CN103676992B - 一种推进剂贮箱自保护增压系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种推进剂贮箱自保护增压系统，该系统可以在可重复使用运载器的返回阶段使贮箱维持一定的保护压力，避免由于振动、温度、外压等因素造成的失稳，该系统可具有良好的冗余性能及通用性，可利用增压结束后的剩余气体完成贮箱保压，具有较低的质量成本和较高的经济性。
Description
技术领域
本发明涉及一种推进剂贮箱保压系统，尤其涉及一种可重复使用运载器推进剂贮箱自保护增压系统，属于推进剂管理技术领域。
背景技术
随着空间运输特别是商业航天需求的发展，能大幅降低航天运输成本的可重复使用运载器受到越来越多的关注，成为未来航天运载器重要的发展趋势之一。对于带有液体推进剂的可重复使用运载器而言，在经历长时间在轨飞行后，其推进剂贮箱的压力通常很低，甚至接近零压力，而可重复使用运载器为了实现轻质化，一般采用薄壁贮箱结构，在重返大气层时，在外压、振动及热流的作用下，贮箱极易发生失稳破坏。因此，需要在运载器的增压系统上增加贮箱保护功能，使贮箱在返回过程中保持一定的压力，避免失稳破坏。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种推进剂贮箱自保护增压系统，该系统可具有冗余性和通用性，可利用保压结束后的剩余气体完成贮箱保压，降低了成本。
本发明的技术解决方案是：一种推进剂贮箱自保护增压系统，由保压气瓶、过滤器、燃烧剂主保压电磁阀、燃烧剂辅保压电磁阀、氧化剂主保压电磁阀、氧化剂辅保压电磁阀、燃烧剂主保压孔板、燃烧剂辅保压孔板、氧化剂主保压孔板、氧化剂辅保压孔板、燃烧剂保压控制器、氧化剂保压控制器、氧化剂保险阀、燃烧剂保险阀、氧化剂贮箱压力传感器和燃烧剂贮箱压力传感器组成；
燃烧剂主保压电磁阀与燃烧剂主保压孔板串联形成燃烧剂主保压控制通路，燃烧剂辅保压电磁阀与燃烧剂辅保压孔板串联形成燃烧剂辅保压控制通路，燃烧剂主保压控制通路与燃烧剂辅保压控制通路并联，其中燃烧剂主保压孔板和燃烧剂辅保压孔板接燃烧剂剂贮箱顶部，燃烧剂主保压电磁阀和燃烧剂辅保压电磁阀通过过滤器接保压气瓶，燃烧剂贮箱压力传感器安装在燃烧剂贮箱顶部用于测量燃烧剂贮箱的压力，燃烧剂保压控制器根据燃烧剂贮箱压力传感器的测量结果控制燃烧剂主保压电磁阀或燃烧剂辅保压电磁阀的开关，燃烧剂保险阀设置在燃烧剂贮箱上。
氧化剂主保压电磁阀与氧化剂主保压孔板串联形成氧化剂主保压控制通路，氧化剂辅保压电磁阀与氧化剂辅保压孔板串联形成氧化剂辅保压控制通路，氧化剂主保压控制通路与氧化剂辅保压控制通路并联，其中氧化剂主保压孔板和氧化剂辅保压孔板接氧化剂贮箱顶部，氧化剂主保压电磁阀和氧化剂辅保压电磁阀通过过滤器接保压气瓶氧化剂压力传感器安装在氧化剂贮箱顶部用于测量氧化剂贮箱的压力，氧化剂保压控制器根据氧化剂压力传感器的测量结果控制氧化剂主保压电磁阀或氧化剂辅保压电磁阀的开关，氧化剂保险阀设置在氧化剂贮箱上。
