RU2293665C1 - Fuel tank - Google Patents
Fuel tank Download PDFInfo
- Publication number
- RU2293665C1 RU2293665C1 RU2005117509/11A RU2005117509A RU2293665C1 RU 2293665 C1 RU2293665 C1 RU 2293665C1 RU 2005117509/11 A RU2005117509/11 A RU 2005117509/11A RU 2005117509 A RU2005117509 A RU 2005117509A RU 2293665 C1 RU2293665 C1 RU 2293665C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- partition
- fuel
- intake
- fuel tank
- capillary
- Prior art date
Links
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 25
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 20
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000994 depressogenic effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 27
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 10
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 1
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/40—Weight reduction
Landscapes
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ракетно-космической технике, в частности к топливным бакам космических аппаратов (КА), работающим в условиях невесомости и переходе от невесомости к перегрузкам.The invention relates to rocket and space technology, in particular to the fuel tanks of spacecraft (SC), operating in zero gravity and the transition from zero gravity to overloads.
Из патентной литературы известен топливный бак, содержащий корпус с заборным и дренажным отверстиями и герметично закрепленную на стенках корпуса бака вогнутую в сторону заборного отверстия поперечную перегородку с выполненным в центральной ее части отверстием с проницаемым элементом (см., например, патент Англии №2109760, кл. B 64 G 1/40, F 02 K 9/50, оп. 06.06.83 г.).A fuel tank is known from the patent literature, comprising a housing with an intake and drainage openings and a transverse partition with an opening with a permeable element concave towards the intake opening and tightly fixed to the walls of the tank housing (see, for example, England Patent No. 2109760, class B 64 G 1/40, F 02 K 9/50, op. 06/06/83).
В результате перегрузок, воздействующих на топливо в условиях невесомости, например существенных импульсов перегрузок, возникающих при работе системы ориентации, коррекции траектории полета, механических ударах (стыковка) и т.д., целостность топлива нарушается, и топливо, перемещаясь по всему объему топливного бака, перемешивается с газом наддува и к заборному отверстию подходит с пузырьками газа наддува, что вредно отражается на работе двигателей. По предотвращению вышеуказанного приоритет за способом ориентации топлива, основанном на действии сил поверхностного натяжения, использовании капиллярного эффекта.As a result of overloads affecting the fuel under zero gravity conditions, for example, significant impulses of overloads arising from the operation of the orientation system, correction of the flight path, mechanical shocks (docking), etc., the integrity of the fuel is violated, and the fuel, moving throughout the fuel tank mixes with boost gas and approaches the intake opening with bubbles of boost gas, which adversely affects the operation of engines. To prevent the above, priority is given to the method of orientation of the fuel, based on the action of surface tension forces, the use of the capillary effect.
Основной недостаток известного решения - топливо удерживается в зоне заборного отверстия и на проницаемых элементах в виде мелкоячеистых сит или сеток при воздействии знакопеременных ускорений только при отсутствии расхода из бака или при очень малых расходах, в небольшом диапазоне частот эффективной работы, а также низкая механическая прочность, значительный вес и грязеемкость. Например, сетки вообще плохо держат вибрацию вследствие того что не являются объемной структурой и не обладают разветвленной структурой легко контролируемого порового пространства.The main disadvantage of the known solution is that the fuel is held in the area of the intake opening and on permeable elements in the form of fine-mesh sieves or grids when exposed to alternating accelerations only in the absence of flow from the tank or at very low flow rates, in a small frequency range of efficient operation, as well as low mechanical strength, significant weight and dirt capacity. For example, grids generally do not hold vibration well due to the fact that they are not a volumetric structure and do not have a branched structure of an easily controlled pore space.
Эффективная работа сетки возможна лишь на малых частотах (до 30 Гц).Effective grid operation is possible only at low frequencies (up to 30 Hz).
