CN106061844A - 低温燃料添加系统 - Google Patents

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Abstract

一种燃料添加系统(1)，所述燃料添加系统(1)具有用于连接发射器(100)和发射塔(200)的燃料供应软管(80)，其中所述燃料供应软管(80)被构造成在所述发射器(100)与所述发射塔(200)之间输送低温介质以及其中所述燃料供应软管(80)的第一端(80.1)可释放地连接到所述发射器(100)，在所述发射器(100)升空时释放出所述第一端(80.1)，从而允许所述燃料供应软管(80)与所述发射器(100)分离；其特征在于，所述燃料添加系统设有收回系统(210)，所述收回系统(210)用于当所述发射器(100)升空后自动收回所述燃料供应软管(80)。

Description

低温燃料添加系统
技术领域
本发明涉及一种低温燃料添加系统，具体来说涉及一种包括用于在发射器与发射塔之间输送低温介质的燃料软管的低温燃料添加系统。
技术背景
有效载荷发射器(也称为运载火箭)以低温推进剂作为燃料，由于所述低温推进剂在燃料槽中会蒸发，须在所述发射器升空前及直到升空时不断加满容纳该低温推进剂的燃料槽，因此所述发射器需要特制的燃料添加系统(通常是发射台的一部分)。这在因预料之外的问题而引起的计划性或非计划性的延迟可能打断复杂的发射程序(倒计时)时特别需要。燃料添加系统必须设计及构造成在发射期间和促成发射的准备阶段中合乎这类型的使用要求。
由于过早发生的非故意分离可能影响清空燃料槽的流体和已排出气体的能力，这可以是灾难性的。非故意分离还可对发射人员造成危险。早期分离的可能原因是：
-在强风下，或内部增压效应导致的大幅移动时外部低温管路摇摆；
-所述发射器在强风下相对于所述发射塔摇摆，或在传送到发射区期间，如果发生突然制动/加速，所述发射器相对于所述发射塔摇摆；
-在系索上形成冰或冰从其他部分掉到所述系索上；
-鸟；
-在发射场与燃料管路的意外接触；
-来自其他无关的外部分离系统的影响。
因此，理想的是在升空前将所述发射器与所述燃料添加系统之间的连接尽可能长时间地维持。此外，由于安全理由，在任务中止的情况下，所述燃料添加系统还必须允许快速清空所述发射器的燃料槽。然而，在升空中止后由于所述发射塔的全部支撑臂通常已经与所述发射器分离，重新连接所述燃料供应软管是复杂的并且因此耗时，这会因延迟将所述发射器的燃料槽清空而构成重大风险。
考虑到升空可能非常迟才被中止，为了应对这样的发射中止/升空中止并且确保有适时清空所述发射器的燃料槽的余地，将所述燃料添加系统与所述发射器连接(优选地经由燃料供应软管进行连接)直到发射器起飞，即发射器的分离及燃料供应软管的分离其实是由所述发射器达到一定垂直距离的有效升空所引致的。
在欧洲专利申请EP14153656.5中作为例子的一个特别有利的实施中，所述燃料添加系统的燃料供应软管通过低温连接器连接到所述发射器，所述低温连接器被构造成当所述发射器移离发射塔时会在升空时分离。系索将连接器锁环附接到所述发射塔并被所述发射器升空的动作拉开。当所述连接器被解锁时，所述燃料供应软管受重力影响而下跌并与所述发射器分离。虽然这方法确保只在有效起飞时才令所述燃料供应软管分离，所述燃料供应软管(及其连接器等等)分离后在所述发射器起飞时对所述发射器构成危险，因为正在掉落的所述燃料供应软管的准确轨道是难以预测的。
待解决的技术问题
因此，对于具有用于在发射器和发射塔之间输送低温介质的燃料供应软管的燃料添加系统的清晰要求是避免所述燃料供应管路在发射器升空时对所述发射器造成损坏。
发明内容
本发明的上述的目的由一种具有燃料供应软管的燃料添加系统来实现，该燃料供应软管用于连接发射器和发射塔并被构造成在所述发射器和所述发射塔之间输送低温介质。为了减低在预发射期间外部连接器的非故意分离的风险，所述燃料供应软管的第一端可释放地连接到所述发射器，在所述发射器升空时释放出所述第一端，从而允许所述燃料供应软管与所述发射器分离。为了避免所述燃料供应管路在所述发射器升空时对所述发射器造成损坏，提供了收回系统，所述收回系统用于所述发射器升空后自动收回所述燃料供应软管。
