SISTEMA Y PROCEDIMIENTO DE ALIMENTACIÓN DE AL MENOS UN PROPULSOR DE COHETE.

Sistema de alimentación con ergol líquido de al menos un propulsor (1) de un ingenio aéreo o espacial tal como un satélite artificial,

que comprende un depósito principal (2) de ergol líquido presionizado a una presión inicial Po por un gas neutro y dotado de al menos una salida (5) para el ergol líquido destinado a alimentar el (los) propulsor(es) (1), comprendiendo entre el depósito principal (2) y el (los) propulsor(es) (1): - una electrobomba (12) adaptada para recibir el ergol líquido procedente del depósito principal (2) a una presión que varía a lo largo del vuelo entre Po y una presión Pmín predeterminada para la cual se considera que el depósito principal (2) está vacío de ergol líquido, estando esta electrobomba (12) también adaptada para suministrar el ergol líquido a presión, - al menos un depósito secundario (13) de volumen variable inferior al del depósito principal (2), comprendiendo este depósito secundario (13) medios de recuperación (8) que presionizan el líquido que contiene a una presión Pa que varía con el volumen de líquido que contiene, estando este depósito secundario (13) adaptado para recibir el ergol líquido suministrado por la electrobomba (12) y alimentar con ergol líquido el (los) propulsor(es) (1) a una presión que corresponde a la presión Pa que reina en este depósito secundario (13), - medios de medición de la presión Pa que reina en el depósito secundario (13), - un automatismo (18) de mando de la electrobomba (12) adaptado para iniciar su funcionamiento cuando la presión Pa medida en el depósito secundario (13) llega a ser inferior a una presión Pamín predeterminada e interrumpir su funcionamiento cuando la presión Pa medida en el depósito secundario (13) alcanza un valor Pamáx predeterminado, de forma tal que el (los) propulsor(es) (1) es (son) alimentado(s) con ergol líquido a una presión que a lo largo del vuelo se mantiene siempre comprendida entre Pamín y Pamáx

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E05075714.

Solicitante: CENTRE NATIONAL D'ETUDES SPATIALES.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 2, PLACE MAURICE QUENTIN 75001 PARIS FRANCIA.

Inventor/es: GIBEK, ISABELLE, VANNIER, JEAN-CLAUDE, DUGUE, FRANCOIS.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 19 de Diciembre de 2000.

Clasificación PCT:

  • F02K9/44 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F02 MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES CALIENTES O DE PRODUCTOS DE COMBUSTION.F02K PLANTAS MOTRICES DE PROPULSION A REACCION (disposición o montaje de instalaciones de propulsión a reacción sobre vehículos de tierra o vehículos en general B60K; disposición o montaje de instalaciones de propulsión a reacción en buques B63H; control de la posición de aeronaves, dirección del vuelo o de la altitud, por propulsión a reacción B64C; disposición o montaje de instalaciones de propulsión a reacción en aeronaves B64D; instalaciones caracterizadas porque la potencia del fluido energético se divide entre propulsión a reacción y otra forma de propulsión, p. ej. a hélice, F02B, F02C; características de las instalaciones de propulsión a reacción comunes a las plantas de turbinas de gas o control de la alimentación de combustible en las instalaciones de propulsión a reacción que consumen aire F02C). › F02K 9/00 Plantas o instalaciones de motor cohético, es decir, instalaciones que llevan combustible y oxidante; Su control (composiciones químicas de propulsión C06B, C06D). › Alimentación de propulsores.
  • F02K9/46 F02K 9/00 […] › utilizando bombas (bombas en sí F04).
  • F02K9/50 F02K 9/00 […] › utilizando un fluido a presión para presurizar los propulsores.
  • F04B17/04 F […] › F04 MAQUINAS DE LIQUIDOS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO; BOMBAS PARA LIQUIDOS O PARA FLUIDOS COMPRESIBLES.F04B MAQUINAS DE LIQUIDOS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO; BOMBAS (bombas de inyección de combustible para motores F02M; máquinas de líquido, o bombas, de tipo pistón rotativo u oscilante F04C; bombas de desplazamiento no positivo F04D; bombeo de fluido por contacto directo con otro fluido o por utilización de la inercia del fluido a bombear F04F; cigüeñales, cabezas de biela, bielas F16C; volantes F16F; transmisiones para convertir un movimiento rotativo en movimiento alternativo y viceversa, en general F16H; pistones, vástagos de pistones, cilindros, en general F16J; bombas iónicas H01J 41/12; bombas electrodinámicas H02K 44/02). › F04B 17/00 Bombas caracterizadas por su combinación o adaptación con motores de accionamiento particular. › utilizando solenoides.
  • F04B43/04 F04B […] › F04B 43/00 Máquinas, bombas o instalaciones de bombeo con órganos de trabajo flexibles (bombas o instalaciones de bombeo especialmente adaptadas para fluidos compresibles F04B 45/00). › Bombas que tienen accionamiento eléctrico.
  • F04B43/067 F04B 43/00 […] › siendo el fluido desplazado directamente por un pistón.

