RU2059095C1

RU2059095C1 - Method of storing and supplying fuel to electrothermal spacecraft rocket engine

Info

Publication number: RU2059095C1
Authority: RU
Inventors: М.П. Волков; П.П. Емельянов; В.Н. Галайко; Л.И. Назаренко
Original assignee: Государственное научно-производственное предприятие "Полюс"
Priority date: 1991-06-11
Filing date: 1991-06-11
Publication date: 1996-04-27

Abstract

FIELD: space engineering. SUBSTANCE: method includes monitoring the fuel temperature in each tank and determining temperature difference in the tanks with the same fuel components. The temperature difference is compared with a permissible one. If the difference exceeds a permissible difference, the heater of the tank, in which the temperature is lower, is set in operation. When the temperature difference is less than permissible one the tank heater stops. EFFECT: simplified method. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электроракетным двигателям и предназначено для использования в двигательных установках с многобаковой системой хранения и подачи топлива. The invention relates to electric rocket engines and is intended for use in propulsion systems with a multi-tank fuel storage and supply system.

Известен способ хранения и подачи топлива к электротермическим ракетным двигателям (ЭТРД) космического аппарата (КА) [1] в котором топливо подогревают электрической спиралью, навиваемой на камеру-нагреватель, а также продуктами реакции разложения рабочего тела, например гидразина, которые поступают через камеру-теплообменник, и отдают избыток тепла следующей порции топлива. Этот способ обеспечивает подогрев топлива перед входом в реакционную камеру. A known method of storing and supplying fuel to an electrothermal rocket engine (ETJD) of a spacecraft (KA) [1] in which the fuel is heated by an electric spiral wound on a heater chamber, as well as reaction products of the decomposition of the working fluid, such as hydrazine, which enter through the chamber heat exchanger, and give off excess heat to the next portion of fuel. This method provides heating of the fuel before entering the reaction chamber.

Известен способ [2] в котором тепло, выделяемое в реакционной камере, отводят на корпус двигателя через кольцевую диафрагму, что позволяет поддерживать температуру топлива ниже температуры испарения. A known method [2] in which the heat generated in the reaction chamber is removed to the engine housing through an annular diaphragm, which allows you to maintain the temperature of the fuel below the evaporation temperature.

Оба способа имеют общий недостаток дополнительный расход топлива для стабилизации КА. Так, при многобаковой системе хранения топлива возможен неодинаковый расход одноименных компонентов топлива из параллельно работающих баков вследствие неодинаковости кинетической вязкости топлива при различных температурах. Например, при изменении температуры от 0 до 40^оС может изменяться на 50% [3] Неодинаковость расхода одноименных компонентов топлива приводит к изменению положения центра масс КА, что в свою очередь может изменить ориентацию КА. Для приведения КА в прежнее положение требуются включение ЭТРД системы ориентации и, следовательно, дополнительный расход топлива.Both methods have a common disadvantage of additional fuel consumption for stabilizing the spacecraft. So, with a multi-tank fuel storage system, unequal consumption of the same components of the fuel from parallel tanks is possible due to the unequal kinetic viscosity of the fuel at different temperatures. For example, when the temperature changes from 0 ^to 40 ° C may vary by 50% [3] The unequal fuel consumption of similar components leads to a change in position of the center of mass of spacecraft, which in turn can change the orientation of the spacecraft. To bring the spacecraft to its former position, the inclusion of an ETJS orientation system and, therefore, additional fuel consumption are required.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ хранения и подачи топлива к электротермическому ракетному двигателю космического аппарата [4] включающий контроль температуры топлива в каждом баке, включение нагревателей баков при температуре ниже нижнего граничного значения и отключение нагревателя баков при температуре выше верхнего граничного значения диапазона температур. Closest to the proposed technical essence is a method of storing and supplying fuel to the electrothermal rocket engine of a spacecraft [4], including controlling the temperature of the fuel in each tank, turning on tank heaters at a temperature below the lower limit value and turning off the tank heater at a temperature above the upper limit value of the range temperatures.

Существенным недостатком этого способа является также повышенный расход топлива из-за необходимости дополнительного включения двигателей ориентации для компенсации отклонений, связанных с изменением положения центра масс КА. A significant disadvantage of this method is also increased fuel consumption due to the need for additional inclusion of orientation engines to compensate for deviations associated with a change in the position of the center of mass of the spacecraft.

