5.3. Система контроля уровня при заправке (ску)

Ракеты требуется заправлять постоянным массовым количеством топлива. При изменении температуры и сортности (плотности) топлива объем заправленного топлива изменяется, а следовательно, меняются и уровни топлива в баках. Контроль массы топлива, заправленной в бак, – трудная задача.

Контроль за объемным количеством топлива, поступающего в бак, мо­жет осуществляться сигнализатором наполнения, находящимся в баке, или с помощью устройств, размещенных на наземных пуль­тах заправки топливом.

Система контроля уровней включает в себя сигнализаторы наполнения, кабельную сеть и пульт управления.

По принципу действия сигнализаторы наполнения бывают ин­дуктивные, контактные, потенциометрические, ультразвуковые и сигнализаторы на основе радиоактивных изотопов.

Если сигнализаторы наполнения и кабельная сеть находятся на борту ракеты, то это увеличивает массу ракеты.

Если контроль за количеством топлива осуществляется с наземно­го пульта, то на ракете никаких элементов систе­мы контроля уровней может и не быть.

СКУ предназначена:

– для дистанционного измерения уровней заправки компонентов в баках;

– выдачи командных сигналов на заправочные средства.

СКУ во время заправки должна выдавать 4 сигнала.

По первому сигналу на определенном расчетном уровне уменьшается скорость заправки путем уменьшения производительности наземных средств заправки.

По второму сигналу производится контроль исполнения перевода наземных средств заправки на уменьшенный расход. (Необходимо для повышения точности определения уровня, на котором выдается третий сигнал, прекращающий заправку.)

Четвертая команда аварийная. Выдается на выключение насосных наземных станций при непрохождении третьей команды

Наибольшее распространение в СКУ получил метод измерения уровня поплавковым дискретным индуктивным датчиком (рис. 5.8)

Рис. 5.8. Система контроля уровня топлива в баке

5.4. Трубопроводы, тоннельные трубы

По трубопроводам компоненты топлива подаются к ЖРД.

Тоннельные трубы служат:

– для надежной изоляции одного компонента топлива от другого;

– повышения надежности ракеты при хранении в заправленном состоянии и в условиях полета.

Расходные трубопроводы из верхних баков могут проходить к двигательной установке по наружной поверхности нижнего бака (ракета "Ариан", H1, "Ангара" и др.), или внутри объема нижнего бака. В последнем случае, как правило, расходный трубопровод монтируется внутри специальной коаксиально установленной тун­нельной трубы. Необходимость этого объясняется следующими причинами. Во-первых, если используются самовоспламеняющиеся компоненты, то в случае даже микроскопических течей компонента через поры может начаться взрывная реакция и произойти разруше­ние ракеты. Во-вторых, при использовании КРТ, имеющих разную температуру замерзания, при отсутствии тоннельной трубы возмож­но замерзание либо самого компонента, либо воды, растворенной в компоненте. Кристаллы замерзшего вещества, поступая в двигатель, могут забить форсунки и сорвать процесс горения.

Тоннельная труба подвержена действию избыточного внешнего давления, равного давлению наддува в нижнем баке. Во избежание потери устойчивости стенок тоннельной трубы, последняя подкреп­ляется поперечными кольцевыми элементами (зигами или шпанго­утами). Схемы конструкции тоннельной трубы, варианты расположения отдельных элементов бака и арматуры показаны на рис. 5.9, 5.10

Рис. 5.9. Типы тоннельных труб:

а) с элементами усиления, выполненными точением;

б) с элементами усиления, выполненными в виде зигов:

а – толщина ребра; б – толщина стенки трубы; в – шаг элементов усиления; г – радиус элементов усиления

а)

б)

Рис. 5.10. Размещение арматуры в баках:

а) 1 – нижнее днище бака окислителя; 2 – фланец; 3 – сильфон; 4 – трубопровода; 5 – верхнее днище бака горючего; 6 – тоннельная труба

б) 1 – трубопровода окислителя; 2 – сильфон окислителя; 3 – фланец; 4 – нижнее днище бака горючего; 5 – нижняя перегородка баков; 6 – верхняя перегородка баков; 7 – обечайка бака окислителя; 8 – промежуточный шпангоут; 9 – фланец; 10 – трубопровод окислителя; 11 – тоннельная труба; 12 – обечайка бака горючего; 13 – шпангоут; 14 ­– фланец; 15 – сильфон; 16 – трубопровод горючего

Сечения трубопроводов определяются гидравлическим расчетом в зависимости от состава и секундного расхода топлива.

Тоннельная труба надежно гарантирует невозможность соприкосновения одного компонента топлива с другим. Она нагружается внешним избыточным давлением от системы наддува и давлением столба жидкости

.

где – давление наддува; – гидростатическое давление;  – плотность жидкости; h – высота столба жидкости; n_x – коэффициент перегрузки.

Для удаления просочившихся компонентов в полость между трубопроводом и тоннельной трубой может проводиться принудительная вентиляция полости (особенно в случае длительного хранения ракеты в заправленном состоянии).