CN103590922B

CN103590922B - 一种表面张力贮箱低流阻通道

Info

Publication number: CN103590922B
Application number: CN201310533461.0A
Authority: CN
Inventors: 魏延明; 李永; 庄保堂; 白建军; 姚灿; 胡齐; 王娟; 夏继霞
Original assignee: Beijing Institute of Control Engineering
Current assignee: Beijing Institute of Control Engineering
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2016-06-01
Anticipated expiration: 2033-10-31
Also published as: CN103590922A

Abstract

一种表面张力贮箱低流阻通道包括：用于收集贮箱下舱顶角处的推进剂的角收集器、角收集器连接管、通道转换接头、方形连接管道、用于收集贮箱下舱中部的推进剂中收集器和用于收集贮箱底部的推进剂底收集器；所述角收集器位于通道的顶部，与通道转换接头通过角收集器连接管连接，中收集器、底收集器通过方形连接管道与通道转换接头连接，这样就形成了表面张力贮箱低流阻通道。本发明能够利用推进剂的表面张力作用将贮箱局部区域内推进剂收集于该通道内，并将推进剂沿通道输运至特定位置，用于空间微重力环境下的推进剂管理。

Description

一种表面张力贮箱低流阻通道

技术领域

本发明涉及一种表面张力贮箱低流阻通道，能够利用表面张力将贮箱局部区域内推进剂收集于该通道内，阻止增压气体流出通道，并将推进剂沿通道输运至特定位置，用于空间微重力环境下的推进剂管理。

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（PMD）。

表面张力贮箱是目前世界上使用最为广泛的推进剂贮箱，它分为网式和板式两种。我国现有的表面张力贮箱都是网式的，它利用液体的表面张力通过筛网来收集推进剂，同时阻止气体进入管路通道，属于第一代表面张力贮箱产品。DFH-4卫星平台用表面张力贮箱是世界上最大的表面张力贮箱之一，为满足15年的卫星寿命，需要携带3100kg的推进剂，单个贮箱的容积要求达到1400L以上，而之前我国已有的推进剂贮箱最大容量为606L。为解决大容量贮箱的推进剂贮存与管理问题，开展了大型贮箱PMD技术攻关工作，设计了一种表面张力贮箱方形低流阻通道，以满足大容量贮箱的推进剂管理需求。

DFH-3卫星平台用表面张力贮箱PMD通道采用角收集器、中收集器和原型通道构成。由于DFH-4卫星贮箱容积大，只有中收集器无法保证寿命末期，贮箱底部的推进剂完全排出，且圆形通道流动阻力较大，无法满足大型卫星大流量指标要求，因此该PMD通道布局不适合DFH-4卫星贮箱任务需求。为此，设计了适合于大型表面张力贮箱的低流阻通道。国外表面张力贮箱的研制开始于70年代，到80年代末在轨道航天器上已占据绝对的主导地位，目前除了俄罗斯没有使用外，其它静止轨道通信卫星都采用表面张力贮箱。欧美国家均生产了大量表面张力贮箱，代表性的文章如下：W.H.Tam,W.D.Lay,M.S.Hersh,atall.Design,Development,Qualification,andManufactureoftheHS601PropellantTank.AIAA96-2748；W.H.Tam,D.E.Jaekle,Jr.DesignandManufactureoftheHS601BlockⅡPropellantTankAssembly.AIAA98-3199；WalterH.Tam,D.E.JaekleJr.DesignandManufactureofaPropellantTankAssembly.AIAA2000-3444；GastonNetter,UlrichRenner,MichaelDreyer.DesignandVerificationofaStandardSurfaceTensionPropellantTankAIAA99-2178。其中，比较典型的《HS601平台》卫星表面张力贮箱，其PMD包括导流板、蓄液器、陷阱、管状收集器和毛细网窗口，但其管状收集器不适合，不适合DFH-4卫星平台用大型表面张力贮箱低流阻、大流量的任务需求；ETS-VIII贮箱是PSI公司2001年为劳拉公司研制的，其PMD由四条导流板和一个蓄液器/气泡陷阱组建构成，导流板从底部延伸到柱段的顶部。PMD采用了陷阱-导流板-蓄液器式的结构是目前最流行的形式，但板式收集器继承性差，焊接和装配工艺存在难点，这些与DFH-4卫星紧迫的进度不适应，无法满足当时我国大型贮箱的推进剂管理需求。尽管国外在公开贡献上发表了一些文章，这些文献都是关于贮箱的一些整体结构和装置的原理及功能介绍，没有关于针对实际贮箱详细结构设计的描述，不能作为我国贮箱设计的依据，因此必须根据我国卫星实际需求，开展适合于大型贮箱PMD通道的详细结构设计工作。