燃烧剂主保压电磁阀、燃烧剂辅保压电磁阀、氧化剂主保压电磁阀和氧化剂辅保压电磁阀均采用直动式电磁阀。氧化剂贮箱压力传感器和燃烧剂贮箱压力传感器采用三路并联备份设计。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：本发明提出的推进剂贮箱自保护增压系统可以在可重复使用运载器的返回阶段使贮箱维持一定的保护压力，避免由于振动、温度、外压等因素造成的失稳，该系统可具有良好的冗余性能及通用性，可利用保压结束后的剩余气体完成贮箱保压，具有较低的质量成本和较高的经济性。
附图说明
图1为本发明的系统组成原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明：
本发明的设计思路是：保压电磁阀受贮箱压力反馈控制，在运载器开始进入返回阶段时，保压控制器即开始控制保压电磁阀并使贮箱内维持一定的保护压力，当贮箱压力高于设定保护上限时保压电磁阀关闭，低于设定保护下限时保压电磁阀打开，在上下限之间时维持上一状态；保压孔板分别串联于燃/氧箱主/辅电磁阀后，实现流量调节作用；常温气瓶用于贮存保压用气体，一般采用高压轻质的气瓶，保压气体一般采用分子量较小且与介质相容性好的气体，如氮气、氦气、氢气等，保压气瓶及保压气体可同时用于贮箱保压；为了避免单点故障，防止由于电磁阀不开启造成的贮箱破坏，采用主辅电磁阀并联的方案，辅电磁阀的设定下限略低于主电磁阀的设定下限，当主电磁阀不打开时，辅电磁阀打开保压，在达到设定上限后关闭；为了避免防止电磁阀开启后不关闭造成的贮箱破坏，在贮箱上设置有保险阀，其设计打开压力低于贮箱的最高使用压力，当贮箱压力超过打开压力时，保险阀打开排出箱内气体，直至箱内压力降至关闭压力时保险阀关闭；贮箱压力传感器为三路并联，并将输出结果进行“三取二”稳值处理，确保及时其中一个压力传感器出现故障，仍然可以正常控制电磁阀；在某些情况下，保压气瓶、保压电磁阀、保压控制器可和保压系统共用一套部件，并利用保压结束后剩余气体完成贮箱保压。
具体的实现方式如图1所示，本发明由保压气瓶1、过滤器2、燃烧剂主保压电磁阀3、燃烧剂辅保压电磁阀4、氧化剂主保压电磁阀5、氧化剂辅保压电磁阀6、燃烧剂主保压孔板7、燃烧剂辅保压孔板8、氧化剂主保压孔板9、氧化剂辅保压孔板10、燃烧剂保压控制器12、氧化剂保压控制器11、氧化剂保险阀13、燃烧剂保险阀14、氧化剂贮箱压力传感器15和燃烧剂贮箱压力传感器16组成；
燃烧剂主保压电磁阀3与燃烧剂主保压孔板7串联形成燃烧剂主保压控制通路，燃烧剂辅保压电磁阀4与燃烧剂辅保压孔板8串联形成燃烧剂辅保压控制通路，燃烧剂主保压控制通路与燃烧剂辅保压控制通路并联，其中燃烧剂主保压孔板7和燃烧剂辅保压孔板8接燃烧剂剂贮箱顶部，燃烧剂主保压电磁阀3和燃烧剂辅保压电磁阀4通过过滤器2接保压气瓶1，燃烧剂贮箱压力传感器16安装在燃烧剂贮箱顶部用于测量燃烧剂贮箱的压力，燃烧剂保压控制器12根据燃烧剂贮箱压力传感器16的测量结果控制燃烧剂主保压电磁阀3或燃烧剂辅保压电磁阀4的开关，燃烧剂保险阀14设置在燃烧剂贮箱上。
