CN101539484B - 电推进试验平台配气装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电推进试验平台配气装置，主要分为五个部分，分别为主控制管路及四路子控制管路，主管路向四个子管路供气；四个子管路包括三路推进剂加注吹除控制管路及一路电推进试验平台中操纵气控制管路。主控制管路通过减压器阀控制输送给子管路的气体压力。四个子管路中第一、三路子管路功能相同，均用于推进剂加注吹气控制，通过不同的手动阀门可分别进行加注增压、贮箱增压及吹气增压操作。第二路子管路主要负责装置内操纵气控制，包括发动机操纵气和装置操纵气。第四路子管路也可进行贮箱增压操作，控制推进剂的供给，同时设有吹除增压阀。本发明可通过减压器阀控制以及压力表的观察，能够实现管路内气体压力的精确控制。
Description
技术领域
本发明属于电推进发动机领域，具体涉及电阻加热发动机、Arcjet电弧加热发动机、离子发动机、MPD推力器等电推进发动机试验中各液、气管路中气体的控制。
背景技术
电推进发动机具有比冲高、寿命长、可重复启动、控制精度高等优点，在航天器姿轨控、深空探测、星际航行等任务中具有广阔应用前景。电推进技术的应用将有效增加航天器的有效载荷、降低发射成本、提高航天器整体技术水平。因此，通过地面试验对电推进发动机进行研究正在广泛开展。
电推进试验中液体推进剂的供给一般采用气体挤压式供给，管路复杂，需要很多元器件对管路中的气压进行控制，管路中的气压如果不能稳定，将直接影响推进剂的稳定供给，进而影响实验过程；此外，电推进试验中使用的有些液体推进剂，如N2H4，具有强腐蚀性、强挥发性，操作危险性很高，因此试验中操作人员应尽量避免过多的接触试验管路，以免发生危险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电推进试验配气装置，该电推进试验平台配气装置主要实现三个功能：一、将电推进试验中的管路控制元件进行整合，使操作人员在进行操作时能够在本装置平台上对整个试验装置的管路进行控制，避免过多的接触管路；二、能为电推进试验提供压强恒定的配气装置用于对气体进行控制操作，能提供压强恒定的气体，在电推进试验中控制气体对推进剂进行加注增压、贮箱增压操作；三、试验结束后控制气体通过吹气管路对管路中残留的推进剂进行清理。配气装置采用不锈钢管连接各组成部件和外部接头，并采取密封处理，防止发生泄漏。
本发明的技术方案如下：
电推进试验平台配气装置主要分为五个部分，分别为主控制管路及四路子控制管路，主管路向四个子管路供气；四个子管路包括三路推进剂加注吹除控制管路及一路电推进试验平台中操纵气控制管路。
主控制管路由压力表、集气管、减压器阀、手动阀及过滤器组成，其中使用的气体是高纯氮气，纯度99.99％，通过减压器阀控制输送给子管路的气体压力。
四个子管路中第一、三路子管路功能相同，均用于推进剂加注吹气控制，通过不同的手动阀门可分别进行加注增压、贮箱增压及吹气增压操作。
第二路子管路主要负责装置内操纵气控制，包括发动机操纵气和装置操纵气，可通过减压器阀控制气体压力，在这路管路中，使用的气体除了由主管路提供的高纯氮气，还可使用普通氮气。
第四路子管路也可进行贮箱增压操作，控制推进剂的供给，同时设有吹除增压阀。
各进气管路中均装有过滤器，可以保证进入管路的气体的纯净度，避免杂质进入管路，造成堵塞。
装置中各管路的压力均可通过压力表进行监测，试验中为减压器阀的调节提供依据。
本发明的优点在于：电推进试验平台配气装置可通过减压器阀控制以及压力表的观察，能够实现管路内气体压力的精确控制，每一个子管路均可独立完成液体推进剂供给的精确操作，可单独工作，也可以多管路同时工作，因此可同时进行三路推进剂加注吹除操作控制，能够满足从单组元到三组元的发动机试验。