Задачей настоящего изобретения является создание топливного бака с техническим результатом в виде повышения надежности работы, т.е. подачи топлива из топливного бака в двигательную установку без газовых включений, что позволяет обеспечить устойчивый многократный запуск двигательной установки из режима невесомости, снижение веса топливного бака, а также расширение арсенала технических средств данного назначения.The objective of the present invention is to provide a fuel tank with a technical result in the form of increased reliability, i.e. supplying fuel from the fuel tank to the propulsion system without gas inclusions, which allows for stable multiple start-up of the propulsion system from zero gravity, reducing the weight of the fuel tank, and also expanding the arsenal of technical equipment for this purpose.
Решение данной задачи заключается в том, что в топливном баке, содержащем корпус с заборным и дренажным отверстиями и герметично закрепленную на стенках корпуса бака вогнутую в сторону заборного отверстия поперечную перегородку с выполненным в центральной ее части отверстием с проницаемым элементом, в соответствии с изобретением в перегородке в периферийной ее части выполнены дополнительные отверстия с установленными в них проницаемыми элементами в виде капиллярно-пористых элементов из пенометалла на основе коррозионно-стойкого металла или сплава, капиллярно-пористые элементы центрального отверстия размещены в цилиндрической обечайке, а последняя в нижней части снабжена сплошным основанием и выполнена у этого основания с боковыми окнами. При этом перегородка предпочтительно размещена в районе заборного отверстия.The solution to this problem lies in the fact that in the fuel tank containing a housing with intake and drainage holes and hermetically fixed to the walls of the tank body, a transverse bent concave towards the intake hole with a hole made in its central part with a permeable element, in accordance with the invention in the partition in its peripheral part, additional holes are made with permeable elements installed in them in the form of capillary-porous foam metal elements based on a corrosion-resistant metal alla or alloy, capillary-porous elements of the central hole are placed in a cylindrical shell, and the last in the lower part is equipped with a solid base and made at this base with side windows. In this case, the partition is preferably located in the area of the intake opening.
Далее изобретение поясняется более подробно с использованием чертежей, где на фиг.1 изображен топливный бак с одной перегородкой, на фиг.2 показано заполнение бака примерно на 1/3 объема, когда смещение его центра масс при действии боковых возмущающих перегрузок существенно и опасно, а топливный бак показан в двух случаях: без перегородки и с перегородкой.The invention is further explained in more detail using the drawings, in which Fig. 1 shows a fuel tank with one partition, Fig. 2 shows the filling of the tank by about 1/3 of the volume when the displacement of its center of mass under the action of lateral disturbing overloads is significant and dangerous, and The fuel tank is shown in two cases: without a partition and with a partition.
Топливный бак (фиг.1) содержит корпус 1 с заборным 2 и дренажным 3 отверстиями и хотя бы одну (хотя может быть и несколько) герметично крепящуюся к стенкам бака для предотвращения перетекания топлива в пристеночных областях перегородку 4 в форме усеченного конуса, делящую внутреннюю полость бака на отдельные секции 5 и 6. В центральной части перегородки 4 располагается пенометалл 7, заключенный в цилиндрическую обечайку 8. На периферийной части боковой стенки усеченного конуса (перегородки) выполнены отверстия 9 для периферийного дренажа газа наддува из-под перегородки, все-таки просачивающегося (возможно) под перегородку. Стенки усеченного конуса (перегородки) для уменьшения недозабора топлива выполнены практически сплошными, за исключением дренажных отверстий 9, и наклонными к центральной осевой части (выполнены вогнутыми в сторону нижнего днища или в сторону заборного отверстия). Нижнее основание 10 цилиндрической обечайки (основание, обращенное к заборному отверстию) выполнено также сплошным для защиты пенометалла от гидроудара и усталостных напряжений, возникающих под воздействием знакопеременных нагрузок по продольной оси космического