BRPI0601953B1

BRPI0601953B1 - Fuel tank

Info

Publication number: BRPI0601953B1
Application number: BRPI0601953-6A
Authority: BR
Inventors: Philipp Behruzi Kei; Michaelis Mark; Netter Gaston
Original assignee: Eads Space Transportation Gmbh
Priority date: 2005-07-28
Filing date: 2006-05-31
Publication date: 2018-01-23
Also published as: US20070084509A1; JP2007030874A; CN100507293C; EP1748248A2; DE102005035356B3; EP1748248A3; CN1903660A; US7395832B2; JP4585994B2; EP1748248B1; BRPI0601953A

Abstract

"tanque de combustível". a presente invenção refere-se a um tanque de tensão superficial, que serve para o armazenamento de combustíveis armazenáveis, como mmh, n~ 2~o~ 4~ e hidrazina, em aeronaves espaciais, e que é operado por meio de um gás de propulsão servindo de meio de transporte, ocorre a separação entre o combustível e o gás de propulsão em um dispositivo de retirada de combustível por meio de elementos auxiliares de ascensão capilares e com um reservatório localizado na saída de tanque. nesse caso, a saída de tanque acha-se configurada de tal modo que, no caso de uma orientação horizontal do tanque e de um baixo grau de enchimento do tanque, o líquido é retido de modo estável no duto de combustível, na medida em que a saída de tanque é munida de perfurações que conectam um tubo de saída com o reservatório. além disso, o espaço interno do reservatório está disposto com um ângulo agudo em relação a um plano localizado perpendicularmente ao eixo de simetria do tanque. durante uma reorientação do tanque no fundo passando da horizontal para a vertical e sob as condições da falta de gravidade no espaço, essa configuração do tanque garante um reenchimento do reservatório sempre livre de bolhas.

Description

(54) Título: TANQUE DE COMBUSTÍVEL (51) lnt.CI.: B64G 1/40 (30) Prioridade Unionista: 28/07/2005 DE 10 2005 035 356.8 (73) Titular(es): EADS SPACE TRANSPORTATION GMBH (72) Inventor(es): KEI PHILIPP BEHRUZI; MARK MICHAELIS; GASTON NETTER

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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para TANQUE DE COMBUSTÍVEL.

[001] A invenção refere-se a um tanque de combustível, especialmente a um tanque para o armazenamento de líquidos agressivos para a operação de aeronaves espaciais, com um gás de propulsão servindo de meio de transporte, bem como com pelo menos um dispositivo de retirada de combustível, constituído de pelo menos um reservatório e uma saída de tanque, na qual, aproveitando-se a tensão superficial, executa-se uma separação do combustível do gás de propulsão, sendo que o dispositivo de retirada está disposto sob a forma de um reservatório que pode ser reenchido no fundo do tanque de combustível e se encontra conectado com o interior do tanque de combustível através de dutos de transporte.

[002] No caso de aeronaves espaciais, como satélites ou estações orbitais, emprega-se preponderantemente combustíveis líquidos tanto para os mecanismos de propulsão, que servem para a regulagem da posição no espaço, quanto para mecanismos de propulsão para a execução da manobra de apogeu, combustíveis líquidos estes que são conduzidos em recipientes apropriados para isso e que são transportados a partir destes, geralmente mediante o emprego de um gás de propulsão, para as câmaras de combustão, respectivamente de reação, dos correspondentes mecanismos de propulsão. Como gases motrizes são empregados usualmente gases inertes como o hélio (He) ou nitrogênio (N₂), que são comprimidos, sob pressão, para dentro do reservatório de combustível e que desse modo pressionam o combustível para dentro do sistema de tubulações que conduzem ao respectivo mecanismo de propulsão. Nesse caso, é importante uma separação completa e segura entre o gás de propulsão que serve de meio de transporte e o combustível que chega ao mecanismo de propulsão, pois este combustível tem que estar absolutamente livre de depósitos

2/6 de gases estranhos ao ocorrer a ignição. Um tanque do tipo mencionado ao início, baseado nesse princípio, tornou-se conhecido pelo DE 100 40 755 C2.

[003] Além disso, pelo US 5 293 895 conhece-se um tanque de combustível, sendo que na saída o tubo de saída está conectado com um reservatório por meio de muitas perfurações.