在N2H4电弧加热发动机试验台上，通过配气装置，操作人员可以通过配气装置调节管路内的气压，完成试验中的各项操作。由于N2H4是剧毒物质，通过配气装置进行操作，可以使操作人员尽量避免过多的接触含有推进剂的管路，避免发生危险。在进行推进剂主管路放液填充时，打开贮箱增压阀门及贮箱增压管路增压阀门，缓慢增压，检测贮箱压力表，采集贮箱增压传感器数据，通过调节减压器阀使贮箱内压力由0.1MPa缓慢增至0.4MPa，测得的气体压力稳定升高。
附图说明
图1为本发明配气装置原理图。
图中：
1.集气管A 2.集气管B 3.集气管C 4.集气管D
5.集气管E 6.集气管F 7.减压器阀A 8.减压器阀B
9.减压器阀C 10.减压器阀D 11.减压器阀E 12.手动阀A
13.手动阀B 14.手动阀C 15.减压器放气阀A 16.加注增压阀A
17.贮箱增压阀A 18.吹气增压阀A 19.发动机操纵气进气阀 20.操纵气进气阀
21.吹气增压阀B 22.贮箱增压阀B 23.加注增压阀B 24.减压器放气阀B
25.减压器放气阀C 26.贮箱增压阀C 27.吹除增压阀 28.发动机操纵气放气阀
29.操纵气放气阀 30.加注压力表A 31.贮箱压力表A 32.集气管B压力表
33.吹气压力表A 34.发动机操纵气压力表 35.气源总表
36.操纵气压力表 37.吹气压力表B 38.集气管D压力表 39.贮箱压力表B
40.加注压力表B 41.集气管E压力表 42.贮箱压力表C
43.吹除压力表 44.过滤器A 45.过滤器B 46.过滤器C
47.过滤器D 48.过滤器E 49.过滤器F 50.加注管路连接头A
51.贮箱管路连接头A 52.吹气管路连接头A
53.发动机操纵气管路连接头 54.操纵气管路连接头 55.吹气管路连接头B
56.贮箱管路连接头B 57.加注管路连接头B 58.贮箱管路连接头C
59.吹除管路连接头
具体实施方式
本发明一种电推进试验平台配气装置，包括主控制管路和四个子控制管路，主要部件包括集气管、压力表、减压器阀、过滤器、手动阀和不锈钢管。
如图1所示，主控制管路是本发明的关键，它主要接收高压气源提供的高纯氮气并通过四个送气管路向子控制管路送气，通过这四个送气管路将整个装置分为四个独立的工作单元，从而可实现从单组元到三组元电推进试验的气路控制。
手动阀B13控制高纯氮气进入，高纯氮气通过过滤器B45首先进入集气管A1，集气管A1为一近似圆柱体，直径为50mm，长度为200mm，厚度为2mm，能够承受高压，可通过气源总表35观察集气管A1内的压力，一般需要达到10MPa，集气管A1接有四个不锈钢管分别连接四路子管路，不锈钢选用Φ6×1mm，主要从三个方面考虑：根据试验中气体的流量、气体压强，计算所需管路的内径、壁厚，选用内径为4mm，壁厚为1mm的不锈钢管能够达到要求；试验所需的气体推进剂跟不锈钢管不会发生反应，管路不会污染气体推进剂；这种尺寸的不锈钢管容易弯曲，有利于管路的布置。
压力达到要求之后，可通过四个不锈钢管上的减压器阀A7、减压器阀D10、减压器阀E11及手动阀C14分别向子装置供气，并由过滤器A44、过滤器C46、过滤器D47和过滤器E48对气体进行过滤，气体到达集气管B2、集气管C3、集气管D4和集气管E5。当试验结束后可通过手动阀A12进行放气泄压，使管路中压力与外界平衡。
气体到达集气管B2、集气管C3、集气管D4和集气管E5后，通过操作集气管上的阀门完成各项操作，将分别含有集气管B2、集气管C3、集气管D4和集气管E5的四路管路分别命名为第一、第二、第三和第四子控制管路。