аппарата. Отверстие 11 в цилиндрической обечайке 8 служит для проникновения топлива из полости 5 в капилляры пенометалла 7. Проникновение топлива в капилляры пенометалла 7 из полости 6 происходит через одно или несколько окон 12 обечайки 8. Поток топлива через окна 12 перпендикулярен продольной оси топливного бака. Отверстия на периферии конуса перегородки также закрыты пенометаллом.The fuel tank (Fig. 1) contains a housing 1 with an intake 2 and a drainage 3 holes and at least one (although there may be several) hermetically attached to the walls of the tank to prevent the flow of fuel in the wall areas of the partition 4 in the form of a truncated cone, dividing the internal cavity the tank into separate sections 5 and 6. In the central part of the partition 4 there is a foam metal 7 enclosed in a cylindrical shell 8. On the peripheral part of the side wall of the truncated cone (partitions), openings 9 are made for peripheral gas drainage Adduv from under the partition, still seeping (possibly) under the partition. The walls of the truncated cone (partitions) to reduce fuel under-intake are made almost continuous, with the exception of drainage holes 9, and inclined to the central axial part (made concave towards the bottom of the bottom or towards the intake hole). The lower base 10 of the cylindrical shell (the base facing the intake hole) is also solid to protect the foam metal from water hammer and fatigue stresses arising under the influence of alternating loads along the longitudinal axis of the spacecraft. The hole 11 in the cylindrical shell 8 serves for the penetration of fuel from the cavity 5 into the capillaries of the foam metal 7. The penetration of the fuel into the capillaries of the foam 7 from the cavity 6 occurs through one or more windows 12 of the shell 8. The fuel flow through the windows 12 is perpendicular to the longitudinal axis of the fuel tank. The holes on the periphery of the partition cone are also closed with foam metal.
Топливный бак с внутренней перегородкой работает следующим образом.The fuel tank with an internal partition works as follows.
Перед работой двигательной установки на старте топливный бак содержит топливо (в нижней части бака) и газ наддува (в верхней части бака). При работе маршевого двигателя возникающая перегрузка создает гидростатическое давление топлива, намного превышающее капиллярное давление в капиллярах пенометалла 7, находящегося во внутренней перегородке 4 топливного бака. Пенометалл 7 не удерживает поток топлива, и топливо проникает из полости 5 в полость 6. В момент прекращения работы маршевого двигателя топливо, обладающее значительной кинетической энергией, под действием сил инерции из полости 6 стремится переместиться в полость 5. При возникающем вследствие этого гидроударе часть кинетической энергии топлива гасится на сплошной части перегородки и сплошном нижнем основании цилиндрической обечайки перегородки, а другая часть - на пенометалле, т.к. пенометалл, обладая специфической сетчато-ячеистой объемной структурой высокой капиллярной пористости, гасит значительную часть энергии топлива. Поэтому в полость бака 5 попадает незначительная часть топлива, не обладающего большой кинетической энергией.Before starting the engine, the fuel tank at the start contains fuel (at the bottom of the tank) and boost gas (at the top of the tank). During the operation of the main engine, the overload that occurs creates a hydrostatic pressure of the fuel, much higher than the capillary pressure in the capillaries of the foam metal 7 located in the inner partition 4 of the fuel tank. Foam metal 7 does not retain the flow of fuel, and fuel penetrates from cavity 5 into cavity 6. At the time of the marching engine shutdown, fuel with significant kinetic energy tends to move into cavity 5 under the action of inertia forces from cavity 6. When a hydraulic shock arises as a result of this, part of the kinetic fuel energy is extinguished on the solid part of the partition and the solid lower base of the cylindrical shell of the partition, and the other part on the foam metal, because foam metal, having a specific mesh-cell volumetric structure of high capillary porosity, extinguishes a significant part of the fuel energy. Therefore, an insignificant part of the fuel that does not have large kinetic energy enters the cavity of the tank 5.