一种表面张力贮箱底流阻通道是国内第一个大型表面张力贮箱推进剂管理装置的通道，其工作方式和结构均是全新的，国内没有相关的文献和资料可以借鉴，整个部件的研制是在DFH-3贮箱和国外极少公开文献资料的基础上做了大量的创新工作而完成的。为了实现贮箱内推进剂的收集和输运，在通道形状、收集器分布、流阻分析等方面进行了开创性的工作，最终完成了适用于大型表面张力贮箱低流阻通道的结构设计。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种适合于大型表面张力贮箱的低流阻通道，能够利用推进剂的表面张力作用将贮箱局部区域内推进剂收集于该通道内，并将推进剂沿通道输运至特定位置，用于空间微重力环境下的推进剂管理。

本发明技术解决方案：一种表面张力贮箱低流阻通道，包括：用于收集贮箱下舱顶角处的推进剂的角收集器、角收集器连接管、通道转换接头、方形连接管道、用于收集贮箱下舱中部的推进剂中收集器和用于收集贮箱底部的推进剂底收集器；所述角收集器位于表面张力贮箱低流阻通道的顶部，与通道转换接头通过角收集器连接管连接，中收集器、底收集器通过方形连接管道与通道转换接头连接，这样就形成了表面张力贮箱低流阻通道。

所述角收集器包括角收集器小圆柱、角收集器压板、收集器网片、角收集器支板、角收集器骨架和角片用小圆柱；收集器网片置于角收集器压板与角收集器支板之间，采用电子束将三个部件焊接；角收集器小圆柱的数量为3～6个，固定于角收集器压板顶端，用于连接通道与贮箱的其它部件；将角收集器支板、角收集器骨架焊接，形成了一个封闭式环形蓄液槽，由此构成了角收集器；角片用小圆柱位于角收集器骨架底端，用于固定角收集器于贮箱下舱地板；角收集器能够收集贮箱下舱顶角处的推进剂，并将其输运至通道内。

所述中收集器和底收集器的结构相同，但安装位置不同，中收集器固定于方形连接管道中部位置的通道盖板上，底收集器固定于方形连接管道底部位置；所述中收集器包括底收集器骨架、底收集器支压板、底收集器网片；底收集器网片位于底收集器支压板之间，采用电子束焊将其与底收集器骨架焊接。

所述方形连接管道的截面由U型截面弧形通道骨架和通道盖板焊接而成，通道盖板上焊接中收集器和底收集器。

所述角收集器、中收集器、底收集器均采用中间部位加工有10～20个圆孔的压板和200×1400～350×2300目小孔的不锈钢网片构成，不锈钢网片位于两层压板之间，采用电子束焊焊接；角收集器、中收集器、底收集器内部形成了一个圆柱形蓄液腔体；在微重力环境下，分布在贮箱内的推进剂在表面张力的作用下通过不锈钢网片传输到各个收集器内，由于表面张力作用，气泡过滤器外部的气体无法进入各个收集器。

本发明与现有技术相比的优点在于：

（1）本发明的结构能够利用推进剂的表面张力作用将贮箱局部区域内推进剂收集于该通道内，并将推进剂沿通道输运至特定位置，实现了空间微重力环境下的推进剂管理。

（2）本发明的角收集器、中收集器、底收集器的结构布局，使得任务周期内贮箱内的推进剂都能通过收集器进入通道，保证了贮箱具备较高的挤出效率≥99.5%的任务需求，延长了贮箱的使用寿命；

（3）本发明的方形连接管道能够有效降低流动阻力，提高流体传输速度，且在远地点工作时流量≥200ml/s。方形连接管道采用U型截面弧形上通道和薄板弧形下通道焊接而成，通道为整体焊接成型，变形小，结构强度得到较大提高，加强了PMD的整体结构强度。

附图说明

图1为本发明表面张力贮箱低流阻通道结构示意图；

图2为角收集器结构示意图；

图3为中收集器、低收集器结构示意图；

图4a为方形连接管道的通道骨架截面图；

图4b为方形连接管道的通道盖板截面图。

具体实施方式

本发明是一种适合于大型表面张力贮箱的低流阻通道置于表面张力贮箱内表面且与内表面保持一定间隙，其作用是收集贮箱内推进剂，阻止增压气体流出通道，并将推进剂沿着通道内表面输送至贮箱出口。

