CN104891054B - 一种适用于高浓度过氧化氢的囊式贮箱 - Google Patents

一种适用于高浓度过氧化氢的囊式贮箱 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种适用于高浓度过氧化氢的囊式贮箱，包括贮箱壳体、加注泄出组件与薄膜液囊；加注泄出组件同轴安装在贮箱壳体内部，由端盖，多孔管、固定盘、支撑板。端盖端盖与固定盘分别焊在多孔管的两端。端盖与贮箱出口法兰连接；端盖与固定盘上均开有进/出液通道，多孔管设计有密集的小孔，以保证推进剂流通面积。固定盘和支撑盘用于安装薄膜液囊和固定加注泄出组件，并且支撑盘上设计有扩散孔，防止增压气体直接冲击在薄膜液囊上，使薄膜液囊受力更加均匀。本发明的优点为：适合于过氧化氢推进剂长期贮存，将过氧化氢推进剂与挤压气体采用薄膜液囊分开，挤压气体选择广泛，挤压气体不会引起过氧化氢催化分解。

Description

一种适用于高浓度过氧化氢的囊式贮箱
技术领域
本发明属于火箭发动机输送系统领域，具体来说是一种适用于高浓度过氧化氢的囊式贮箱，用于高浓度过氧化氢的贮存与输送供给。
背景技术
航天动力系统采用无毒无污染、可贮存推进剂是未来发展的趋势，近年来，研究的重点集中在绿色推进剂方面。过氧化氢具有无毒、无污染、高密度、易贮存、高比热、分解产生大的体积膨胀和热量的优点，是一种理想的绿色推进剂。过氧化氢既可以作为双组元液体火箭发动机和固液混合火箭发动机的氧化剂，也可以作为单组元推进剂使用，应用前景广泛。因此，过氧化氢推进技术的研究正在广泛开展。
固液火箭发动机采用液体氧化剂和固体燃料，在结构上兼备了液体火箭发动机和固体火箭发动机的共同特点，具有安全性好、推力调节容易、环保性好、药柱稳定性好、温度敏感性低和经济性好等优点，可用于探空火箭、靶弹、战术导弹等。
过氧化氢固液火箭发动机采用过氧化氢作为液体氧化剂，过氧化氢无毒、无污染、高密度、易贮存、高比热、分解产生大的体积膨胀和热量，是一种理想的绿色推进剂。过氧化氢既可以作为双组员液体火箭发动机的氧化剂，也可以作为单祖元推进剂使用，应用前景广泛。
固液火箭发动机，在飞行过程中，箭体会倾斜；平飞巡航时；箭体接近水平状态。由于过氧化氢接触杂质后易催化分解，因此，要求过氧化氢接触材料与过氧化氢一级相容。故过氧化氢固液火箭发动机飞行试验时采用囊式贮箱。
过氧化氢囊式贮箱由聚四氟乙烯或橡胶制成薄膜液囊，分开贮箱内的液体氧化剂和挤压空气。由于薄膜液囊强度较差，必须设计专用的加注泄出组件，用于加注前气密检查，过氧化氢加注、增压等过程。同时为了节省大量的地面设备、车辆及时间，简化操作程序，火箭、导弹及航天器交付使用时，要求将液体推进剂预先装填，连同火箭、导弹和航天器一起运输、长期贮存。但是高浓度过氧化氢与不相容的材料(如重金属、有机化合物、某些杂质的混合物)接触，会分解放热，破坏管路甚至爆炸。因此，设计过氧化氢的输送系统时，必须考虑过氧化氢与材料的相容性问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种适用于高浓度过氧化氢的囊式贮箱，实现高浓度过氧化氢的贮存与输送供给，具有相容性好、流量供给稳定等特点。
一种适用于高浓度过氧化氢的囊式贮箱，其特征在于：包括贮箱壳体、加注泄出组件与薄膜液囊。
所述贮箱壳体下端连接增压管路；贮箱上端连接加注泄出组件。