四路子控制管路中的第一、三两路功能相同，作用均是进行加注增压、贮箱增压及吹气增压操作。以第一路子管路为例，集气管A1供给的氮气首先到达集气管B2，通过集气管B压力表32观察集气管B2内的压力，在供气管路上装有集气管F6，主要作用是使供给的气体气压膨胀稳定；加注增压阀A 16使气体通过加注管路连接头A50进入配气装置外管路，进行加注增压操作，通过加注压力表A 30观察加注增压管路的压力；贮箱增压阀A 17可以使气体通过贮箱管路连接头A51进入外管路，进行贮箱增压操作，通过贮箱压力表A 31观察贮箱增压管路的压力；吹气增压阀A 18可以使气体通过吹气管路连接头A52进入外管路，进行吹气增压操作，通过吹气压力表A 33观察吹气增压管路的压力；当试验结束后可通过减压器放气阀A 15进行放气泄压，使管路中压力与外界平衡。
在第三路子管路中，集气管A1供给的氮气首先到达集气管D4，通过集气管D压力表38观察集气管D4内的压力；吹气增压阀B 21可以使气体通过吹气管路连接头B55进入外管路，进行吹气增压操作，通过吹气压力表B 37观察吹气增压管路的压力；贮箱增压阀B 22可以使气体通过贮箱管路连接头B56进入外管路，进行贮箱增压操作，通过贮箱压力表B39观察贮箱增压管路的压力；加注增压阀B 23使气体通过加注管路连接头B57进入配气装置外管路，进行加注增压操作，通过加注压力表B40观察加注增压管路的压力；当试验结束后可通过减压器放气阀B24进行放气泄压操作，使管路中压力与外界平衡。
第二路子管路的功能是供给系统所需要的操纵气，除使用通过手动阀C14经由过滤器C46过滤的由主控制管路提供的高纯氮气外，还可以使用普通氮气，由过滤器F49对普通氮气进行过滤，集气管C3要求与集气管A1相同，管路均采用Φ6×1mm的不锈钢管。
操纵发动机操纵气进气阀19使气体进入发动机操纵气进气管路，调节减压器阀B8控制发动机操纵气压力，并通过发动机操纵气压力表34进行观察，气体通过发动机操纵气管路连接头53进入外管路，试验完毕后可通过发动机操纵气放气阀28进行放气泄压；操纵操纵气进气阀20使气体进入装置操纵气进气管路，调节减压器阀C9控制装置操纵气压力，并通过操纵气压力表36进行观察，压力一般为4.5MPa，气体通过发动机操纵气管路连接头54进入外管路，试验完毕后可通过发动机操纵气放气阀28和操纵气放气阀29进行放气泄压。
第四路子管路的功能包括贮箱增压和吹除增压。主控制管路供给的氮气经由减压气阀E11和过滤器E48首先到达集气管E5，通过集气管E压力表41观察集气管内的压力；贮箱增压阀O 26使气体通过贮箱管路连接头C58进入配气外管路，进行贮箱增压操作，通过贮箱压力表C 42观察加注增压管路的压力；吹除增压阀27可以使气体通过吹除管路连接头59进入外管路，进行吹除增压操作，通过吹除压力表43观察吹除增压管路的压力，集气管E5要求与集气管A1相同，管路均采用Φ6×1mm的不锈钢管。试验完毕后可通过操纵气放气阀29进行放气泄压。
装置中减压器阀进口压力：3～23MPa，出口压力：0.2～2MPa，流量：0.033kg/s～0.11kg/s。
手动截止阀阀门接口为标准DN4、37°接头并与相应管路上球头连接。
过滤器公称压力：PN≤23MPa；公称通径：DN6；过滤精度：25μm；工作介质：非腐蚀性气体；阀体材料：2Cr13。
通过本发明电推进试验平台配气装置，能够对试验中管路的气体进行合理有效的控制，实时控制管路内气体的压力，进而实现对推进剂加注、供给与吹除的控制，避免操作人员过多的接触推进剂管路，使操作安全便捷。
Claims (3)
1.一种电推进试验平台配气装置，其特征在于：所述装置主要包括主控制管路和四个子控制管路，主要部件包括集气管、压力表、减压器阀、过滤器、手动阀和不锈钢管；主控制管路向四个子控制管路供气，四个子控制管路包括三路推进剂加注吹除控制管路及一路电推进试验平台中操纵气控制管路，通过这四个送气管路将整个装置分为四个独立的工作单元，从而实现从单组元到三组元电推进试验的气路控制；