在本发明的一个特别的优选实施例中，提供了收回控制单元以根据所述发射器的升空距离和/或轮廓和/或发射角度；以及所述发射塔的轮廓等等来控制燃料供应软管的收回，以连续地确保所述燃料添加系统和所述发射器之间的间隙。
有利效果
本发明的最重要的优点是允许所述燃料供应软管与所述发射器保持连接直到有效升空/分离，从而允许不断加满所述低温燃料以补偿所述低温燃料的蒸发以及还允许清空燃料槽，而同时确保在所述发射器与所述发射台分离时正在分离的所述燃料供应软管不会对所述发射器构成威胁。因此，本发明的燃料添加系统大幅提升现存用于有效载荷发射器的低温燃料添加系统的功能和安全性。
附图说明
通过本说明书和参考附图，将在下文详细描述本发明的更多特征和优点，其中：
图1是本发明的所述燃料添加系统的第一实施例的示意侧视图，图中本发明的所述燃料添加系统经由燃料供应软管连接发射器和发射塔；
图2A是在升空前本发明的所述燃料添加系统的示意侧视图；
图2B是本发明的所述燃料添加系统的一个优选实施例的示意侧视图，其中所述燃料供应软管附接于所述发射器上高于其附接于所述发射塔的位置以在重力作用下自感应冲洗所述燃料供应软管；
图3A是在升空前本发明的所述燃料添加系统的侧视图，所述燃料添加系统的收回系统位于第一、静止位置中；
图3B是在升空刚开始后本发明的所述燃料添加系统的侧视图；
图3C是在升空期间由所述发射器的升空的垂直距离D引致所述燃料供应软管刚从所述发射器分离后的本发明的所述燃料添加系统的侧视图；
图3D至图3F是在升空期间所述燃料供应软管从所述发射器分离后的本发明的所述燃料添加系统的侧视图，其中所述燃料添加系统的收回系统经启动以收回所述燃料供应软管，从而确保所述燃料添加系统、所述发射器及其有效载荷之间的间隙。
注意：附图并非按比例绘画，仅为说明而提供，以及仅用作更清楚了解但不限定本发明的保护范围。不应根据该附图限定本发明的任何特征。
具体实施方式
在本专利申请中会使用某些术语，而本专利申请的构思不应受所选用的具体术语限制，反而涉及这些具体术语背后的广泛性概念。术语“发射器”将以其广义应用，包含诸如航天器/人造卫星等所有类型的液体推进的有效载荷运载火箭。在本发明的文本中，术语“发射塔”将用于指具有促进发射器燃料添加的垂直工作结构的所有类型的发射台/平台，这样的塔同样都紧接在所述发射器点火之前，必须移除所有在所述塔与所述发射器之间的除了燃料供应外的所有连接以避免对所述结构或运载火箭造成损坏。
参考示出了本发明的燃料添加系统1的侧面示意图的图1，现在解释连接发射器100和发射塔200的本发明的燃料添加系统1的基本设计。为简单起见，已在图中省略了对于限定本发明而言没有特别重要性的成分。如图1示例性所示，有效载荷PL附接到在发射塔200旁的位于发射场上的发射器100。发射器100接着经由用于在发射器100和发射塔200之间输送低温介质的燃料供应软管80与发射塔200连接。燃料供应软管80属于用于低温燃料的已知类型的供应软管，所述软管被构造成能抵受被输送的介质的极端温度并使向周围的热消散减至最小。为达到这些要求，这样的燃料供应软管80可以重达100kg。应指出的是燃料供应软管80被构造成能够不单将燃料从燃料添加系统1输送到发射器100，而且反之亦然，例如能够清除发射器100的燃料槽。
如将参照图2A至图3F所作的详述描述，燃料供应软管80的第一端可释放地连接到所述发射器100，在所述发射器升空时释放出第一端，从而允许燃料供应软管80与发射器100分离。
为了确保发射器100升空期间与燃料添加系统1(尤其是与燃料供应软管80)之间存在充分的间隙，燃料添加系统1设有收回系统210以在发射器100升空后自动收回燃料供应软管80。
