CN103590923B - 一种表面张力贮箱气泡陷阱气泡过滤器 - Google Patents

Abstract

一种表面张力贮箱气泡陷阱气泡过滤器，安装在PMD的气泡陷阱内，过滤气泡陷阱内的推进剂，阻止增压气体流出贮箱，所述气泡陷阱气泡过滤器包括：盒式过滤器、板式过滤器和直管；盒式过滤器位于气泡过滤器上部，收集位于气泡过滤器顶部的推进剂；板式过滤器位于气泡过滤器下部，收集位于气泡过滤器底部的推进剂；盒式过滤器、板式过滤器两者之间采用直管连接，直管为中空结构；它们共同作用使得盒式过滤器内部的液体通过直管排出气泡过滤器，保证了在贮存在气泡陷阱内的气体不能排出到贮箱外面，起到传输推进剂的作用。

Description

一种表面张力贮箱气泡陷阱气泡过滤器

技术领域

本发明涉及一种表面张力贮箱气泡陷阱气泡过滤器，能够过滤气泡陷阱内的推进剂，阻止增压气体流出贮箱，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，针对高可靠气泡陷阱设计了一种新型的表面张力贮箱气泡陷阱气泡过滤器，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无气泡陷阱，液口部位的收集器为小容量底收集器，直接置于贮箱内部，其所容纳推进剂为0.1L，且收集器内部无法容纳大量气体存在。DFH-4卫星平台用表面张力贮箱PMD需要解决大容量推进剂无气泡供应问题，为此设计了气泡陷阱气泡过滤器，该种装置安装在PMD的气泡陷阱内，其作用是过滤气泡陷阱内的推进剂，阻止增压气体流出贮箱。它由两部分组成：上部的盒式过滤器和下部的板式过滤器，两部分通过中空管连接，盒式过滤器主要收集位于气泡陷阱顶部的推进剂，而板式过滤器过滤气泡陷阱底部的推进剂。它们共同作用确保贮存在气泡陷阱内的气体不能排出贮箱而进入推力器，能够对大容量贮箱内的推进剂进行有效管理。

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,at all.Design,Development,Qualification,and Manufacture of the HS601Propellant Tank.AIAA96-2748；W.H.Tam,D.E.Jaekle,Jr.Design and Manufacture of the HS601Block ⅡPropellant Tank Assembly.AIAA98-3199；Walter H.Tam,D.E.Jaekle Jr.Designand Manufacture of a Propellant Tank Assembly.AIAA2000-3444；GastonNetter,Ulrich Renner,Michael Dreyer.Design and Verification of a StandardSurface Tension Propellant Tank AIAA99-2178。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，但蓄液器较小，结构为板式，不适合DFH-4卫星平台用大型表面张力贮箱；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，但其陷阱内的板式蓄液器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气泡过滤器的详细结构设计工作。

一种表面张力贮箱气泡陷阱气泡过滤器是国内第一个大型表面张力贮箱推进剂管理装置的气泡陷阱气泡过滤器，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。为了实现对气泡陷阱内的推进剂的进行全管理，在过滤器形状、结构设计以及过滤器的安装固定方式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气泡陷阱的气泡过滤器设计。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现存网式贮箱的技术不足，提供一种盒式和板式相结合的表面张力贮箱气泡陷阱气泡过滤器，能够过滤气泡陷阱内的推进剂，阻止增压气体流出贮箱，用于空间微重力环境下的推进剂管理，确保贮箱在微重力环境下为航天器提供不夹气的推进剂。

本发明技术解决方案：一种表面张力贮箱气泡陷阱气泡过滤器，安装在PMD的气泡陷阱内，过滤气泡陷阱内的推进剂，阻止增压气体流出贮箱，所述气泡陷阱气泡过滤器包括：盒式过滤器、板式过滤器和直管；盒式过滤器位于气泡过滤器上部，收集位于气泡过滤器顶部的推进剂；板式过滤器位于气泡过滤器下部，收集位于气泡过滤器底部的推进剂；盒式过滤器、板式过滤器两者之间采用直管连接，直管为中空结构；它们共同作用使得盒式过滤器内部的液体通过直管排出气泡过滤器，保证了在贮存在气泡陷阱内的气体不能排出到贮箱外面，起到传输推进剂的作用。

