CN106564624A - 轻质高性能推进剂管理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轻质高性能推进剂管理装置，其包括液口收集器、通道收集器、角收集器、定位柱、气窗、中隔、中收集器、缓冲连接筒、侧网、外筒、内筒、底网、压板，通道收集器的一端与角收集器相连接，另一端与液口收集器相连，中收集器位于中隔下方，中收集器与缓冲连接筒紧密相连，中收集器的上方为中隔、气窗、定位柱，中隔之上的气窗与定位柱相互连接，侧网、外筒、内筒、底网、压板都位于液口收集器、通道收集器、角收集器、缓冲连接筒与定位柱、气窗、中隔中间的中收集器中，外筒与内筒都在压板上互相重叠，底网与侧网分别覆盖于压板与外筒表面。本发明能够提供一种适用超大流量需求、严酷力学环境需求、适配壳体承压变形、可靠性高的轻质PMD结构。
Description
技术领域
本发明涉及一种推进剂管理装置，特别是涉及一种轻质高性能推进剂管理装置。
背景技术
景技术
推进剂贮箱是航天器的重要部件之一，它的作用是贮存和管理推进剂，并在规定的流量和加速度条件下，向下游提供不夹气的推进剂，该功能是实现，是依赖其核以部件推进剂管理装置(PMD)。表面张力贮箱是目前世界上应用最为广泛的推进剂贮箱，根据其发展历程，可分为网式贮箱与板式贮箱两种。我国现有的工程在用的表面张力贮箱都是网式的，它利用表面张力网组成的收集器来蓄留液体、防止气泡进入贮箱下游。
国外的航天器中，表面张力贮箱也大量应用，包括网式贮箱与板式贮箱。目前欧美国家的卫星平台主要使用表面张力贮箱来贮存和管理推进剂，像美国经典的HS601平台、欧洲的欧洲之星等，均采用了表面张力贮箱。
随着我国对探月工程、火星探测等深空探测项目要求的细化，对航天器的推进系统提出了更高的要求，对推进剂贮箱也同步提出了更高的要求。其中，探月工程三期提出了“绕、落、回”的探测目标，探测器共有4个子器构成，分别执行“绕月”、“落月”、“月球发射”及“返回地球”的任务，其中，执行“绕月”任务的轨道器会参与运载发射、地月转移、近月制动、环月飞行、交会对接、月地转移等任务阶段，这对轨道器用推进剂贮箱提出了更高的要求，比如：1)更加严苛的力学环境适应性，轨道器用于连接另外3个子器与运载端，承受载荷大，结构复杂，贮箱推进剂装填量大，贮箱需要承受较大的力学环境；2)更大的流量需求，通常卫星平台的变轨主要依靠490N发动机或更小推力的推力室组合，而探月三期轨道器采用3000N轨控发动机，其流量是传统490N发动机的6倍，这对贮箱的性能提出了更高的要求；3)更加苛刻的重量需求，在满足可靠性的前提下，贮箱容重比要求达到21.3L/kg。因此，必须在国内外表面张力PMD的技术基础上，根据任务剖面要求，研制一种适用于大型表面张力贮箱的轻质高性能推进剂管理装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种轻质高性能推进剂管理装置，其能够提供一种适用超大流量需求、严酷力学环境需求、适配壳体承压变形、可靠性高的轻质PMD结构，增强大型探测器或卫星平台的推进能力，以适用于更加复杂的高轨卫星或深空探测器等。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种轻质高性能推进剂管理装置，其特征在于，其包括液口收集器、通道收集器、角收集器、定位柱、气窗、中隔、中收集器、缓冲连接筒，中收集器由侧网、外筒、内筒、底网、压板组成，通道收集器的一端与角收集器相连接，通道收集器的另一端与液口收集器相连，中收集器的顶端中隔焊接，缓冲连接筒位于中收集器与液口收集器之间，气窗焊接在中隔的表面上，中隔与角收集器之间通过定位柱连接，内筒位于外筒内，底网、压板都位于内筒的底部，侧网位于外筒和内筒之间。
优选地，所述中隔内部的结构为柔软结构。
优选地，所述外筒与内筒都为锥形圆柱筒。
优选地，所述中收集器的形状为杯状。
优选地，所述通道收集器设置有整面式复合通道。
本发明的积极进步效果在于：本发明能够提供一种适用超大流量需求、严酷力学环境需求、适配壳体承压变形、可靠性高的轻质PMD结构，增强大型探测器或卫星平台的推进能力，以适用于更加复杂的高轨卫星或深空探测器等。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为本发明刚柔连接的示意图。
图3为本发明中收集器结构示意图。
图4为本发明中隔结构示意图。
图5为本发明缓冲连接筒结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
如图1至图5所示，本发明轻质高性能推进剂管理装置包括液口收集器1、通道收集器2、角收集器3、定位柱4、气窗5、中隔6、中收集器7、缓冲连接筒8，中收集器7由侧网11、外筒12、内筒13、底网14、压板15组成，通道收集器2的一端与角收集器3相连接，通道收集器的另一端与液口收集器1相连，中收集器7的顶端中隔6焊接，缓冲连接筒8位于中收集器7与液口收集器1之间，气窗5焊接在中隔6的表面上，中隔6与角收集器3之间通过定位柱4连接，内筒13位于外筒12内，底网14、压板15都位于内筒13的底部，侧网11位于外筒12和内筒13之间。
