CN103016207A - 一种适用于并联平衡排放的推进剂管理装置 - Google Patents

Abstract

一种适用于并联平衡排放的推进剂管理装置包括：中间底、出气杯、推进剂管理装置通道、底收集器；所述出气杯通过氩弧焊与中间底焊接，出气杯与中间底的中心轴重合；所述推进剂管理装置通道由角收集器、中角连接管、中收集器、中底连接管采用氩弧焊依次焊接构成；推进剂管理装置通道通过角收集器和中底连接管分别与中间底和底收集器焊接；所述底收集器由底收集器弯管、底收集器上网片、底收集器骨架、底收集器下网片、底收集器下压板构成。本发明能够提高推进剂管理装置流阻的一致性，满足桁架式平台卫星贮箱推进剂平衡排放的指标要求。

Description

一种适用于并联平衡排放的推进剂管理装置

技术领域

本发明涉及一种适用于并联平衡排放的推进剂管理装置，特别适用于贮箱并联安装结构，能够满足桁架式平台卫星贮箱推进剂平衡排放的指标要求。

背景技术

推进剂贮箱是航天器上最重要的部件之一，它的作用是存储和管理推进剂，在规定的流量和加速度条件下，为发动机或推力器提供不夹气的推进剂，其核心部件是推进剂管理装置。

空间飞行器推进系统在飞行器上的布局往往以推进剂贮箱为中心：氧化剂和燃料各设置一只贮箱，并一只在上、另一只在下，这种方式称为串联式布局。氧化剂和燃料各设置两只贮箱，四只贮箱在同一平面上，且两两并联，这种方式称为并联式布局。串联式贮箱布局的优点是贮箱的结构质量相对要小些，且其系统也简单一些。但其缺点是推进系统位于飞行器的中心，飞行器上大量的其它组件只能在推进系统接近安装完毕后才能进行总装，飞行器的装配周期相对要长些。另外一个严重的缺点是推进系统的维修比较困难。从可靠性角度而言，串联式贮箱布局的贮箱成了可靠性的单点结构。

根据以上情况，空间飞行器用得较多的是贮箱并联布局。由于四只贮箱在同一平面，且贮箱较小，所以整个推进系统高度较小，它可以成为几乎独立的板块，飞行器的装配周期比串联式贮箱布局明显缩短。此外，贮箱间可以相互隔离，因此在出现贮箱故障的情况下，就有了一定的回旋余地。其缺点是系统较复杂，结构质量较大，而且会出现同组元的两只贮箱的不平衡输出。

目前，我国双组元卫星上所使用的贮箱推进剂管理装置主要是四通道推进剂管理装置，下面对这种推进剂管理装置局限性进行说明。

四通道推进剂管理装置使用了4个角收集器、4中收集器、4个底收集器和1个气泡陷阱，整个推进剂管理装置由4个通道组成，通道截面为扁方形。

这类贮箱推进剂管理装置可以对下舱推进剂实行有效管理，可以满足双组元卫星的需求，但从流阻一致性的角度考虑，其结构流阻一致性较差，这是因为：

(1)四通道推进剂管理装置使用了4个通道，这4个通道为并联关系，若某一通道的流阻差异较大，便会影响两只并联贮箱推进剂流阻的一致性。

(2)四通道推进剂管理装置设有1个气泡陷阱没有使用气泡陷阱结构，气泡陷阱内存在多层筛网，流阻一致性不易控制。

(3)四通道推进剂管理装置使用的通道为扁方形通道，扁方型通道在厚度上的尺寸差异若控制不好，会对沿程流阻造成较大差异。

我国新一代静止轨道卫星采用大型桁架式结构，卫星平台实行分舱段设计。对于珩架式卫星平台，卫星推进系统采用双组元统一推进系统，一般使用4只推进剂贮箱，4只推进剂贮箱平铺在推进舱内。其中两只氧化剂贮箱，两只燃烧剂贮箱，要求贮箱采用并联交错布置的安装方式，这对贮箱的并联平衡排放提出了很高的要求，而推进剂管理装置的结构设计是导致多只贮箱流阻差异的主要因素。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种适用于并联平衡排放的网式推进剂管理装置，提高了推进剂管理装置流阻的一致性。