氧化剂主保压电磁阀5与氧化剂主保压孔板9串联形成氧化剂主保压控制通路，氧化剂辅保压电磁阀6与氧化剂辅保压孔板10串联形成氧化剂辅保压控制通路，氧化剂主保压控制通路与氧化剂辅保压控制通路并联，其中氧化剂主保压孔板9和氧化剂辅保压孔板10接氧化剂贮箱顶部，氧化剂主保压电磁阀5和氧化剂辅保压电磁阀6通过过滤器2接保压气瓶1，氧化剂压力传感器15安装在氧化剂贮箱顶部用于测量氧化剂贮箱的压力，氧化剂保压控制器11根据氧化剂压力传感器15的测量结果控制氧化剂主保压电磁阀5或氧化剂辅保压电磁阀6的开关，氧化剂保险阀13设置在氧化剂贮箱上。
燃烧剂主保压电磁阀3、燃烧剂辅保压电磁阀4、氧化剂主保压电磁阀5和氧化剂辅保压电磁阀6均采用直动式电磁阀。氧化剂贮箱压力传感器15和燃烧剂贮箱压力传感器16采用三路并联备份设计。
实施例：燃烧剂贮箱容积约为2500L，为常温推进剂，氧化剂贮箱容积约4000L，为低温推进剂，其温度约为90K，贮箱保护压力为0.13MPa～0.20MPa（绝压）；保压气瓶1采用轻质高压复合材料气瓶，其单个容积为40L、工作压力为23MPa，保压气体采用高纯常温氦气；过滤器2安装于保压气瓶1及保压电磁阀之间，对氦气进行过滤，防止多余物进入电磁阀造成卡滞或进入贮箱造成污染；燃烧剂贮箱主保压电磁阀3与燃烧剂贮箱辅保压电磁阀4并联，由燃烧剂保压控制器12控制其启闭，燃烧剂贮箱主保压电磁阀3的压力控制带略窄于燃烧剂贮箱辅保压电磁阀4，当燃烧剂贮箱主保压电磁阀3出现未开启的故障时，燃烧剂贮箱辅保压电磁阀4打开并为燃烧剂贮箱保压，为保证电磁阀动作灵敏可靠，该例中采用直动式电磁阀；氧化剂贮箱主保压电磁阀5与氧化剂贮箱辅保压电磁阀6并联，由氧化剂保压控制器11控制其启闭，氧化剂贮箱主保压电磁阀3的压力控制带略窄于氧箱辅保压电磁阀4，当氧化剂贮箱主保压电磁阀3出现未开启的故障时，氧化剂贮箱辅保压电磁阀4打开并为氧化剂贮箱保压，为保证电磁阀动作灵敏可靠，该例中采用直动式电磁阀；燃烧剂贮箱主保压孔板7、燃烧剂辅保压孔板8、氧化剂贮箱主保压孔板9、氧化剂贮箱主保压孔板10分别串联于相应电磁阀后，起到流量调节作用；燃烧剂保险阀13、氧化剂贮箱保险阀14分别安装于燃烧剂贮箱及氧化剂贮箱上底，在贮箱内压力过高时，保险阀打开排出多余气体；燃烧剂贮箱压力传感器16、氧化剂压力传感器15分别安装于燃烧剂贮箱及氧化剂贮箱上底，均为三路并联，将贮箱内气枕压力测量结果分别反馈至燃烧剂保压控制器12和氧化剂保压控制器11，进行“三取二”稳值计算后对保压电磁阀实施控制。
本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。
Claims (1)
1.一种推进剂贮箱自保护增压系统，其特征在于：由保压气瓶(1)、过滤器(2)、燃烧剂主保压电磁阀(3)、燃烧剂辅保压电磁阀(4)、氧化剂主保压电磁阀(5)、氧化剂辅保压电磁阀(6)、燃烧剂主保压孔板(7)、燃烧剂辅保压孔板(8)、氧化剂主保压孔板(9)、氧化剂辅保压孔板(10)、燃烧剂保压控制器(12)、氧化剂保压控制器(11)、氧化剂保险阀(13)、燃烧剂保险阀(14)、氧化剂贮箱压力传感器(15)和燃烧剂贮箱压力传感器(16)组成；