冲连接筒为圆弧截面或S形截面或其组合截面，其长度取决于中收集器的长度，但长径比不得小于0.35，其侧面均匀布置一系列的流通孔。
外筒与内筒都为锥形圆柱筒，锥度为0.5°～5°,压板装配数量为1～2件，压板与内筒焊接，外筒与内筒分别在上端面与下端面处焊接。
角收集器为圆柱形加哨口设计，表面张力网设置在圆柱形的侧面，表面张力网的面积占圆柱形侧面面积的70％～90％，侧面均布若干小孔，液体有效流通面积占表面张力网面积的40％～70％。
本发明的工作原理如下：缓冲连接筒与中隔中部S波纹段起到柔性连接功能，在承受振动环境或冲击环境时，由外部传给中隔的力会通过S波纹进行释放，应力水平低，保证了大面积薄壁中隔结构的可靠性。
中收集器由中隔中部S波纹段与缓冲连接筒共同连接，保证了在受到力学环境时该处的响应大幅降低，在柔性连接与周围水介质的作用下接完全被阻尼掉。
中隔中部S波纹段与缓冲连接筒均为柔性连接，可以避免过约束，在装配过程中能够起到释放预应力的作用，工艺性较好。
多支管收集器组合附着于壳体内表面，通过底部与顶部与壳体刚性连接，其与壳体的受压变形具有较好的一致性，同时中隔中部S波纹段起到了变形力释放作用，避免中隔在承压变形时被拉坏的情况，保证了地面压力试验过程中的大面积薄壁结构中隔的可靠性，保证了中隔减重的有效性。
中隔内部的结构为柔软结构，这样改善了中隔的受力性能，方便增加中收集器的收集面积。
轻质高性能推进剂管理装置内部放置缓冲连接筒，避免了工艺制造过程中的过约束情况。
中收集器的形状为杯状，可以提供相当于传统平面收集器约三倍的流通面积，能适应超大流量需求。中收集器的侧面与底面均可以收集液体，管理舱内角收集器设置为圆柱状，整个侧面有75％的面积均设置表面张力网，通道收集器设置为整面式复合通道。
通道收集器设置有整面式复合通道，可以降低流阻，能够适应超大流量需求，同时提高了PMD的蓄留能力。整面式复合通道外壁面均设置表面张力网，并通过压板固定。
综上所述，本发明能够提供一种适用超大流量需求、严酷力学环境需求、适配壳体承压变形、可靠性高的轻质PMD结构。本发明置于表面张力贮箱内部，用于收集贮箱内的液体推进剂，阻止增压气体进入贮箱下游。
本发明与传统技术相比，有以下特点：(1)传统的隔舱式PMD结构中隔为刚性体，不设置缓冲连接筒，在承受力学环境时，中隔通过较高的强度与刚度抵抗变形，一方面，承受力学环境的能力有限，中收集器的结构重量会直接影响其抗振性能，另一方面，需要通过较多的结构重量(中隔面积大)来提高其力学环境适应性；本发明中，将中隔中部设置为柔性结构，设置具有缓冲作用的缓冲连接筒，一是改善了中隔(尤其是满载状态)的受力性能，其受力具有自释放性，二是方便增加中收集器的收集面积，其容积与重量的增大不会削弱PMD的抗振性能，三是缓冲连接筒为柔性连接，避免了工艺制造过程中的过约束情况，四是中隔中部的柔性结构保证了大型薄壁贮箱在壳体承压变形时中隔不会对壳体造成过大的拉力。(2)传统的隔舱式PMD结构中收集器为平面收集器，其表面张力网的有效面积有限，在大流量工况时，会造成过大的流阻损失，如果设置多个平面收集器，则会大幅降低中隔的抗振性能，而设置为杯状收集器则容易保证其较大的过流面积，同样的流量时液体流速小，且从三个方向更加均匀的进入管理舱内，利于液面的稳定。
如图2所示，刚柔结合实现较强的力学环境适应性，其特征在于：PMD结构安装在壳体A1内，管理舱内主要的收集器组成了多支管收集器组合A2，其附着于壳体内表面，缓冲连接筒A3连接多支管收集器组合与中收集器A4，中收集器与多支管收集器组合通过中隔中部S波纹段A5连接。
以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种轻质高性能推进剂管理装置，其特征在于，其包括液口收集器、通道收集器、角收集器、定位柱、气窗、中隔、中收集器、缓冲连接筒，中收集器由侧网、外筒、内筒、底网、压板组成，通道收集器的一端与角收集器相连接，通道收集器的另一端与液口收集器相连，中收集器的顶端中隔焊接，缓冲连接筒位于中收集器与液口收集器之间，气窗焊接在中隔的表面上，中隔与角收集器之间通过定位柱连接，内筒位于外筒内，底网、压板都位于内筒的底部，侧网位于外筒和内筒之间。
2.如权利要求1所述的轻质高性能推进剂管理装置，其特征在于，所述中隔内部的结构为柔软结构。
3.如权利要求1所述的轻质高性能推进剂管理装置，其特征在于，所述外筒与内筒都为锥形圆柱筒。
4.如权利要求1所述的轻质高性能推进剂管理装置，其特征在于，所述中收集器的形状为杯状。
5.如权利要求1所述的轻质高性能推进剂管理装置，其特征在于，所述通道收集器设置有整面式复合通道。
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