Clasificación antigua:

  • F02K9/46 F02K 9/00 […] › utilizando bombas (bombas en sí F04).

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Finlandia, Chipre.

PDF original: ES-2365787_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Sistema y procedimiento de alimentación de al menos un propulsor de cohete [0001] La invención se refiere a un sistema y un procedimiento de alimentación con ergol líquido de al menos un propulsor (en particular de los propulsores de control de postura o de maniobra) de un ingenio aéreo o espacial tal como un satélite artificial. [0002] Los propulsores de control de postura o de maniobra de un ingenio aéreo o espacial deben poder ser alimentados de manera intermitente desde un depósito de ergol (en particular de un monergol tal como la hidrazina) presionizado por un gas neutro tal como el nitrógeno a una presión inicial que es típicamente del orden de 2 MPa a 2,5 MPa. Esta alimentación por depósito a presión permite alimentar los propulsores rápidamente y a petición, en todo momento. A medida que transcurre el vuelo, en el depósito se agota el ergol y la presión de salida que es aportada a los propulsores disminuye por lo tanto hasta una presión mínima, del orden del 0,55 MPa, para la cual se considera que el depósito está vacío. [0003] Esta caída de presión perjudica el rendimiento de los propulsores, que es en efecto óptimo para una presión de admisión predeterminada, pero no puede ser constante dentro de una gama de presiones tan amplia. Esta variación del rendimiento y de las prestaciones de los propulsores durante el vuelo plantea varios problemas. En primer lugar, requiere prever una cantidad de ergol mayor que la que sería necesaria, a igualdad de energía suministrada. Por añadidura, el hecho de utilizar un depósito presionizado que alimenta directamente los propulsores que imponen una presión mínima de fin de vida de valor relativamente importante (0,55 MPa) se traduce en un depósito de gran volumen y masa. Además, dicha variación hace que resulte más difícil el control automático del ingenio puesto que las señales de mando de los propulsores (en particular su tiempo de encendido) para obtener un efecto dado varían según su rendimiento. Además, las características funcionales de los propulsores empeoran a lo largo del vuelo y aumenta la duración de las maniobras del ingenio, y puede aumentar el consumo de ergol para cada maniobra. Por añadidura, los propulsores se desgastan más rápidamente al funcionar a baja presión. [0004] Para paliar estos inconvenientes, en ciertos ingenios espaciales en los cuales los propulsores deben presentar características funcionales al menos sensiblemente constantes durante un periodo de tiempo determinado, se embarcan depósitos complementarios de gas neutro puesto a alta presión que permiten restablecer la presión en el depósito de ergol presionizado a medida que tiene lugar el consumo. Puede pensarse en esta solución para los ingenios espaciales de grandes dimensiones (satélites geoestacionarios, sondas espaciales planetarias u otros). Dicha solución no puede sin embargo preverse en el caso de los ingenios de pequeño tamaño, en los cuales sería redhibitoria la sobrecarga debida a los depósitos complementarios de gas neutro. [0005] En todos los casos se reconoce que el hecho de adoptar un depósito de ergol presionizado que alimente directamente los propulsores requiere sobredimensionar el conjunto del sistema de propulsión. [0006] A la inversa, los propulsores de funcionamiento único y continuo, tales como los propulsores de las lanzaderas espaciales, son alimentados por medio de una turbobomba que es accionada por los gases quemados y aporta una presión constante de ergol a los propulsores. Una solución de este tipo no se adapta al caso de los propulsores de funcionamiento intermitente que deben ser alimentados rápidamente y a petición, teniendo en cuenta en particular el prohibitivo tiempo de arranque y de parada de la turbobomba y los valores de caudal y presión requeridos. Además, dicha solución de este tipo conlleva un peso, una complejidad y un coste que son comparativamente inútiles con la sola finalidad de lograr la sobrecarga de ergol necesaria para compensar la baja de rendimiento de un sistema de depósito presionizado. [0007] Por otro lado, se considera que las dos soluciones conocidas que consisten en utilizar ya sea un sistema de depósito presionizado que alimente directamente