所述盒式过滤器：盒式过滤器上压板、气泡陷阱小圆柱、盒式过滤器上网片、盒式过滤器上支板、盒式过滤器下支板、盒式过滤器下网片、盒式过滤器下支架；其中盒式过滤器上网片置于盒式过滤器上压板与盒式过滤器上支板之间，采用电子束将三个部件焊接；气泡陷阱小圆柱的数量为3～6个，固定于盒式过滤器上压板顶端，用于气泡过滤器与其它部件的连接；盒式过滤器下网片置于盒式过滤器下支板与盒式过滤器下支架之间，同样采用电子束将其焊接；最终将盒式过滤器上支板与盒式过滤器下支板焊接，形成了一个封闭式环形蓄液槽，即盒式过滤器。

所述板式过滤器包括：板式过滤器盖板、板式过滤器网片和板式过滤器支架，板式过滤器网片位于板式过滤器盖板和板式过滤器支架之间，采用电子束焊接；使用时将板式过滤器置于贮箱出口位置，形成一个封闭的腔体，阻止气泡过滤器之外的气体进入板式过滤器，实现对气泡陷阱内推进剂进行管理，保证贮存在气泡陷阱内的气体不能排出贮箱。

所述盒式过滤器上网片、盒式过滤器下网片、板式过滤器网片为具有一定孔密度的金属网片。

所述盒式过滤器上压板、盒式过滤器上支板、盒式过滤器下支板、盒式过滤器下支架、板式过滤器盖板、板式过滤器支架均采用孔板结构，孔板厚度0.5～1.5mm，孔板布置一定数量的对称分布的通孔，确保推进剂能够通过通孔进入气泡过滤器。

本发明与现有技术相比的优点在于；

（1）本发明包括盒式过滤器、板式过滤器和直管，实现了对气泡陷阱内推进剂进行管理，合理设计了气泡陷阱气泡过滤器的总体布局。盒式过滤器位于气泡过滤器上部，主要收集位于气泡过滤器顶部的推进剂；板式过滤器位于气泡过滤器下部，主要收集位于气泡过滤器底部的推进剂；两者之间采用直管连接，直管为中空结构，它们共同作用使得盒式过滤器内部的液体通过直管排出气泡过滤器，保证了在贮存在气泡陷阱内的气体不能排出到贮箱外面，起到传输推进剂的作用。

（2）该气泡陷阱气泡过滤器采用了盒式过滤器和板式过滤器结合的结构形式，使得气泡过滤器外部容纳更多的气泡，能够有效地保证位于气泡过滤器顶部和底部的推进剂进入气泡过滤器内，采用该气泡过滤器保证了在贮存在气泡陷阱内的气体不能排出贮箱而进入推力器，且贮箱的挤出效率≥99.9%。

（3）采用了盒式过滤器和板式过滤器结合的结构形式，大大增加了网片与推进剂的接触面积，能够有效地过滤推进剂中的颗粒物，提高推进系统的安全性。

（4）盒式过滤器和板式过滤器结合的结构形式与气泡陷阱焊接，加强了PMD的整体结构强度。采用该气泡过滤器的DFH-4卫星平台推进剂贮箱的PMD可靠性得到提高，使得贮箱整体可靠度达到0.9997。

附图说明

图1为本发明表面张力贮箱气泡陷阱气泡过滤器结构示意图；

图2为本发明盒式过滤器结构示意图；

图3为本发明板式过滤器结构示意图；

图4为本发明各支、压板俯视图。

具体实施方式

如图1所示的表面张力贮箱气泡陷阱气泡过滤器，用于管理卫星推进剂贮箱PMD气泡陷阱内的推进剂。该装置包括以下部件：盒式过滤器1、板式过滤器2和直管3。盒式过滤器1与板式过滤器2之间与中空结构的直管3采用管焊机焊接。通过合理设计气泡陷阱气泡过滤器的总体布局，使得盒式过滤器内部的推进剂通过直管排出气泡过滤器，而板式过滤器底部气泡被阻止在气泡过滤器之外，实现对气泡陷阱内推进剂进行管理，保证贮存在气泡陷阱内的气体无法排出贮箱，起到管理和传输推进剂的作用。

如图2所示，盒式过滤器1位于气泡过滤器上部，主要功能是收集位于气泡过滤器顶部的推进剂，具体包括以下部件：盒式过滤器上压板4、气泡陷阱小圆柱5、盒式过滤器上网片6、盒式过滤器上支板7、盒式过滤器下支板8、盒式过滤器下网片9、盒式过滤器下支架10。其中，盒式过滤器上网片6置于盒式过滤器上压板4与盒式过滤器上支板7之间，采用电子束将三个部件焊接。气泡陷阱小圆柱5的数量为3～6个，固定于盒式过滤器上压板4顶端，用于气泡过滤器与其它部件的连接。盒式过滤器下网片9置于盒式过滤器下支板8与盒式过滤器下支架10之间，同样采用电子束将其焊接。最终，将盒式过滤器上支板7与盒式过滤器下支板8焊接，形成了一个封闭式环形蓄液槽，即盒式过滤器。