本发明技术解决方案：一种适用于并联平衡排放的网式推进剂管理装置，所述推进剂管理装置包括：中间底(1)、出气杯(2)、推进剂管理装置通道(3)、底收集器(4)；所述推进剂管理装置通道(3)由角收集器(5)、中角连接管(6)、中收集器(7)、中底连接管(8)采用氩弧焊依次焊接构成；推进剂管理装置通道(3)通过角收集器(5)和中底连接管(8)分别与中间底(1)和底收集器(4)焊接；所述出气杯(2)通过氩弧焊与中间底(1)焊接，出气杯(2)与中间底(1)的中心轴重合；所述底收集器(4)由底收集器弯管(9)、底收集器上网片(10)、底收集器骨架(11)、底收集器下网片(12)、底收集器下压板(13)构成；所述底收集器骨架(11)与底收集器下压板(13)焊接，底收集器下网片(12)位于底收集器骨架(11)与底收集器下压板(13)之间，由于增加了底收集器骨架(11)的厚度，不容易引起焊接变形，不会对筛网的泡破点产生影响，进而保证了底收集器下网片(12)流阻的一致性。

在推进剂管理装置整体结构布局中，推进剂管理装置通道(3)的数量为8～16根，以较小的通道个性差异造成了整个推进剂管理装置的流阻的差异。

所述底收集器弯管(9)、中底连接管(8)和中角连接管(6)的直径为Φ11mm，壁厚达到1.5mm，大大提高了推进剂管理装置的结构强度，同时减小了流动阻力。

所述底收集器弯管(9)、中底连接管(8)和中角连接管(6)均为圆形管路，流动通道截面的一致性控制较为容易。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

(1)为了提高贮箱并联平衡排放性能，本发明在进行该贮箱推进剂管理装置设计时，综合考虑各种影响并联平衡排放的因素，尽可能减少两只贮箱推进剂管理装置流阻的差异，提高推进剂管理装置流阻的一致性。

(2)本发明在推进剂管理装置整体结构布局中，尽可能多的增加通道数量，以较小通道个性差异造成了整个推进剂管理装置的流阻的差异。

(3)本发明在通道截面选择时，采用公差更易于控制的圆形通道，使用通用的管材加工，确保通道流阻的一致性。

(4)本发明简化管理装置的辅助结构，尽可能少的使用多层筛网结构，不使用气泡陷阱装置，减小了流动阻力。

(5)本发明增加了底收集器骨架的厚度。底收集器骨架需要与上下底收集器上下支压板和8个通道管路焊接，以往由于底收集器骨架较薄，容易引起焊接变形，对筛网的泡破点产生影响，进而影响筛网流阻的一致性。

(6)本发明通道管路直径增加为Φ11mm，壁厚达到1.5mm，大大提高了推进剂管理装置的结构强度，同时减小了流动阻力。

附图说明

图1为本发明适用于并联平衡排放的网式推进剂管理装置结构示意图；

图2为推进剂管理装置通道结构示意图；

图3为底收集器结构示意图。

具体实施方式

基于提高推进剂管理装置流阻一致性需求，研制了适用于并联平衡排放的推进剂管理装置，能够满足桁架式平台卫星贮箱推进剂平衡排放的指标要求。

因此，设计了八通道推进剂管理装置，使用了8个角收集器、8中收集器、1个底收集器，整个推进剂管理装置由8个通道组成，通道截面为圆形，其具有以下优点：

(1)八通道推进剂管理装置使用了8个通道，这8个通道为并联关系，这样可以降低由于偶然性带来流阻差异，即使某一通道的流阻差异较大，但在推进剂管理装置系统中可以将这个差异减小，这更有利于保证两只并联贮箱推进剂管理装置流阻的一致性。