los propulsores o bien un sistema de bomba de alimentación se excluyen mutuamente en la medida en que el depósito presionizado induce en sí mismo una relativamente importante sobrecarga de masa inerte y suprime el interés de utilizar una bomba (puesto que basta con embarcar una cantidad suficiente de ergol), y a la inversa, el uso de una bomba hace que sea inútil el empleo de un depósito presionizado puesto que el ergol puede ser bombeado desde un depósito de baja presión que presente una masa inerte mucho menor. [0008] Así, la US-5026259 describe un sistema miniaturizado de presionización que permite almacenar un monergol a baja presión (de 0,35 MPa a 1 MPa) y suministrarlo a alta presión a los propulsores gracias a una bomba diferencial de pistón alternativo alimentada por un generador de gas caliente que transforma el monergol en gas caliente que motoriza la bomba. La presionización se obtiene por medio de un bucle cerrado inestable asociado a un limitador de presión. Un acumulador de gran tamaño está previsto en paralelo a los propulsores a la salida de la bomba para alisar las variaciones de presión producidas por la bomba. Esta solución tiene también el inconveniente de utilizar una parte del ergol para la presionización y por consiguiente de perjudicar al rendimiento global de la propulsión aumentando la masa debida a los elementos mecánicos de la propulsión (bomba, distribuidor, generador de gas, etc.), tanto más por cuanto 2 ES 2 365 787 T3 que el suministro de un caudal al menos sensiblemente continuo de monergol a alta presión requiere doblar el sistema de presionización. Por otro lado, la cantidad de ergol necesaria para la presionización es tanto mayor cuanto más disminuye la presión dentro del depósito a lo largo del vuelo, y son difíciles de dominar las características funcionales del generador de gas caliente, cuyo funcionamiento va ligado a la reacción química de degradación del monergol. Así, es difícil determinar con precisión la cantidad de monergol a embarcar en función del tiempo de vuelo requerido y de las variaciones de utilización de los propulsores. Con una solución de este tipo es relativamente complejo el control automático del ingenio espacial. [0009] Asimismo, la US-4.696.160 describe un sistema de alimentación de un propulsor con ergoles líquidos que comprende depósitos de ergoles a baja presión y bombas accionadas por solenoides que suministran los ergoles al propulsor a través de las válvulas de inyección accionadas por la presión. La electrobomba de solenoide que se describe en este documento no es compatible con las limitaciones de peso, de dimensiones exteriores y de potencia que se requieren a bordo de un ingenio aéreo o espacial, y no está adaptada al bombeo de un monergol tal como la hidrazina. En particular, una electrobomba de este tipo requiere un solenoide de grandes dimensiones, de gran peso y de gran consumo eléctrico para una presión de salida dada. En la práctica, una electrobomba de solenoide de este tipo no puede ser en realidad utilizada para la alimentación con ergol a una presión del orden de 2 MPa a 2,5 MPa de un propulsor de un ingenio aéreo o espacial tal como un microsatélite (y en particular, un microsatélite de comunicación). Además, la subida de presión en cada arranque de la bomba descrita en este documento es demasiado lenta para asegurar un funcionamiento correcto del propulsor, en particular en el caso de un propulsor de control de postura. [0010] La invención pretende por lo tanto paliar estos inconvenientes proponiendo un sistema y un procedimiento de alimentación perfeccionados que permitan obtener una ganancia en materia de peso y sobretodo de volumen del conjunto del sistema de propulsión, para una parecida capacidad de maniobra, o bien, a igualdad de volumen, obtener una mayor capacidad de maniobra. [0011] La invención pretende en particular permitir dirigir fácilmente el funcionamiento de los propulsores a lo largo del vuelo del ingenio y facilitar el control automático del ingenio, y ello de manera relativamente sencilla y económica, y sin una prohibitiva sobrecarga ponderal. [0012] La invención pretende también en particular proponer un sistema y un procedimiento de alimentación adaptados a todas las clases de ingenios y de perfiles de utilización de los propulsores, previsibles o imprevisibles (funcionamiento intermitente con una frecuencia regular o bien por el contrario muy regular, funcionamiento discontinuo o continuo, etc.). [0013] La invención pretende en particular proponer un sistema y un procedimiento adaptados a la alimentación de propulsores, tales como propulsores de control... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Sistema de alimentación con ergol líquido de al menos un propulsor (1) de un ingenio aéreo o espacial tal como un satélite artificial, que comprende un depósito principal (2) de ergol líquido presionizado a una presión inicial Po por un gas neutro y dotado de al menos una salida (5) para el ergol líquido destinado a alimentar el (los) propulsor(es) (1), comprendiendo entre el depósito principal (2) y el (los) propulsor(es) (1): - una electrobomba (12) adaptada para recibir el ergol líquido procedente del depósito principal (2) a una presión que varía a lo largo del vuelo entre Po y una presión Pmín predeterminada para la cual se considera que el depósito principal (2) está vacío de ergol líquido, estando esta electrobomba (12) también adaptada para suministrar el ergol líquido a presión, - al menos un depósito secundario (13) de volumen variable inferior al del depósito principal (2), comprendiendo este depósito secundario (13) medios de recuperación (8) que presionizan el líquido que contiene a una presión Pa que varía con el volumen de líquido que contiene, estando este depósito secundario (13) adaptado para recibir el ergol líquido suministrado por la electrobomba (12) y alimentar con ergol líquido el (los) propulsor(es) (1) a una presión que corresponde a la presión Pa que reina en este depósito secundario (13), - medios de medición de la presión Pa que reina en el depósito secundario (13), - un automatismo (18) de mando de la electrobomba (12) adaptado para iniciar su funcionamiento cuando la presión Pa medida en el depósito secundario (13) llega a ser inferior a una presión Pamín predeterminada e interrumpir su funcionamiento cuando la presión Pa medida en el depósito secundario (13) alcanza un valor Pamáx predeterminado, de forma tal que el (los) propulsor(es) (1) es (son) alimentado(s) con ergol líquido a una presión que a lo largo del vuelo se mantiene siempre comprendida entre Pamín y Pamáx. 2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la electrobomba es de tipo volumétrico, y de que varios propulsores (1) son alimentados con ergol líquido desde el mismo depósito secundario (13) y desde esta electrobomba (12). 3. Sistema según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por el hecho de que el ergol líquido es un monergol tal como la hidrazina. 4. Procedimiento de alimentación con ergol líquido de al menos un propulsor (1) de un ingenio aéreo o espacial tal como un satélite artificial, desde un depósito principal (2) de ergol líquido presionizado a una presión inicial Po por un gas neutro, y dotado de al menos una salida (5) para el ergol líquido destinado a alimentar el (los) propulsor(es) (1), caracterizado por el hecho de que: - se intercala entre el depósito principal (2) y el (los) propulsor(es) (1) al menos un depósito secundario (13) de volumen variable inferior al del depósito principal (2), comprendiendo este depósito secundario medios de recuperación (8) que presionizan el líquido que contiene a una presión Pa que varía con el volumen de líquido que contiene, estando este depósito secundario (13) adaptado para recibir el ergol líquido bombeado del depósito principal (2) a presión y alimentar con ergol líquido el (los) propulsor(es) (1) a una presión que corresponde a la presión Pa que reina en este depósito secundario (13), - se mide la presión Pa que reina en el depósito secundario (13), - se bombea el ergol líquido del depósito principal (2) al depósito secundario (13) cuando la presión Pa medida en el depósito secundario (13) llega a ser inferior a una presión Pamín predeterminada y se interrumpe este bombeo cuando la presión Pa medida en el depósito secundario (13) alcanza un valor Pamáx predeterminado, de forma tal que se alimenta(n) el (los) propulsor(es) (1) con ergol líquido a una presión que a lo largo del vuelo se mantiene siempre comprendida entre Pamín y Pamáx. 5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que se utiliza una electrobomba (12) volumétrica y de que se alimentan varios propulsores (1) desde el mismo depósito secundario (13) y desde esta electrobomba (12). 7 ES 2 365 787 T3 8

 

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