如图1所示的表面张力贮箱低流阻通道包括：角收集器1、角收集器连接管2、通道转换接头3、方形连接管道4、中收集器5、底收集器6。角收集器1与通道转换接头3通过角收集器连接管2连接，中收集器5、底收集器6通过方形连接管道4与通道转换接头3连接，这样就形成了该表面张力贮箱低流阻通道。其中，角收集器连接管2为圆管，方形连接管道4为U型通道，利用通道转换接头3可将两类管道连接。角收集器1主要用于收集贮箱下舱顶角处的推进剂，中收集器5用于收集下舱中部的推进剂，而底收集器6用于收集贮箱底部的推进剂。它们共同作用确保贮箱内的推进剂沿着通道流入贮箱出口而进入推力器，能够对大容量贮箱内的推进剂进行有效管理。

如图2所示，角收集器1位于通道的顶部，由以下部件组成：角收集器小圆柱7、角收集器压板8、收集器网片9、角收集器支板10、角收集器骨架11、角片用小圆柱12。收集器网片9置于角收集器压板8与角收集器支板10之间，采用电子束将三个部件焊接。角收集器小圆柱7的数量为3～6个，固定于角收集器压板8顶端，用于连接通道与贮箱的其它部件。将角收集器支板10、角收集器骨架11焊接，形成了一个封闭式环形蓄液槽，由此构成了交收集器。角片用小圆柱12位于角收集器骨架11低端，用于固定角收集器1于贮箱下舱地板。角收集器1能够收集贮箱下舱顶角处的推进剂，并将其输运至通道内。

中收集器5和底收集器6的结构相同，但安装位置不同，中收集器5固定于方形连接管道4中部位置的通道盖板17上，底收集器6固定于方形连接管道4底部位置。中收集器5的结构如图3所示，具体包括以下部件：底收集器骨架13、底收集器支压板14、底收集器网片15。底收集器网片15位于底收集器支压板14之间，采用电子束焊将其与底收集器骨架13焊接。中收集器5和底收集器6的主要功能是收集贮箱中部和底部位置的推进剂。

方形连接管道4的截面形状见图4，由U型截面弧形通道骨架16和通道盖板17焊接而成，通道盖板17上焊接中收集器5和底收集器6。该结构形式便于焊接和成型，保证了方形连接通道4具备高强度性能，且流动阻力较小。

本发明未公开技术属本领域技术人员公知常识。

Claims

1.一种表面张力贮箱低流阻通道，包括：用于收集贮箱下舱顶角处的推进剂的角收集器、角收集器连接管、通道转换接头、方形连接管道、用于收集贮箱下舱中部的推进剂中收集器和用于收集贮箱底部的推进剂底收集器；所述角收集器位于表面张力贮箱低流阻通道的顶部，与通道转换接头通过角收集器连接管连接，中收集器、底收集器通过方形连接管道与通道转换接头连接，这样就形成了表面张力贮箱低流阻通道，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的表面张力贮箱低流阻通道，其特征在于：所述中收集器和底收集器的结构相同，但安装位置不同，中收集器固定于方形连接管道中部位置的通道盖板上，底收集器固定于方形连接管道底部位置；所述中收集器包括底收集器骨架、底收集器支压板、底收集器网片；底收集器网片位于底收集器支压板之间，采用电子束焊将其与底收集器骨架焊接。

3.根据权利要求1所述的表面张力贮箱低流阻通道，其特征在于：所述方形连接管道的截面由U型截面弧形通道骨架和通道盖板焊接而成，通道盖板上焊接中收集器和底收集器。

4.根据权利要求1所述的表面张力贮箱低流阻通道，其特征在于：所述角收集器、中收集器、底收集器均采用中间部位加工有10～20个圆孔的压板和200×1400～350×2300目小孔的不锈钢网片构成，不锈钢网片位于两层压板之间，采用电子束焊焊接；角收集器、中收集器、底收集器内部形成了一个圆柱形蓄液腔体；在微重力环境下，分布在贮箱内的推进剂在表面张力的作用下通过不锈钢网片传输到各个收集器内，由于表面张力作用，气泡过滤器外部的气体无法进入各个收集器。