CN106134368B - 一种提升空间飞行器推进剂携带量的方法 - Google Patents

一种提升空间飞行器推进剂携带量的方法

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CN106134368B CN201110011732.7A CN201110011732A CN106134368B CN 106134368 B CN106134368 B CN 106134368B CN 201110011732 A CN201110011732 A CN 201110011732A CN 106134368 B CN106134368 B CN 106134368B
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连仁志
黄含冰
陈�全
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Abstract

本发明涉及一种提升空间飞行器推进剂携带量的方法，本方法在贮箱气腔上游设置气瓶，在气瓶和贮箱间设置隔离装置，并通过管路将气瓶、隔离装置和贮箱的气路进口密封连接，在提升过程中，通过对总体输入的推进剂体积、贮箱容积计算，选择专用气瓶，可以使贮箱推进剂携带量占贮箱容积的比例由常规的不超过75％提升至不超过95％，本发明使空间飞行器落压式推进系统的设计更加灵活，拓展了在应对具有不同推进剂携带量需求的任务时，推进系统的适用性。

Description

一种提升空间飞行器推进剂携带量的方法
技术领域
本发明涉及空间飞行器推进系统技术领域，尤其适用于采用表面张力贮箱的落压式推进系统。
背景技术
通常在空间飞行器落压式推进系统设计时，贮箱容积与推进剂携带量及系统落压比密切相关：在推进剂携带量一定的情况下，系统落压比越大，则贮箱容积越小，但对发动机的设计提出了更高的要求，综合考虑各种因素，系统落压比通常选3～4(即贮箱所携带的推进剂量为贮箱容积的66％～75％)较为合适。因此当落压式推进系统的贮箱设计容积一定时，其所能适应的空间飞行器任务需求为推进剂携带量通常不超过贮箱容积的75％。
型号任务研制的原则是在满足任务需求的情况下尽可能降低研制成本、缩短研制周期、减少研制风险。从空间飞行器总体设计角度考虑通常选择在既有的设计平台基础上进行改进设计，因此基于既有设计平台设计出的空间飞行器的空间结构往往改进余地有限，对可安装的贮箱最大容积有限制；同时，从推进系统的设计角度考虑也希望尽可能选用现有的经过考核的贮箱型号，但可选的贮箱品种相对有限，贮箱容积对同一设计平台不同需求的型号任务的适应性不够。近年来随着航天技术飞速发展，空间飞行器任务需求的携带推进剂量日益增多。在当前的型号任务研制过程中，已经出现了矛盾：空间飞行器的空间结构不足以安装推进系统贮箱(贮箱体积按照常规设计方法计算得出)；同时现有的推进系统贮箱品种也不能满足空间飞行器总体设计的要求(主要是贮箱容积相比任务需求偏小)。因此，为解决型号任务研制时出现的上述双重矛盾，需要重新研制全新的空间飞行器平台结构和新品种推进系统贮箱；需要投入更高的研制成本，花费更长的研制周期和承担更多的研制风险。
本发明可以在贮箱容积不变的前提下将推进系统的任务适应能力由原来的携带推进剂量不超过贮箱容积的75％提高至不超过95％，最大携肼量提高了20％，在很大程度上缓解了前文所述的双重矛盾：推进系统可以选用现有贮箱品种满足更多的携肼量需求，拓展了应对具有不同推进剂携带量需求的任务时推进系统的适用性；同时使基于既有设计平台设计的空间飞行器对可安装的贮箱最大容积限制可提升20％，提高了总体设计改进的余地。应用本发明既能满足型号任务需求，又能选用成熟产品和成熟设计平台，大幅降低了飞行器的研制成本，缩短了研制周期，有效的降低了研制风险；具有很好的经济效益。
发明内容
本发明所要解决的问题是在贮箱容积不变的前提下将推进系统的推进剂携带量由不超过贮箱容积的75％提高至不超过贮箱容积的95％。本发明提出一种提升空间飞行器推进剂携带量的方法。
本发明包括贮箱、气瓶、隔离装置和连接管路，其实现过程如下：
a)根据总体的要求计算推进剂体积；
通过对总体输入的计算，得到需要加注的推进剂量，按照公式(1)计算推进剂体积
V推＝m/ρ (1)
其中：m为推进剂质量，kg；ρ为推进剂密度，kg/m3；V推为需要加注的推进剂体积，m3；
b)根据需要的推进剂体积和现有贮箱容积，选择合适的贮箱；
根据公式(2)，计算需要的最小贮箱容积，与现有贮箱比较选择合适的贮箱
V贮min＝V推/0.95 (2)
其中：V贮min为所需的最小贮箱容积，m3；
c)根据贮箱容积和需要加注的推进剂体积计算气瓶的容积；
所需要的总的气体容积按照公式(3)、(4)计算：
V气总＝V推×B/(B-1) (3)
V气＝V气总-(V贮-V推) (4)
其中：V气总为所需的气体总体积，m3；B为系统选择的落压比；V气为气瓶容积，m3；V贮为贮箱容积，m3；
d)根据气瓶计算容积，选择或者设计专用气瓶；
e)根据设计压力和系统的流量选择连接导管，并用管路将气瓶与贮箱通过隔离装置密封连接。
本发明的主要优点在于可以拓展应对具有不同推进剂携带量需求的任务时，推进系统的适用性；节省因推进剂携带量不同而重新研制贮箱所带来的论证、设计、生产和试验等各方面的时间成本和经济成本；减少由于贮箱变化带来的飞行器结构设计变化所带来的设计、生产、试验等时间成本和经济成本；有效的提升推进系统和空间飞行器的研制经济性。
附图说明
图1是系统原理示意图
具体实施方式
具体实施步骤如下：
1)根据总体的要求计算推进剂体积
通过对总体输入的计算，可以得到需要加注的推进剂量，按照公式(1)计算推进剂体积
V推＝m/ρ (1)
其中m为推进剂质量，kg；
ρ为推进剂密度，kg/m3；
V推为需要加注的推进剂体积，m3
2)根据需要的推进剂体积和现有贮箱容积，选择合适的贮箱
根据公式(2)，计算需要的最小贮箱容积，与现有贮箱比较选择合适的贮箱。
V贮min＝V推/0.95 (2)
其中V贮min为所需的最小贮箱容积，m3
3)根据贮箱容积和需要加注的推进剂体积计算气瓶的容积
根据落压式推进系统选择的落压比，按照如下公式气瓶容积：
所需要的总的气体容积按照公式(3)、(4)计算：
V气总＝V推×B/(B-1) (3)
V气＝V气总-(V贮-V推) (4)
其中V气总为所需的气体总体积，m3；
B为系统选择的落压比；
V气为气瓶容积，m3
V贮为贮箱容积，m3
4)根据气瓶容积计算结果和系统最大工作压强选择或者设计专用气瓶
5)根据系统最大工作压强和任务需求的系统最大工作流量选择相应规格的连接导管，并用导管将气瓶、隔离装置和贮箱气腔密封连接，隔离装置可以是单向阀、自锁阀、电磁阀、表面张力管理装置等，但不限于上述种类。
所述的推进系统的环境温度发生变化时，可以在气瓶或贮箱上布置温度传感器，以确保系统工作在合适的温度范围内。