[004] Um método padrão para separar líquidos e gases consiste no emprego de peneiras que, até uma determinada diferença de pressão, bloqueiam contra a carga de gases. No entanto, no caso de satélites menores com pouca corrente de transporte de combustível, sob determinadas condições, é possível se prescindir dessas peneiras relativamente dispendiosos. Uma exigência particular e frequente em relação a esses tanques é, além disso, a possibilidade de um transporte horizontal do tanque de combustível já cheio, integrado aos satélites, para o local de partida, especialmente quando, então, não for desejada nenhuma restrição quanto ao grau de enchimento do tanque. Devido a efeitos dinâmicos, as forças que ocorrem durante o transporte podem ultrapassar um múltiplo das forças através da gravidade da terra. Nos tanques desse tipo até hoje conhecidos, o grau de enchimento do tanque acha-se limitado a menores graus de enchimento, de tal modo que a saída do tanque encontra-se sempre envolvida por líquido, ou então a saída do tanque acha-se limitada por um canal muito estreito, o qual, contudo, gera perdas de pressão relativamente altas durante a retirada do combustível. As perdas máximas de pressão admissíveis nesse caso geralmente são predeterminadas.

[005] Uma outra exigência para um tanque desse tipo é a possibilidade de que satélites que contenham esses tanques sejam colocados em órbita com um alinhamento transversal à saída do tanque. Essa possibilidade resulta especialmente no caso de transporte de vários satélites pequenos, que são instalados lateralmente e horizontalmente

3/6 sobre uma estrutura de suporte central. As cargas dinâmicas elevadas que ocorrem na partida do foguete têm como consequência o fato de que as peneiras e as aberturas liberadas geralmente já não possuem mais nenhuma capacidade de retenção, isto é, não é possível impedir uma entrada de gás de propulsão na saída. Isso leva a uma falha quando o tanque de combustível não for enchido completamente e alguns componentes sensíveis como as peneiras e as aberturas se projetarem para fora do líquido. O gás de propulsão, no caso de altos esforços de carga, pode então chegar à saída do tanque através das peneiras e das aberturas, o que também pode provocar uma falha do mecanismo de propulsão. Portanto, uma partida do foguete com tanque alinhado horizontalmente não é possível com os tanques do tipo mencionado ao início até hoje conhecidos.

[006] O objetivo da invenção é projetar um tanque de acordo com o preâmbulo, de tal modo que, mesmo depois de uma orientação horizontal temporária e no caso de um grau baixo de enchimento do tanque, o combustível seja retido de modo estável no duto de combustível e que desse modo seja garantido sempre um enchimento, respectivamente um reenchimento, sem bolhas do reservatório situado no tanque.

[007] A invenção alcança esse objetivo devido ao fato de que a saída do tanque é munida de perfurações, que conectam um tubo de saída com o reservatório, e a região oposta às perfurações é munida de ranhuras.

[008] Nesse caso os custos de fabricação para o tanque de acordo com a invenção praticamente não aumentam em relação aos tanques convencionais, de tal modo que mantendo-se constantes os custos pode-se obter um considerável aumento da flexibilidade quanto ao manejo no solo e durante a partida do foguete. Nesse caso, o tanque de combustível de acordo com a invenção é ao mesmo tempo definido

4/Q de tal modo que, sem peneiras, ele possibilite um transporte seguro e livre de bolhas.

[009] Para melhorar o enchimento sob o efeito capilar da bomba propõe-se que o espaço interno do reservatório seja projetado com um ângulo agudo em relação a um plano situado perpendicularmente ao eixo de simetria do tanque.

[0010] A seguir, o tanque de combustível de acordo com a invenção será explicado detalhadamente com base em um exemplo de execução representado no desenho. Mostra-se:

[0011] Fig. 1: uma exposição em perspectiva de um tanque de combustível;

[0012] Fig. 2: uma exposição detalhada do tanque de combustível da figura 1, na região da saída do tanque;

[0013] Fig. 3: um corte ao longo da figura 2;

[0014] Fig. 4: um corte vertical na região do eixo longitudinal através do tanque de combustível da figura 1, o qual, neste caso, está disposto em posição horizontal para uma partida.

[0015] No caso do tanque de combustível mostrado na figura 1 trata-se de um tanque de tensão superficial para a admissão e armazenamento de combustíveis agressivos capazes de serem armazenados, como MMH, N₂O₄ e hidrazina, com um dispositivo de retirada de combustível disposto no fundo do tanque, dispositivo este no qual, mediante o aproveitamento da tensão superficial, é executada uma separação do combustível e do gás de propulsão. No tanque, quatro chapas condutoras 1 são conduzidas ao longo da parede de tanque 2 e desembocam em um reservatório 3 no fundo do tanque de combustível. Através de um tubo de saída 4, o combustível pode ser expelido para fora desse recipiente 3, através de um gás de propulsão, para uma câmara de combustão, respectivamente câmara de reação, nãomostrada nos desenhos. Usualmente, como gás de propulsão são

5/6 empregados os gases inertes como o hélio (He) ou o nitrogênio (N₂), que pressionam o combustível para dentro do sistema de tubulações, não-mostrado na figura, que conduz ao respectivo mecanismo de propulsão.