所述加注泄出组件包括端盖、多孔管、固定盘、支撑板；端盖内开有集液腔，集液腔与端盖上下两端的进液口和出液口连通。端盖上开有进/出液通道A，进/出液通道A两端分别与集液腔和端盖侧壁连通。多孔管一端与端盖下端固定，使多孔管与集液腔连通；多孔管另一端安装固定盘；多孔管上开有进/出液孔。固定盘上设计有进/出液通道B，进/出液通道B两端分别与多孔管和固定盘外壁连通；固定盘下端设计有定位螺柱；支撑盘套在定位螺柱上，通过定位螺母与定位螺柱配合拧紧，将支撑盘与固定盘压紧固定。所述支撑板上开有进气通道，进气通道两端分别与支撑盘上下表面连通。
上述加注泄出组件同轴设置于贮箱壳体内部；加注泄出组件中端盖与逐项课题上端固定，同时，支撑盘周向与贮箱壳体下端内壁周向配合定位。
所述薄膜液囊位于贮箱壳体内，套在加注泄出组件外部；薄膜液囊的上端设置在加注泄出组件中端盖与贮箱壳体上端之间，夹紧固定；薄膜液囊的下端设置在支撑板与定位螺母之间，夹紧固定。
在进行加注时，过氧化氢推进剂由端盖的进液口进入集液腔；随后，过氧化氢推进剂分别通过进/出液通道A、进/出液孔、进/出液通道B注入薄膜液囊；在泄出时，由增压管路通入增压气体，增压器体经支撑板上的进气通道进入贮箱壳体内，从薄膜液囊外部挤压薄膜液囊，使薄膜液囊中的过氧化氢推进剂经进/出液通道A、进/出液孔、进/出液通道B后排出。
本发明的优点在于：
本发明适用于高浓度过氧化氢的囊式贮箱中，加注泄出组件采用304不锈钢制成，表面喷涂聚四氟乙烯，且薄膜液囊采用聚四氟乙烯或橡胶制成，均与过氧化氢1级相容，适合于过氧化氢长期贮存；
本发明适用于高浓度过氧化氢的囊式贮箱中，加注泄出组件多孔管壁面设计密集小孔导流，薄膜液囊内各部分液体均匀变化，贮箱重心均匀变化，薄膜液囊受力均匀，显著提高薄膜液囊使用寿命；
本发明适用于高浓度过氧化氢的囊式贮箱中，加注泄出组件，支撑盘上的进气通道采用扩散孔，防止增压气体直接冲击薄膜液囊，薄膜液囊受力更加均匀；
1、本发明适用于高浓度过氧化氢的囊式贮箱，贮箱壳体采用LD10制成，并经表面阳极化处理，使其具有强度高、质量轻和相容性好等优点；
2、本发明适用于高浓度过氧化氢的囊式贮箱，适合于过氧化氢推进剂长期贮存；
3、本发明适用于高浓度过氧化氢的囊式贮箱，过氧化氢推进剂与挤压气体采用薄膜液囊分开，挤压气体选择广泛，挤压气体不会引起过氧化氢催化分解。
附图说明
图1为本发明适用于高浓度过氧化氢的囊式贮箱整体结构示意图；
图2为本发明适用于高浓度过氧化氢的囊式贮箱中加注泄出组件结构示意图。
图中：
1-贮箱壳体 2-加注泄出组件 3-薄膜液囊 101-增压管路接口
102-安装法兰 201-端盖 202-多孔管 203-固定盘
204-支撑板 205-集液腔 206-进/出液通道A 207-进/出液孔
208-进/出液通道B 209-定位螺柱 210-定位螺母 211-进气通道
212-端盖安装法兰
具体实施方案
本发明提出一种适用于高浓度过氧化氢的囊式贮箱，包括贮箱壳体1、加注泄出组件2与薄膜液囊3，如图1所示。
所述贮箱壳体1为筒状壳体，上下两端为收缩口。贮箱壳体1整体由LD10制成，并经表面阳极化处理，与过氧化氢2级相容。贮箱壳体1下端作为增压气体入口，设计有增压管路接口101，连接增压管路，使增压气体由增压管路接口通入贮箱壳体1。贮箱壳体1上端作为液体推进剂出口，设计有安装法兰102，用来安装加注泄出组件2。