图1还示例性示出所述发射器在升空时的发射角度α。对于计算在升空期间在发射器100、发射塔200和燃料添加系统1的元件之间的充分间隙而言，该角度是非常重要的。在确保充分的间隙时，还要考虑的非常重要的参数分别是发射器100的轮廓(发射器轮廓CL)和发射塔200的轮廓(塔轮廓CT)，两者都在图1中示例性示出。因此，收回控制单元215被构造成根据以下一个或多个参数来控制燃料供应软管80的收回：
-发射器100的升空距离d；和/或
-发射器100的发射器轮廓CL；和/或
-发射器100的发射角度(α)；和/或
-发射塔200的塔轮廓CT，
以连续地确保燃料添加系统1与发射器100之间的间隙。
图2A和图2B示出了燃料添加系统1的优选实施例，其中燃料供应软管80的第一端80.1通过低温连接器10可释放地连接到发射器100，所述低温连接器10被构造成可在发射器100升空时被释放出来。详细而言，燃料供应软管80通过系索70可从发射器100被释放出来，系索70的第一端70.1连接到低温连接器10，而系索70的相对的第二端70.2连接到发射塔200，系索70在发射器100升空时作用于低温连接器10的释放装置。在系索70的作用下可释放的该低温连接器10的细节可从欧洲专利申请号EP14153656.5中得知。
此外，附图示出的收回系统210的优选实施例包括设有塔侧软管接口213的软管轮212，所述塔侧软管接口213用于接收燃料供应软管80的第二端80.2，软管轮212被构造成在发射器100升空时将燃料供应软管80卷起。
图2B示出了燃料添加系统1的特别的优选设置的侧面示意图，其中燃料供应软管80附接于发射器100上高于所述塔侧软管接口213的位置，并与所述塔侧软管接口213在垂直方向上相距一定的距离h和/或向软管轮212上施加预加负荷扭矩，以便确保燃料供应软管80向下定向，以在重力作用下自感应冲洗燃料供应软管80。通过这样的方法可确保在升空时没有燃料残留在燃料供应软管80内，因此，在不需要任何额外冲洗装置的情况下完成不可或缺的安全措施。
图3A至图3F顺序示出了在发射器100升空前、升空开始时及升空期间的本发明的燃料添加系统1。
图3A示出在升空前的燃料添加系统1的侧视图，燃料添加系统1的收回系统210在第一、静止位置。
图3B是在发射器100升空刚开始后的燃料添加系统1的侧视图，发射器100已从其在图3A中的预升空位置移动了垂直距离d，这距离d小于升空的垂直阈值距离D，燃料供应软管80在升空的垂直阈值距离D与发射器100分离。
分离一刻描绘在图3C中，图3C示出了本发明的燃料添加系统1的侧视图，其中因发射器100的升空的垂直距离d大于升空的垂直阈值距离D而引致燃料供应软管80刚从发射器100分离。如图3C中可见，在燃料供应软管80与发射器100分离后收回系统210立即启动以避免发射器100与燃料供应软管80之间的碰撞。
在本发明的优选实施例中，使用系索70的可释放低温连接器10以将燃料供应软管80连接到发射器100，当发射器100到达预定升空距离D后释放出低温连接器10，导致系索70上的张力会急降，从而触发收回系统210将燃料供应软管80收回。
图3D至图3F顺序描绘了燃料添加系统1的侧视图，图中的燃料添加系统1是在发射器100(具有有效载荷PL)升空期间燃料供应软管80从发射器100分离后，收回系统210启动以收回燃料供应软管80以确保燃料添加系统1、发射器100及其有效载荷PL之间的间隙。
在另一个实施例中，燃料添加系统1还包括软管保持系统，所述软管保持系统用于在发射器100起飞后保持燃料供应软管80，以将燃料供应软管80稳固地保持在其收回位置。
将理解的是基于上文所描述的具体结构，在没有偏离以下权利要求所限定的发明保护范围的情况下可采用许多变型。例如在发射器100与发射塔200之间可设有多过一条软管，诸如一条额外软管以将从所述发射器燃料槽排出的气体输送回地面。
附图标记列表
燃料添加系统 1
低温联结 10
系索 70
(系索的)第一端 70.1
(系索的)第二端 70.2