(2)八通道推进剂管理装置没有使用气泡陷阱结构，减少筛网，流阻一致性得到控制控制。

(3)八通道推进剂管理装置使用的通道为圆型通道，圆形通道为管材加工，流动通道截面的一致性控制较为容易。

同时，增大了底收集器弯管、中底连接管和中角连接管通道的壁厚，管径由原来使用的Φ8mm的直管改为Φ11mm，壁厚从0.8mm增加到1.5mm，提高了推进剂管理装置的结构强度，且减小了流动阻力。

下面结合附图及实施例对本发明进一步详细说明。

如图1所示，本发明由中间底1、出气杯2、推进剂管理装置通道3、底收集器4构成，出气杯2通过氩弧焊与中间底1焊接，出气杯2与中间底1的中心轴重合；推进剂管理装置通道3通过角收集器5和中底连接管8分别与中间底1和底收集器4焊接。

本发明的推进剂管理装置通道3如图2所示，由角收集器5、中角连接管6、中收集器7、中底连接管8采用氩弧焊依次焊接组成。在推进剂管理装置整体结构布局中，推进剂管理装置通道3的数量为8、12或16根，以较小的通道个性差异造成了整个推进剂管理装置的流阻的差异。

如图3所示，底收集器4由底收集器弯管9、底收集器上网片10、底收集器骨架11、底收集器下网片12、底收集器下压板13构成。底收集器弯管9、中底连接管8和中角连接管6均为圆形管路，流动通道截面的一致性控制较为容易。底收集器骨架11与底收集器下压板13焊接，底收集器下网片12位于底收集器骨架11与底收集器下压板13之间，由于增加了底收集器骨架11的厚度，不容易引起焊接变形，不会对筛网的泡破点产生影响，进而保证了底收集器下网片12流阻的一致性。底收集器弯管9、中底连接管8和中角连接管6的直径为Φ11mm，壁厚达到1.5mm，大大提高了推进剂管理装置的结构强度，同时减小了流动阻力。

本发明工作过程如下：在推进剂管理装置任务期间的某一时刻，确保至少一条推进剂管理装置通道3淹没在推进剂中，推进剂通过角收集器5或底收集器4进入推进剂管理装置通道3中，推进剂沿着推进剂管理装置通道3进入底收集器4，再由底收集器下压板13排出。

通过两只推进剂管理装置的并联平衡排放试验表明，在推进剂管理装置整个工作过程中，其不平衡排放量仅为0.7％，完全满足设计指标要求。

本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

Claims (4)

1.一种适用于并联平衡排放的推进剂管理装置，其特征在于包括：中间底(1)、出气杯(2)、推进剂管理装置通道(3)、底收集器(4)；所述推进剂管理装置通道(3)由角收集器(5)、中角连接管(6)、中收集器(7)、中底连接管(8)采用氩弧焊依次焊接构成；推进剂管理装置通道(3)通过角收集器(5)和中底连接管(8)分别与中间底(1)和底收集器(4)焊接；所述出气杯(2)通过氩弧焊与中间底(1)焊接，出气杯(2)与中间底(1)的中心轴重合；所述底收集器(4)由底收集器弯管(9)、底收集器上网片(10)、底收集器骨架(11)、底收集器下网片(12)、底收集器下压板(13)构成，所述底收集器骨架(11)与底收集器下压板(13)焊接，底收集器下网片(12)位于底收集器骨架(11)与底收集器下压板(13)之间，由于增加了底收集器骨架(11)的厚度，不容易引起焊接变形，不会对筛网的泡破点产生影响，进而保证了底收集器下网片(12)流阻的一致性。

2.如权利要求1所述的一种适用于并联平衡排放的推进剂管理装置，其特征在于：所述推进剂管理装置通道(3)的数量为8～16根。

3.如权利要求1所述的一种适用于并联平衡排放的推进剂管理装置，其特征在于：所述底收集器弯管(9)、中底连接管(8)和中角连接管(6)均为圆形管路。

4.如权利要求1所述的一种适用于并联平衡排放的推进剂管理装置，其特征在于：所述底收集器弯管(9)、中底连接管(8)和中角连接管(6)的直径为Φ11mm，壁厚达到1.5mm。

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