В невесомости на топливный бак действуют малые перегрузки от работы двигателей стабилизации, ориентации и коррекции, которые вызывают изменение положения зеркала топлива, стремящегося установиться перпендикулярно действующим перегрузкам. Величины этих перегрузок на несколько порядков меньше, чем перегрузки по оси космического аппарата при работе маршевого двигателя. Гидростатическое давление, возникающее вследствие таких перегрузок, меньше капиллярного давления в капиллярах пенометалла 7, и проницаемая часть перегородки удерживает топливо, не давая зеркалу устанавливаться перпендикулярно действующим перегрузкам, тем самым сохраняя центр масс топливного бака на продольной оси космического аппарата и обеспечивая нормальный (без пузырьков газа) забор топлива на управляющие двигатели.In zero gravity, small overloads from the operation of stabilization, orientation and correction engines act on the fuel tank, which cause a change in the position of the fuel mirror, which tends to be established perpendicular to the existing overloads. The magnitude of these overloads is several orders of magnitude less than the overloads along the axis of the spacecraft during the operation of the main engine. The hydrostatic pressure resulting from such overloads is less than the capillary pressure in the capillaries of the foam metal 7, and the permeable part of the baffle holds the fuel, preventing the mirror from being installed perpendicular to the acting overloads, thereby maintaining the center of mass of the fuel tank on the longitudinal axis of the spacecraft and ensuring normal (without gas bubbles) ) fuel intake for control engines.
В качестве коррозионно-стойкого металла или сплава для изготовления пенометалла, принимая в расчет необходимость малого удельного веса, высокой жесткости и коррозионной стойкости, рекомендуется применять Al, нихром, коррозионно-стойкую сталь.As a corrosion-resistant metal or alloy for the manufacture of foam metal, taking into account the need for low specific gravity, high rigidity and corrosion resistance, it is recommended to use Al, nichrome, corrosion-resistant steel.
Таким образом, технический результат достигается в результате того, что:Thus, the technical result is achieved as a result of the fact that:
- есть отличные капиллярные свойства, обусловленные однородностью строго регламентируемой сетчато-ячеистой трехмерной структуры порового пространства, ее объемностью, наличием канальной пористости, высокой пористостью (95%), которая обеспечивает малый удельный вес, малое гидравлическое сопротивление, большую емкость, повышенный коэффициент извилистости пор, возрастающий при пористости свыше 90%. Причем пористость равномерна по объему и легко контролируется;- there are excellent capillary properties due to the uniformity of the strictly regulated mesh-cellular three-dimensional structure of the pore space, its volume, the presence of channel porosity, high porosity (95%), which provides a low specific gravity, low hydraulic resistance, large capacity, and an increased pore tortuosity coefficient, increasing with porosity over 90%. Moreover, the porosity is uniform in volume and is easily controlled;
- высокая коррозионная стойкость, высокая жесткость при малом удельном весе.- high corrosion resistance, high rigidity with low specific gravity.
Обладая объемностью поровой структуры, сложной конфигурацией поровых каналов, как то: их сужение, расширение, влияющее на капиллярное давление, изменение направления и разветвление, наличие острых кромок, пенометалл разбивает поток топлива, возникающий при переходе от невесомости к перегрузкам на микропотоки. При этом происходит значительная диссипация энергии движущегося жидкого компонента. Большая плотность поверхности капиллярных каналов, пенометалла (благодаря 95% объема пустот) положительно влияет на диссипацию энергии топлива. Кинетическая энергия топлива расходуется на преодоление капиллярных сил, возникающих в капиллярах пенометалла. В результате этого снижается гидродинамическое воздействие топлива на стенки бака, уменьшая смещение центра масс топливного бака с продольной оси космического аппарата. В условиях невесомости пенометалличеекая часть перегородки бака, за счет капиллярного эффекта, не позволяет топливу перемещаться по всему объему топливного бака и смещать центр масс с продольной оси космического аппарата.Having the volume of the pore structure, the complex configuration of the pore channels, such as their narrowing, expansion, affecting capillary pressure, change of direction and branching, the presence of sharp edges, foam metal breaks the fuel flow that occurs during the transition from zero gravity