Claims (4)

1.一种提升空间飞行器推进剂携带量的方法，其特征在于：在贮箱气腔上游设置气瓶，在气瓶和贮箱间设置隔离装置，并通过管路将气瓶、隔离装置和贮箱的气路进口密封连接，其实现方法如下：
1)根据总体的要求计算推进剂体积
通过对总体输入的计算，得到需要加注的推进剂量，按照公式(1)计算推进剂体积
V推＝m/ρ (1)
其中：m为推进剂质量，kg；
ρ为推进剂密度，kg/m3；
V推为需要加注的推进剂体积，m3；
2)根据需要的推进剂体积和现有贮箱容积，选择合适的贮箱
根据公式(2)，计算需要的最小贮箱容积，与现有贮箱比较选择合适的贮箱
V贮min＝V推/0.95 (2)
其中：V贮min为所需的最小贮箱容积，m3；
3)根据贮箱容积和需要加注的推进剂体积计算气瓶的容积
所需要的总的气体容积按照公式(3)、(4)计算：
V气总＝V推×B/(B-1) (3)
V气＝V气总-(V贮-V推) (4)
其中：V气总为所需的气体总体积，m3；
B为系统选择的落压比；
V气为气瓶容积，m3；
V贮为贮箱容积，m3；
4)根据气瓶计算容积，选择或者设计专用气瓶
5)根据设计压力和系统的流量选择连接导管，并用管路将气瓶与贮箱通过隔离装置密封连接。
2.如权利要求1所述的一种提升空间飞行器推进剂携带量的方法，其特征在于：所述的隔离装置是单向阀、自锁阀、电磁阀或表面张力管理装置。
3.如权利要求1所述的一种提升空间飞行器推进剂携带量的方法，其特征在于：所述的管路一端与气瓶出口密封连接，另一端与隔离装置进口密封连接；隔离装置出口通过管路与贮箱的气路进口密封连接。
4.如权利要求1所述的一种提升空间飞行器推进剂携带量的方法，其特征在于：推进系统的环境温度发生变化时，在气瓶或贮箱上布置温度传感器。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107871057A (zh) * 2017-11-17 2018-04-03 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 一种两级入轨可重复使用飞行器规模估算方法
CN109635378A (zh) * 2018-11-27 2019-04-16 上海空间推进研究所 集成式模块化系统

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