Цель изобретения экономия топлива путем стабилизации положения центра масс космического аппарата за счет одинакового расхода топлива из баков. The purpose of the invention is fuel economy by stabilizing the center of mass of the spacecraft due to the same fuel consumption from the tanks.

Для этого в способе хранения и подачи топлива к электротермическому ракетному двигателю космического аппарата, включающем контроль температуры топлива в каждом баке, включение нагревателей баков при температуре ниже нижнего граничного значения и отключение нагревателя баков при температуре выше верхнего граничного значения диапазона температур, дополнительно определяют разность температур одноименных компонентов топлива в баках, сравнивают ее с допустимым значением и при разности температуры, превышающей допустимое значение, включают нагреватель того бака, температура топлива в котором ниже, и отключают нагреватель этого бака при разности температуры меньше допустимого значения. To do this, in the method of storing and supplying fuel to the electrothermal rocket engine of the spacecraft, including monitoring the temperature of the fuel in each tank, turning on the tank heaters at a temperature below the lower limit value and turning off the tank heater at a temperature above the upper limit value of the temperature range, the temperature difference of the same name is additionally determined fuel components in the tanks, compare it with the permissible value and with a temperature difference exceeding the permissible value, incl chayut heater of the tank, wherein the fuel temperature is lower and the heater switched off this tank at a temperature difference less than the allowable value.

На чертеже изображено устройство, осуществляющее способ хранения и подачи топлива к ЭТРД при двух одновременно работающих баках с одноименным компонентом топлива. The drawing shows a device that implements a method of storing and supplying fuel to the engine with two simultaneously operating tanks with the same fuel component.

Устройство содержит баки 1 и 2, в которых находится одноименное топливо. Температуру топлива измеряют с помощью датчиков температуры 3, установленных на баках 1 и 2, и регулируют, включая и отключая нагреватели 4. Сигналы с датчиков температуры 3 подают на первые входы компараторов 5-8, на вторые входы которых подают от источников Т_в 9 и Т_н10 опорные сигналы, характеризующие верхнюю и нижнюю границы допустимого температурного диапазона хранения топлива в баках. Выходную информацию компараторов 5-8 используют в логическом устройстве 11 для включения и отключения нагревателей 4 баков 1 и 2.The device contains tanks 1 and 2, in which the fuel of the same name is located. The temperature of the fuel is measured using temperature sensors 3 installed on the tanks 1 and 2, and regulated by turning on and off the heaters 4. The signals from the temperature sensors 3 are fed to the first inputs of the comparators 5-8, to the second inputs of which are supplied from sources T _at 9 and T _n 10 reference signals characterizing the upper and lower boundaries of the permissible temperature range for storing fuel in tanks. The output of the comparators 5-8 is used in the logic device 11 to turn on and off the heaters 4 of the tanks 1 and 2.

Для обеспечения равенства температуры топлива в баках 1 и 2 дополнительно производят алгебраическое вычитание сигналов температуры с помощью дифференциального усилителя 12 и сравнение полученного сигнала с помощью компараторов 13 и 14 с сигналом источника ΔТ15, характеризующим допустимую разность температур между баками. Информацию с выходов компараторов 13 и 14 используют в логическом устройстве 11 для управления работой нагревателей 4 баков 1 и 2 в соответствии с логическими формулами:
Y_вкл.1= P_н1+ΔP

Y_вкл.2= P_н2+ΔP

Y_откл.1= P_в1+

Y_откл.2= P_в2+

где Y_вкл.i и Y_откл.i функции включения и отключения нагревателей баков;
P_нi, Р_вi функции температуры баков, принимают значение 1, если температура бака ниже нижней границы и выше верхней границы;
ΔР₁, ΔР₂ функции соотношения температур, которые принимают значение 1, если Т₁-Т₂ >ΔT, где Т₁ и Т₂ текущие значения температуры баков 1 и 2;
ΔТ допустимая разность температуры между баками.To ensure equal fuel temperatures in

tanks

1 and 2, an additional algebraic subtraction of temperature signals is performed using a differential amplifier 12 and a comparison of the received

signal using comparators

13 and 14 with a source signal ΔТ15 characterizing the allowable temperature difference between the tanks. The information from the outputs of the

comparators

13 and 14 is used in a logical device 11 to control the operation of the heaters 4 of the

tanks

1 and 2 in accordance with the logical formulas:
Y on ₁ = P _n1 + ΔP

Y on ₂ = P _n2 + ΔP

_Otkl.1 Y = P _c1 +

_Otkl.2 Y = P _e2 +

where Y on _i and Y _{off i the} function of turning on and off the tank heaters;
P _ni , P _bi function of the temperature of the tanks, take the value 1 if the temperature of the tank is below the lower limit and above the upper limit;
ΔP ₁ , ΔP _{2 are} functions of the ratio of temperatures that take the value 1 if T ₁ -T ₂ > ΔT, where T ₁ and T _{2 are the} current temperature values of

tanks

1 and 2;
ΔТ permissible temperature difference between the tanks.

