mały|Zewnętrzny zbiornik ciekłego wodoru wykorzystywany w programie STS.Zbiornik na paliwo – pojemnik stanowiący część pojazdu, w którym paliwo jest przechowywane przed użyciem. Zbiorniki na paliwo mogą znacząco różnić się konstrukcją w zależności od typu przechowywanego paliwa, warunków fizycznych, w których znajdować musi się materiał napędowy lub innych wymagań funkcjonalnych.
W pojazdach rakietowych zbiorniki paliwa są dość zaawansowane pod kątem budowy ze względu na znaczenie masy obiektów kosmicznych i konieczność jej redukcji podyktowaną optymalizacją ceny danej misji.
Zbiorniki paliwa rakietowego Zbiorniki paliwa rakietowego to zbiorniki ciśnieniowe, w których paliwo ciekłe jest przechowywane przed wtłoczeniem do komory spalania silnika rakietowego i wykonaniem zapłonu mieszanki. Muszą one przechowywać ciecze (najczęściej naftę, płynny wodór lub metan, hydrazynę) minimalizując jednocześnie ruchy spływowe, zwłaszcza gdy zbiornik jest prawie pusty (minimalizując dzięki temu proces wirowania cieczy) lub zadbać o ciągłe dostarczanie paliwa do instalacji hydraulicznej, nawet w stanie nieważkości (proces falowania cieczy).
Zbiorniki paliwa rakietowego są często wykonane z materiałów takich jak stopy aluminium lub stali, włókna węglowego i innych odpornych na zmiany temperatury i ciśnienia kompozytów lub metali. Wybór materiału jest podyktowany stosunkiem wytrzymałości do masy, wyborem techniki wykonania zbiornika (formowania, spawania lub obróbki cieplnej itp.) odporności środowiskowej (korozyjność, stopień reagowania materiału z wybranym paliwem lub np. kruchością wodorową) lub kosztem i dostępnością.
Wspomniane zbiorniki są zazwyczaj budowane przy użyciu technik konstrukcji skorupowej. Zbiorniki typu balonowego są ekstremalnymi z nich - ich struktura utrzymywana jest tylko dzięki wewnętrznemu ciśnieniu generowanemu przez samo w sobie paliwo (pozbawione są wewnętrznej konstrukcji szkieletowej), ale dzięki temu są niezwykle lekkie. Występują także rozwiązania typu "niebalonowego", które utrzymują swój kształt, będąc pozbawionymi paliwa dzięki zastosowaniu odpowiedniej konstrukcji wewnętrznej. Zbiorniki paliwa rakietowego mają wiele kształtów, a zwykle obierany jest wariant cylindryczny, ale optymalnym kształtem zbiornika jest kształt kulisty, ponieważ przy danej objętości otrzymywany jest zbiornik o najmniejszej wadze.
Zwykle paliwo w zbiorniku jest przechowywane pod ciśnieniem około 1-4 barów, jeśli system wykorzystuje turbopompę do dostarczania wysokiego ciśnienia do komory spalania. Ta metoda zmniejsza grubość ścianek, a tym samym wagę zbiornika. Jeśli paliwo w zbiorniku jest przechowywane pod wyższym ciśnieniem, to wówczas odpowiednio wzrasta grubość ścianek zbiornika, a tym samym jego waga.
Cześć zbiorników paliwa rakietowego wymaga dodatkowej zewnętrznej izolacji termicznej, aby zapobiec zmianie temperatury paliwa (skutkującą wzrostem ciśnienia wewnątrz zbiornika) ale występują również systemy, w których zbiorniki są pozbawione takich rozwiązań (ciśnienie jest wówczas na bieżąco regulowane poprzez usunięcie nadmiaru poza układ zamknięty).
Zbiorniki paliwa rakietowego przechodzą testy kriogeniczne oraz wytrzymałości ciśnieniowej przed docelową realizacją misji kosmicznej. W trakcie testów mogą dodatkowo być symulowane dodatkowe warunki takie jak umieszczenie symulatora masy statku kosmicznego lub symulacja napięcia dynamicznego ciśnienia atmosferycznego.
Kluczowe problemy projektowe Przy opracowywaniu konstrukcji zbiorników paliwowych istotne jest zatem przeanalizowanie następujących parametrów:
Bezpieczeństwo i niezawodność zbiorników ciśnieniowych Wpływ masy zbiornika w stosunku do udźwigu pojazdu kosmicznego Kompromis wytrzymałość–kruchość-plastyczność materiałów Wrażliwość materiałów na zmiany ciśnienia i temperatury oraz cykliczność (przy pojazdach kosmicznych wielokrotnego użytku) Wrażliwość chemiczną materiału na przechowywane paliwo Dostępność materiału oraz jego cena
Przypisy
Kategoria:Astronautyka