭВУ). Результаты проведенных испытаний по определению химстойкости материала ЭВУ при длительном нахождении в компонентах топлива приведены на рис. 2. Для придания пакету формы и габаритов внутреннего контура топливного бака ЭВУ изготавливается методом термической сварки из формованных сегментов (лепестков), которые свариваются в полусферы, а затем в сферу. Для подтверждения работоспособности ЭВУ, оценки газовыделения на компонентах гептил и ами-лин в условиях натурной эксплуатации ДУ ПМ КА «Фобос-Грунт» были сформулированы следующие задачи: - определение значений концентраций растворенного газа наддува в амилине и гептиле в процессе длительного хранения и вытеснения компонента топлива из ЭВУ; - определение газовыделения в процессе испытаний; - определение степени негерметичности ЭВУ перед заправкой и после слива компонентов; - оценка состояния материала ЭВУ после испытаний; - определение соответствия НТД составов компонентов топлива до и после испытаний. 401-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1 0 2 4 6 8 10 12 14 16 1S 20 Бремя экспозиции, мес Рис. 2. Относительное удлинение фольгированного материала L после выдержки в гептиле и амилине: 1 (ооо) - гептил, вдоль; 2 (+++) - гептил, поперек; 3 (□□□) - амилин, вдоль; 4 (ООО) - амилин, поперек Для осуществления поставленных задач были разработаны программа и методика проведения испытаний, которые были реализованы в ФКП «НИЦ РКП» [3]. Испытуемый бак монтируется в термошкафу в соответствии с пневмогидравлической схемой изделия с добавлением емкости для объемно - весовых измерений при ресурсных испытаниях. Осуществляется проверка герметичности ЭВУ до и после слива хромаграфическим методом. Проводится анализ по определению соответствия ГОСТам составов компонентов топлива до и после испытаний. Заправка осуществляется в отвакауумированные полости бака, ЭВУ и магистрали, заправка ЭВУ заданным количеством компонента с весовым контролем массы топлива. Не позднее одних суток осуществляется наддув гелием до рабочего давления. В ходе ресурсных испытаний проводят отбор компонента из бака в измерительный бачок заранее отва-куумированный заданной массы компонента, определяемую по весам, выдерживают измерительный бачок в течение времени, необходимого для установления в нем постоянного давления, по значениям слитой в бачок массы компонента и давлению в бачке рассчитывают величину концентрации растворенного в компоненте газа. Содержимое измерительного бачка переливают в весовую емкость и продолжают слив из бака заданного циклограммой количества компонента. На протяжении испытаний поддерживались температурные циклы, отвечающие натурным условиям 141 Вестник СибГАУ. № 3(49). 2013 эксплуатации. На протяжении всего этапа испытаний осуществляется контроль температуры, давления, массы отобранных компонентов, а также контроль за состоянием пневмогидравлической системы. По окончанию ресурсных испытаний проводилось определение остатков компонента, герметичности ЭВУ. После мероприятий по нейтрализации проводится удаление ЭВУ из объема бака и внешний контроль состояния вытеснительного пакета на предмет обнаружения расслоений материала оболочки и сварных швов. Согласно изложенной методике были проведены испытания для двух пар баков - с гептилом и амилином соответственно. Все сливы гептила из баков прошли без замечаний. Взятый по завершению испытаний анализ компонента соответствовал требованиям НТД. На рис. 3 показано газонасыщение гептила гелием. Преаы азонас швние 98,8”/ 97% к9 5% rfP D-0 / П-13 7 0% , ,J\ * И £> 43% - і ty №Г1 №Г2 У Г О 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 t, сут Рис. 3. Газонасыщение гептила гелием Все сливы амилина из баков прошли также без замечаний. Взятый по завершению испытаний анализ компонента соответствовал НТД. На рис. 4 показано газонасыщение амилина гелием. Определение исходной негерметичности по методу «мундштука» гелием показало отсутствие утечек через ЭВУ. После проведения испытаний была определена негерметичность ЭВУ баков № Г2 и № О2 также по методу «мундштука». Утечки азота через ЭВУ отсутствовали. При проверке методом «мундштука» на гелии утечки при перепаде на ЭВУ давления согласуются с требованиями по герметичности ЭВУ после испытаний - 0,0098 нсм3/мин. Результаты измерений газонасыщения компонентов гелием в процессе длительного хранения в ЭВУ и сливов компонентов удовлетворительно согласуются с расчетными (см. рис. 3, 4). Результаты испытаний показали, что при моделировании графика вытеснения компонентов к концу полета перелетного модуля космического аппарата «Фобос-Грунт» на 510 сутки следует ожидать газовы-деление в баке «О» - 0,16 л, в баке «Г» - 0,02 л при негерметичности ЭВУ 1,0.10-3 л. мкм рт. ст./с. Компоненты амилин и гептил до и после испытаний соответствовали требованиям ОСТ 113-03-503-85 и ГОСТ В 17803-72 соответственно. Исследования механических свойств образцов материала ЭВУ после выдержки в компонентах топлива показали, что относительное удлинение фольгированного материала составляет ~ 40 %, при этом сварные швы и основной материал сохранили свои свойства. 1 1 1 1 1 94% 92% —Пре 93, (ельн в газо надду насыш, ■ е 16 ТіГ 88%' Преде іьное — ■азона ыш^н е 90% при HS ЧДУве 10 атм п<* 76% X 68% В8% Ґ 50% / А m □ Рг(ср) теор —Бак№02 ' Бак №01 р* 22% і / 15% О 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 t, сут Рис. 4. Газонасыщение амилина гелием Работоспособность (конструктивная целостность) ЭВУ обеспечивает длительность полета ДУ ПМ - 510 суток.

Sobre autores

I. Platov

Federal State Unitary Enterprise “SPA named after S. A. Lavochkin”

Email: ili061@mail.ru
24 Leningradskaya str., Khimki, Moscow region, 141400, Russia

Bibliografia

Arquivos suplementares