[0016] Como é mostrado nas figuras 2 e 3, a parte inferior 9 do reservatório 3 na saída do tanque 4 acha-se projetada como peça giratória, fazendo com que especialmente os custos de fabricação possam ser mantidos baixos. Partindo de um tubo de saída 10 disposto centralizadamente, três canais 11 com um respectivo diâmetro de cerca de 2 mm conectam por um lado o interior 12 do reservatório com o tubo de saída 10. Um enchimento no estado horizontal, nesse caso, também é possível quando os canais de conexão 11 forem dirigidos para cima, contra a aceleração da gravidade. Os canais de conexão ou canais de abertura 11 na saída do tanque estão dispostos inclinadamente de tal modo que, durante o primeiro enchimento do tanque com combustível não seja confinada nenhum bolha de combustível.

[0017] O espaço interno do reservatório 12 é projetado, em sua geometria, com um ângulo agudo 15 em relação a um plano perpendicular ao eixo de simetria ou eixo longitudinal 13 do tanque, de tal modo que este tanque se encha de novo por si mesmo completamente e livre de bolhas, tanto na rotação do tanque da posição horizontal para a posição vertical, por exemplo depois de um transporte horizontal com baixos graus de enchimento do tanque, quanto também no estado sem gravidade, devido ao efeito capilar. O enchimento rápido é reforçado adicionalmente através de ranhuras 14 entalhadas de um dos lados, de tal modo que ele se encha bastante rapidamente, sem gravidade, devido às forças capilares atuantes. Devido à configuração do espaço interno do reservatório 12 com o ângulo agudo 15, melhora-se consideravelmente o processo de enchimento sob o efeito capilar de bomba.

6/6 [0018] Na maioria das vezes, um enchimento do tanque com combustível ocorre com o tanque alinhado verticalmente, isto é, o eixo longitudinal 13 do tanque estende-se, nesse caso, paralelamente à direção da gravidade da Terra, sendo que toda a saída de tanque 4, assim como o reservatório 3, ficam completamente cheios de combustível. Em seguida, se o tanque de combustível for tombado em torno do eixo transversal de tanque de um modo tal que as três aberturas 11 fiquem alinhadas contra a aceleração atuante, então o tanque poderá ser transportado horizontalmente mesmo no caso de baixos graus de enchimento de tanque. Na disposição mostrada na figura 4, o tanque de combustível cheio da figura 1 está apoiado horizontalmente para o transporte subsequente, integrado, por exemplo, a um satélite, para o local de partida. Nesse caso, a saída de tanque 4 do tanque cheio acha-se orientada perpendicularmente à direção da aceleração da Terra g indicada por uma seta na figura, de tal modo que o combustível 5, especialmente no caso de baixos graus de enchimento, já não mais borrife a saída 4, senão que o seu nível situe-se na distância h abaixo dessa saída 4.

[0019] O emprego de vários canais 11 na saída leva, adicionalmente, a uma perda de pressão consideravelmente reduzida na saída de tanque 4 em comparação com os tanques desse tipo até então conhecidos, durante a expulsão de combustível. As modificações da saída permitem, além das áreas ampliadas de aplicação quanto a um transporte horizontal e a uma partida horizontal, também uma maior reserva no que refere-se às perdas máximas de pressão toleráveis, bem como um enchimento e um esvaziamento mais rápidos do tanque.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Tanque de combustível (2), especialmente tanque para o armazenamento de líquidos agressivos para a operação de aeronaves espaciais, com um gás de propulsão servindo de meio de transporte, bem como com pelo menos um dispositivo de retirada de combustível, constituído de pelo menos um reservatório (3) e uma saída de tanque (4), na qual, mediante aproveitamento da tensão superficial, executase uma separação entre o combustível e o gás de propulsão, sendo que o dispositivo de retirada, sob a forma de um reservatório (3) que pode ser reenchido, está disposto no fundo do tanque de combustível (2) e está conectado com o interior do tanque de combustível (2) através de dutos de transporte, caracterizado pelo fato de que a saída de tanque (4) está munida de perfurações (11), que conectam um tubo de saída (10) com o reservatório (3), e a região oposta às perfurações (11) está munida de ranhuras (14).
2. Tanque de combustível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o espaço interno (12) do reservatório (3) se acha projetado com um ângulo agudo (15) em relação a um plano situado perpendicularmente ao eixo de simetria (13) do tanque (2).

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FIG 1

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FIG 2
3/4

FIG 3
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FIG 4