to overloads into microflows. In this case, a significant dissipation of the energy of the moving liquid component occurs. The high surface density of capillary channels, foam metal (due to 95% of the volume of voids) positively affects the dissipation of fuel energy. The kinetic energy of the fuel is spent on overcoming the capillary forces arising in the capillaries of the foam metal. As a result of this, the hydrodynamic effect of fuel on the tank walls is reduced, decreasing the displacement of the center of mass of the fuel tank from the longitudinal axis of the spacecraft. Under zero gravity conditions, the foam-metal part of the tank’s partition, due to the capillary effect, does not allow fuel to move throughout the entire volume of the fuel tank and shift the center of mass from the longitudinal axis of the spacecraft.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005117509/11A RU2293665C1 (en) | 2005-06-08 | 2005-06-08 | Fuel tank |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005117509/11A RU2293665C1 (en) | 2005-06-08 | 2005-06-08 | Fuel tank |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2293665C1 true RU2293665C1 (en) | 2007-02-20 |
Family
ID=37863401
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005117509/11A RU2293665C1 (en) | 2005-06-08 | 2005-06-08 | Fuel tank |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2293665C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2641022C2 (en) * | 2016-05-25 | 2018-01-15 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва" | Missile upper stage |
| RU2788537C1 (en) * | 2022-05-05 | 2023-01-23 | Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" | Capillary device for taking fuel from an aircraft tank |
-
2005
- 2005-06-08 RU RU2005117509/11A patent/RU2293665C1/en active IP Right Revival
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ПОЛУХИН Д.А., ОРЕЩЕНКО В.М., МОРОЗОВ В.А. Отработка пневмогидросистем двигательных установок ракет-носителей и космических аппаратов. - М.: Машиностроение, 1987, с.25, рис.1.10. Конструкция и проектирование космических летательных аппаратов. Н.И.ПАНИЧКИН, Ю.В.СЛЕПУШКИН, В.П.ШИНКИН, Н.А.ЯЦЫНИН. Учебник для средних специальных учебных заведений. - М.: Машиностроение, 1986, с.301, рис.23., 10 б. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2641022C2 (en) * | 2016-05-25 | 2018-01-15 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва" | Missile upper stage |
| RU2788537C1 (en) * | 2022-05-05 | 2023-01-23 | Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" | Capillary device for taking fuel from an aircraft tank |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103492261B (en) | Shake preventing device and rock prevention method | |
| US9607601B2 (en) | Underwater noise abatement panel and resonator structure | |
| RU2293665C1 (en) | Fuel tank | |
| US11092111B1 (en) | Vapor retention device | |
| KR20230018293A (en) | tank arrangement | |
| CA2606976C (en) | Preloaded one-way valve accumulator | |
| EP3176490A1 (en) | Cryogenic tank and method of storing cryogenic liquids | |
| RU2531542C2 (en) | Cryogenic tank and space launcher with such tank | |
| US20160379724A1 (en) | Part including vibration mitigation device(s), nuclear reactor pressure vessel assembly including the part, and methods of manufacturing thereof | |
| KR100923768B1 (en) | Fluctuation damping device of fluid and projectile having same | |
| GB1322807A (en) | Vibration damping of rigidly based structures | |
| RU2340516C1 (en) | Upper-stage rocket and strong ring (2 versions) | |
| KR102749075B1 (en) | Fuel tanks, and vessels | |
| RU2657137C2 (en) | Fuel tank and its intake device | |
| JPH04208697A (en) | Tank with shell capillary effect | |
| KR101826682B1 (en) | Anti-rolling tank with chamfers and a marine structure having the tank | |
| CN109795635B (en) | Drag reduction baffle and design method thereof | |
| JPS6099891A (en) | Method of forming toroidal type tank and support structure of toroidal type tank-torus | |
| KR101794104B1 (en) | Horizontal vessel of floating structure | |
| RU2190565C2 (en) | Cryogenic stage | |
| JP2006264596A (en) | Floating body unit and floating body type aseismatic structure | |
| JP7386124B2 (en) | ship | |
| JP3294113B2 (en) | Anti-vibration stern boss structure | |
| Yang et al. | Development of A Maximum Anti-Slosh Baffle Pressure Load Model | |
| SU932004A1 (en) | Method of dampening surface oscillations of low-temperature boiling liquids |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180609 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20200304 |
|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20210205 |