所述加注泄出组件2包括端盖201、多孔管202、固定盘203、支撑板204，如图2所示，均采用304不锈钢制成，并在表面喷涂聚四氟乙烯，与过氧化氢1级相容。其中，端盖1内开有集液腔205，集液腔205与端盖201上下两端的进液口和出液口连通；端盖201周向上开有三层进/出液通道A206，两端分别与集液腔205和端盖201侧壁连通。每层的进/出液通道A206沿端盖201周向均布，保证过氧化氢推进剂的流通面积。
所述多孔管202与端盖201同轴设置，令多孔管202的两端分别为A端与B端；多孔管202的A端与端盖201下端固定，使多孔管202与集液腔205连通。所述多孔管202上沿轴向等间隔设计有多层进/出液孔207，每层进/出液孔207沿多孔管202周向均布，保证过氧化氢推进剂的流通面积。
所述固定盘203上端固定安装于多孔管202的B端。固定盘203周向上均匀设计有进/出液通道B208，进/出液通道B208两端分别与多孔管202和固定盘203外壁连通。固定盘203下端面上同轴设计有一体结构的定位螺柱209，用来定位支撑盘204。
所述支撑盘204同轴套在定位螺柱209上，通过定位螺母210与定位螺柱209配合拧紧，将支撑盘204与固定盘203压紧固定。所述支撑板204周向上开有进气通道211，进气通道211两端分别与支撑盘204上下表面连通。
上述结构加注泄出组件2同轴设置于贮箱壳体1内部。加注泄出组件2上端通过端盖201上端设计的端盖安装法兰212，与贮箱壳体1上的安装法兰102间通过紧固螺钉连接，实现加注泄出组件2上端与贮箱壳体1间的安装。加注泄出组件2下端通过支撑板204周向与贮箱壳体1下端增压气体入口内壁周向配合定位，实现加注泄出组件2上端与贮箱壳体1间的安装。
薄膜液囊3位于贮箱壳体1内，套在加注泄出组件2外部，由聚四氟乙烯制成，与过氧化氢1级相容。薄膜液囊3身部厚度0.2mm，上下两端厚度1mm。薄膜液囊的上端设置在加注泄出组件2中端盖与贮箱壳体1上端之间，通过端盖安装法兰212与贮箱壳体1上端安装将薄膜液囊3的上端压紧固定。薄膜液囊3的下端设置在支撑板204与定位螺母210之间，通过拧紧定位螺母210将薄膜液囊3下端与支撑板204压紧固定。
上述结构的囊式贮箱，在进行加注时，过氧化氢推进剂由端盖的进液口101进入集液腔205；随后，过氧化氢推进剂分上中下三路注入到薄膜液囊3中。其中，上路经端盖201上的进/出液通道A206由薄膜液囊3上部注入；中路经多孔管202侧壁上的进/出液孔207由薄膜液囊3中部注入；下路经固定盘203上开设的进/出液通道B208由薄膜液囊3下部注入；由此使薄膜液囊3内各部分液体均匀增加或减小，囊式贮箱重心变化稳定；且使薄膜液囊3受力均匀，显著提高薄膜液囊3使用寿命；同时，使流体阻力小，压力损失小。
在泄出时，由增压管路通入增压气体，增压器体经支撑板204上的进气通道进入贮箱壳体1内，从薄膜液囊3外部挤压薄膜液囊3，使薄膜液囊3中的过氧化氢推进剂分三路经贮箱壳体1上端液体推进剂出口排出。其中，第一路经端盖201上的进/出液通道A206后排出，第二路经固定盘203上的进/出液通道B208进入多孔管202后排出，第三路直接经多孔管上的进/出液孔207进入多孔管202后排出。