При Т₁-Т₂> 0 формируется функция ΔР₂. При Т₁-Т₂ < 0 формируется функция ΔР₁;

,

инверсные значения функций Р_нi, Р_вi, ΔР_i.At T ₁ -T ₂ > 0, the function ΔP _{2 is formed} . At T ₁ -T ₂ <0, the function ΔP _{1 is formed} ;

,

inverse values of the functions P _ni , P _bi , ΔP _i .

Если температура топлива какого-либо бака ниже нижней границы, то по сигналу Р_нi компараторов 6 и 8 в логическом устройстве 11 формируют команду (функцию) Y_вкл.i на отдельное включение нагревателя 4 данного бака. Если температура какого-либо бака стала выше верхней границы, то по сигналу Р_вi компараторов 5 и 7 в логическом устройстве 11 формируют команду (функцию) Y_откл.i на обязательное отключение нагревателя 4 данного бака. Если температура баков находится в пределах заданного диапазона температуры хранения топлива, но разность температур больше допустимого значения и, например, температура первого (второго) бака ниже температуры второго (первого) бака, то по сигналам ΔР₁(ΔР₂) компаратора 13(14) в логическом устройстве 11 формируют команду Y_вкл.1(Y_вкл.2) на включение нагревателя 4 первого (второго) бака. Как только разность температур уменьшится до допустимого значения и сигнал ΔР₁(ΔР₂) примет инверсное значение, в логическом устройстве 11 формируют команду Y_откл.1(Y_откл.2) на отключение нагревателя 4 этого бака.If the fuel temperature of any tank is lower than the lower limit, then, according to the signal P _{ni of the} comparators 6 and 8, in the logic device 11, a command (function) Y on _{i is formed} for separately turning on the heater 4 of this tank. If the temperature of a tank has become higher than the upper limit, then a signal Р _{bi of the} comparators 5 and 7 in the logic device 11 generates a command (function) Y _{off i} for the mandatory shutdown of the heater 4 of this tank. If the temperature of the tanks is within the specified range of the fuel storage temperature, but the temperature difference is greater than the permissible value and, for example, the temperature of the first (second) tank is lower than the temperature of the second (first) tank, then, according to the signals ΔР ₁ (ΔР ₂ ) of the comparator 13 (14) in the logical device 11 form a command Y on ₁ (Y on ₂ ) to turn on the heater 4 of the first (second) tank. Once the temperature difference is reduced to the allowable value? P ₁ and the signal (? P ₂₎ assumes the inverse value, a logic device 11 is formed _otkl.1 command Y (Y _otkl.2) to disable the heater 4 of the tank.

Таким образом, способ хранения и подачи топлива к ЭТРД при двух и более одновременно работающих баках, содержащих одноименное топливо, обеспечивает одинаковую вязкость и тем самым одинаковый расход топлива одновременно из всех баков, сохраняя требуемое заданное положение центра масс КА, что приводит к экономии топлива, расходуемого для стабилизации КА. Thus, the method of storing and supplying fuel to the engine with two or more simultaneously operating tanks containing the same fuel provides the same viscosity and thereby the same fuel consumption simultaneously from all tanks, while maintaining the required predetermined position of the center of mass of the spacecraft, which leads to fuel economy, consumed to stabilize the spacecraft.

Claims

METHOD FOR STORING AND SUPPLYING FUEL TO THE ELECTROTHERMAL ROCKET ENGINE OF THE SPACE VEHICLE, including monitoring the temperature of the fuel in each tank, turning on the tank heaters at a temperature below the lower limit value and turning off the tank heater at a temperature above the upper limit of the temperature range, which differs for fuel by stabilizing the position of the center of mass of the spacecraft due to the same fuel consumption from the tanks, the temperature difference is additionally determined of like components in the fuel tanks, it is compared with a permissible value and the temperature difference exceeding the allowable value of the heater comprise a tank, wherein the fuel temperature is lower and the heater switched off this tank at a temperature difference less than the allowable value.