所述主控制管路主要接收高压气源提供的高纯氮气并通过四个送气管路向子控制管路送气；手动阀B(13)控制高纯氮气进入，高纯氮气通过过滤器B(45)首先进入集气管A(1)，通过气源总表(35)观察集气管A(1)内的压力，集气管A(1)接有四个不锈钢管分别连接四路子管路，压力达到要求之后，通过四个不锈钢管上的减压器阀A(7)、减压器阀D(10)、减压器阀E(11)及手动阀C(14)分别向子装置供气，并由过滤器A(44)、过滤器C(46)、过滤器D(47)和过滤器E(48)对气体进行过滤，气体通往集气管B(2)、集气管C(3)、集气管D(4)和集气管E(5)；
将分别含有集气管B(2)、集气管C(3)、集气管D(4)和集气管E(5)的四路管路分别命名为第一、第二、第三和第四子控制管路；
所述第一、三路子控制管路功能相同，均用于推进剂加注吹气控制；第一路子管路中，集气管A(1)供给的氮气首先到达集气管B(2)，通过集气管B压力表(32)观察集气管B(2)内的压力；加注增压阀A(16)使气体通过加注管路连接头A(50)进入配气装置外管路，进行加注增压操作，通过加注压力表A(30)观察加注增压管路的压力；贮箱增压阀A(17)使气体通过贮箱管路连接头A(51)进入外管路，进行贮箱增压操作，通过贮箱压力表A(31)观察贮箱增压管路的压力；吹气增压阀A(18)使气体通过吹气管路连接头A(52)进入外管路，进行吹气增压操作，通过吹气压力表A(33)观察吹气增压管路的压力；当试验结束后通过减压器放气阀A(15)进行放气泄压，使管路中压力与外界平衡；
在第三路子控制管路中，集气管A(1)供给的氮气首先到达集气管D(4)，通过集气管D压力表(38)观察集气管D(4)内的压力；吹气增压阀B(21)使气体通过吹气管路连接头B(55)进入外管路，进行吹气增压操作，通过吹气压力表B(37)观察吹气增压管路的压力；贮箱增压阀B(22)使气体通过贮箱管路连接头B(56)进入外管路，进行贮箱增压操作，通过贮箱压力表B(39)观察贮箱增压管路的压力；加注增压阀B(23)使气体通过加注管路连接头B(57)进入配气装置外管路，进行加注增压操作，通过加注压力表B(40)观察加注增压管路的压力；当试验结束后减压器放气阀B(24)进行放气泄压操作，使管路中压力与外界平衡；
第二路子控制管路的功能是供给系统所需要的操纵气；除使用通过手动阀C(14)经由过滤器C(46)过滤的由主控制管路提供的高纯氮气外，还能使用普通氮气，由过滤器F(49)对普通氮气进行过滤，集气管C(3)与集气管A(1)相同；
操纵发动机操纵气进气阀(19)使气体进入发动机操纵气进气管路，调节减压器阀B(8)控制发动机操纵气压力，并通过发动机操纵气压力表(34)进行观察，气体通过发动机操纵气管路连接头(53)进入外管路，试验完毕后通过发动机操纵气放气阀(28)进行放气泄压；操纵操纵气进气阀(20)使气体进入装置操纵气进气管路，调节减压器阀C(9)控制装置操纵气压力，并通过操纵气压力表(36)进行观察，气体通过发动机操纵气管路连接头(54)进入外管路，试验完毕后通过发动机操纵气放气阀(28)和操纵气放气阀(29)进行放气泄压；
第四路子控制管路的功能包括贮箱增压和吹除增压；主控制管路供给的氮气经由减压气阀E(11)和过滤器E(48)首先到达集气管E(5)，通过集气管E压力表(41)观察集气管内的压力；贮箱增压阀O(26)使气体通过贮箱管路连接头C(58)进入配气外管路，进行贮箱增压操作，通过贮箱压力表C(42)观察加注增压管路的压力；吹除增压阀(27)使气体通过吹除管路连接头(59)进入外管路，进行吹除增压操作，通过吹除压力表(43)观察吹除增压管路的压力，集气管E(5)与集气管A(1)相同，试验完毕后通过操纵气放气阀(29)进行放气泄压。
2.根据权利要求1所述的电推进试验平台配气装置，其特征在于：所述的高纯氮气纯度为99.99％。
3.根据权利要求1所述的电推进试验平台配气装置，其特征在于：所述的过滤器，其过滤精度为25μm。
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