本发明中还具有如下设计：三层进/出液通道A206与端盖201侧壁连通一端向外倾斜，进/出液通道B208与固定盘203外壁连通一端向内倾斜；由此使进/出液通道A206与进/出液通道B208顺着流动方向，使过氧化氢推进剂流动更加流畅，避免引起漩涡；二是结构上更简单，有利于减轻质量。同时，进气通道211与支撑盘204上表面连通一端向外倾斜，扩散增大了增压气体进入的表面积，能有效避免薄膜液囊堵塞气孔。
本发明囊式贮箱在使用前，可通过盖板和堵盖分别将端盖101上的增压气体入口与贮箱壳体1下端的增压管路接口101密封，避免囊式贮箱内存有杂质，催化过氧化氢推进剂分解。

Claims (10)

1.一种适用于高浓度过氧化氢的囊式贮箱，其特征在于：包括贮箱壳体、加注泄出组件与薄膜液囊；
所述贮箱壳体下端连接增压管路；贮箱上端连接加注泄出组件；
所述加注泄出组件包括端盖、多孔管、固定盘、支撑板；端盖内开有集液腔，集液腔与端盖上下两端的进液口和出液口连通；端盖上开有进/出液通道A，进/出液通道A两端分别与集液腔和端盖侧壁连通；多孔管一端与端盖下端固定，使多孔管与集液腔连通；多孔管另一端安装固定盘；多孔管上开有进/出液孔；固定盘上设计有进/出液通道B，进/出液通道B两端分别与多孔管和固定盘外壁连通；固定盘下端设计有定位螺柱；支撑盘套在定位螺柱上，通过定位螺母与定位螺柱配合拧紧，将支撑盘与固定盘压紧固定；所述支撑板上开有进气通道，进气通道两端分别与支撑盘上下表面连通；
上述加注泄出组件同轴设置于贮箱壳体内部；加注泄出组件中端盖与逐项课题上端固定，同时，支撑盘周向与贮箱壳体下端内壁周向配合定位；
所述薄膜液囊位于贮箱壳体内，套在加注泄出组件外部；薄膜液囊的上端设置在加注泄出组件中端盖与贮箱壳体上端之间，夹紧固定；薄膜液囊的下端设置在支撑板与定位螺母之间，夹紧固定。
2.如权利要求1所述一种适用于高浓度过氧化氢的囊式贮箱，其特征在于：所述端盖周向上开有m层进/出液通道A，m≥1，每层的进/出液通道A沿端盖周向均布。
3.如权利要求1所述一种适用于高浓度过氧化氢的囊式贮箱，其特征在于：所述进/出液通道B沿固定盘周向上均布。
4.如权利要求1所述一种适用于高浓度过氧化氢的囊式贮箱，其特征在于：所述进气通道沿支撑板周向上均布。
5.如权利要求1所述一种适用于高浓度过氧化氢的囊式贮箱，其特征在于：进/出液通道A与端盖侧壁连通一端向外倾斜，进/出液通道B与固定盘外壁连通一端向内倾斜；进气通道与支撑盘上表面连通一端向外倾斜。
6.如权利要求1所述一种适用于高浓度过氧化氢的囊式贮箱，其特征在于：进/出液孔沿多孔管轴向等间隔设计n层，n≥1，每层进/出液孔沿多孔管周向均布。
7.如权利要求1所述一种适用于高浓度过氧化氢的囊式贮箱，其特征在于：所述贮箱壳体由LD10制成，并经表面阳极化处理，与过氧化氢2级相容。
8.如权利要求1所述一种适用于高浓度过氧化氢的囊式贮箱，其特征在于：所述加注泄出组件采用304不锈钢制成，并在表面喷涂聚四氟乙烯，与过氧化氢1级相容。
9.如权利要求1所述一种适用于高浓度过氧化氢的囊式贮箱，其特征在于：所述薄膜液囊由聚四氟乙烯制成，与过氧化氢1级相容；薄膜液囊身部厚度0.2mm，上下两端厚度1mm。
10.如权利要求1所述一种适用于高浓度过氧化氢的囊式贮箱，其特征在于：所述加注泄出组件中端盖上段配有盖板，实现密封；贮箱壳体下端配有堵盖，实现密封。
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