燃料供应软管 80
发射器 100
有效载荷整流罩 102
发射塔 200
燃料添加系统 201
收回系统 210
软管轮 212
塔侧软管接口 213
收回控制单元 215
软管保持系统 220
发射器角度 α
升空距离 d
升空的垂直阈值距离 D
发射器轮廓 CL
塔轮廓 CT
有效载荷 PL

Claims (9)

1.一种燃料添加系统(1)，所述燃料添加系统(1)具有用于连接发射器(100)和发射塔(200)的燃料供应软管(80)，
其中：
-所述燃料供应软管(80)被构造成在所述发射器(100)与所述发射塔(200)之间输送低温介质；
-所述燃料供应软管(80)的第一端(80.1)可释放地连接到所述发射器(100)，在所述发射器(100)升空时释放出所述第一端(80.1)，从而允许所述燃料供应软管(80)与所述发射器(100)分离；
其特征在于，所述燃料添加系统设有收回系统(210)，所述收回系统(210)用于所述发射器(100)升空后自动收回所述燃料供应软管(80)。
2.根据权利要求1所述的燃料添加系统(1)，其特征在于，所述收回系统(210)包括收回控制单元(215)，所述收回控制单元被构造成根据以下一个或多个参数来控制所述燃料供应软管(80)的收回：
-所述发射器(100)的升空距离(d)；和/或
-所述发射器(100)的发射器轮廓(CL)；和/或
-所述发射器(100)的发射角度(α)；和/或
-所述发射塔(200)的塔轮廓(CT)，
以连续地确保所述燃料添加系统(1)与所述发射器(100)之间的间隙。
3.根据权利要求1或2所述的燃料添加系统(1)，其特征在于，所述收回系统(210)包括具有塔侧软管接口(213)的软管轮(212)，所述塔侧软管接口(213)用于接收所述燃料供应软管(80)的第二端(80.2)，所述软管轮(212)被构造成在所述发射器(100)升空时将所述燃料供应软管(80)卷起。
4.根据权利要求3所述的燃料添加系统(1)，其特征在于，向所述软管轮(212)施加预加负荷扭矩，以将预定的张力施加到所述燃料供应软管(80)。
5.根据权利要求4所述的燃料添加系统(1)，其特征在于，所述燃料供应软管(80)附接于所述发射器(100)上高于所述塔侧软管接口(213)的位置，并与所述塔侧软管接口(213)在垂直方向上相距一定的距离(h)，和/或向所述软管轮(212)施加的所述预加负荷扭矩被设置成确保所述燃料供应软管(80)向下定向，在重力作用下自感应冲洗所述燃料供应软管(80)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的燃料添加系统(1)，其特征在于，所述燃料供应软管(80)通过低温连接器(10)可释放地连接到所述发射器(100)，所述低温连接器(10)被构造成可在所述发射器(100)升空时被释放出来。
7.根据权利要求6所述的燃料添加系统(1)，其特征在于，所述燃料供应软管(80)通过系索(70)从所述发射器(100)被释放出来，所述系索(70)的第一端(70.1)连接到所述低温连接器(10)，所述系索(70)的相对的第二端(70.2)连接到所述发射塔(200)，所述系索(70)在所述发射器(100)升空后作用于所述低温连接器(10)的释放装置。
8.根据权利要求7所述的燃料添加系统(1)，其特征在于，当所述发射器(100)到达升空的垂直阈值距离(D)后释放出所述低温连接器(10)，导致所述系索(70)上的张力会急降，从而触发所述收回系统(210)将所述燃料供应软管(80)收回。
9.根据前述权利要求中任一项所述的燃料添加系统(1)，其特征在于，所述燃料添加系统(1)设有软管保持系统，所述软管保持系统用于在所述发射器(100)起飞后保持所述燃料供应软管(80)，以将所述燃料供应软管(80)稳固地保持在其收回位置。
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