如图3所示，板式过滤器2位于气泡过滤器下部，主要功能是收集位于气泡过滤器底部的推进剂。具体包括以下部件：板式过滤器盖板11、板式过滤器网片12和板式过滤器支架13。板式过滤器网片12位于板式过滤器盖板11和板式过滤器支架13之间，采用电子束焊接。使用时将板式过滤器置于贮箱出口位置，形成一个封闭的腔体，阻止气泡过滤器之外的气体进入板式过滤器，实现对气泡陷阱内推进剂进行管理，保证贮存在气泡陷阱内的气体不能排出贮箱。

盒式过滤器上压板4、盒式过滤器上支板7、盒式过滤器下支板8、盒式过滤器下支架10、板式过滤器盖板11、板式过滤器支架13均采用孔板结构，俯视图见图4所示。孔板厚度0.5～1.5mm，孔板布置10～20个的对称分布的通孔，确保推进剂能够通过通孔进入气泡过滤器。

由于盒式过滤器上网片6、盒式过滤器下网片9、板式过滤器网片12为具有200×1400～350×2300目小孔的的金属网片，在微重力环境下，表面张力起主要作用，因此在网片表面形成的液体薄膜具有较强的阻气作用，而分布在气泡过滤器外侧的推进剂则在表面张力的作用下通过网片传输到气泡过滤器内部，最终进入贮箱出口，而阻止气体流入，实现不夹气排液的目的。网片的使用保证了各种微重力环境下均无气体进入气泡过滤器内，能够向推力器提供无夹气的推进剂。

本发明未公开技术属本领域技术人员公知常识。

Claims (4)

1.一种表面张力贮箱气泡陷阱气泡过滤器，安装在PMD的气泡陷阱内，过滤气泡陷阱内的推进剂，阻止增压气体流出贮箱，其特征在于：所述气泡陷阱气泡过滤器包括：盒式过滤器、板式过滤器和直管；盒式过滤器位于气泡过滤器上部，收集位于气泡过滤器顶部的推进剂；板式过滤器位于气泡过滤器下部，收集位于气泡过滤器底部的推进剂；盒式过滤器、板式过滤器两者之间采用直管连接，直管为中空结构；它们共同作用使得盒式过滤器内部的液体通过直管排出气泡过滤器，保证了在贮存在气泡陷阱内的气体不能排出到贮箱外面，起到传输推进剂的作用。

2.根据权利要求1所述的表面张力贮箱气泡陷阱气泡过滤器，其特征在于：所述盒式过滤器：盒式过滤器上压板、气泡陷阱小圆柱、盒式过滤器上网片、盒式过滤器上支板、盒式过滤器下支板、盒式过滤器下网片、盒式过滤器下支架；其中盒式过滤器上网片置于盒式过滤器上压板与盒式过滤器上支板之间，采用电子束将三个部件焊接；气泡陷阱小圆柱的数量为3～6个，固定于盒式过滤器上压板顶端，用于气泡过滤器与其它部件的连接；盒式过滤器下网片置于盒式过滤器下支板与盒式过滤器下支架之间，同样采用电子束将其焊接；最终将盒式过滤器上支板与盒式过滤器下支板焊接，形成了一个封闭式环形蓄液槽，即盒式过滤器。

3.根据权利要求1所述的表面张力贮箱气泡陷阱气泡过滤器，其特征在于：所述板式过滤器包括：板式过滤器盖板、板式过滤器网片和板式过滤器支架，板式过滤器网片位于板式过滤器盖板和板式过滤器支架之间，采用电子束焊接；使用时将板式过滤器置于贮箱出口位置，形成一个封闭的腔体，阻止气泡过滤器之外的气体进入板式过滤器，实现对气泡陷阱内推进剂进行管理，保证贮存在气泡陷阱内的气体不能排出贮箱。

4.根据权利要求2所述的表面张力贮箱气泡陷阱气泡过滤器，其特征在于：所述盒式过滤器上网片、盒式过滤器下网片、板式过滤器网片为具有200×1400～350×2300目孔密度的金属网片。