燃烧剂主保压电磁阀(3)与燃烧剂主保压孔板(7)串联形成燃烧剂主保压控制通路，燃烧剂辅保压电磁阀(4)与燃烧剂辅保压孔板(8)串联形成燃烧剂辅保压控制通路，燃烧剂主保压控制通路与燃烧剂辅保压控制通路并联，其中燃烧剂主保压孔板(7)和燃烧剂辅保压孔板(8)接燃烧剂剂贮箱顶部，燃烧剂主保压电磁阀(3)和燃烧剂辅保压电磁阀(4)通过过滤器(2)接保压气瓶(1)，燃烧剂贮箱压力传感器(16)安装在燃烧剂贮箱顶部用于测量燃烧剂贮箱的压力，燃烧剂保压控制器(12)根据燃烧剂贮箱压力传感器(16)的测量结果控制燃烧剂主保压电磁阀(3)或燃烧剂辅保压电磁阀(4)的开关，燃烧剂保险阀(14)设置在燃烧剂贮箱上；燃烧剂保险阀(14)的打开压力低于燃烧剂贮箱的最高使用压力；
氧化剂主保压电磁阀(5)与氧化剂主保压孔板(9)串联形成氧化剂主保压控制通路，氧化剂辅保压电磁阀(6)与氧化剂辅保压孔板(10)串联形成氧化剂辅保压控制通路，氧化剂主保压控制通路与氧化剂辅保压控制通路并联，其中氧化剂主保压孔板(9)和氧化剂辅保压孔板(10)接氧化剂贮箱顶部，氧化剂主保压电磁阀(5)和氧化剂辅保压电磁阀(6)通过过滤器(2)接保压气瓶(1)，氧化剂压力传感器(15)安装在氧化剂贮箱顶部用于测量氧化剂贮箱的压力，氧化剂保压控制器(11)根据氧化剂压力传感器(15)的测量结果控制氧化剂主保压电磁阀(5)或氧化剂辅保压电磁阀(6)的开关，氧化剂保险阀(13)设置在氧化剂贮箱上；氧化剂保险阀(13)的打开压力低于氧化剂贮箱的最高使用压力；
所述燃烧剂主保压电磁阀(3)、燃烧剂辅保压电磁阀(4)、氧化剂主保压电磁阀(5)和氧化剂辅保压电磁阀(6)均采用直动式电磁阀；
所述氧化剂贮箱压力传感器(15)和燃烧剂贮箱压力传感器(16)采用三路并联备份设计；
燃烧剂主保压电磁阀(3)和燃烧剂辅保压电磁阀(4)受燃烧剂贮箱压力反馈控制，在运载器开始进入返回阶段时，燃烧剂保压控制器(12)即开始控制燃烧剂主保压电磁阀(3)和燃烧剂辅保压电磁阀(4)并使燃烧剂贮箱内维持保护压力，当燃烧剂贮箱压力高于设定保护上限时燃烧剂主保压电磁阀(3)和燃烧剂辅保压电磁阀(4)关闭，低于设定保护下限时燃烧剂主保压电磁阀(3)和燃烧剂辅保压电磁阀(4)打开，在上下限之间时维持上一状态；
氧化剂主保压电磁阀(5)和氧化剂辅保压电磁阀(6)受氧化剂贮箱压力反馈控制，在运载器开始进入返回阶段时，氧化剂保压控制器(11)即开始控制氧化剂主保压电磁阀(5)和氧化剂辅保压电磁阀(6)并使氧化剂贮箱内维持保护压力，当氧化剂贮箱压力高于设定保护上限时氧化剂主保压电磁阀(5)和氧化剂辅保压电磁阀(6)关闭，低于设定保护下限时氧化剂主保压电磁阀(5)和氧化剂辅保压电磁阀(6)打开，在上下限之间时维持上一状态。
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