CN108590888A - 低温推进系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种低温推进系统。该低温推进系统包括第一贮箱和第二贮箱，所述第一贮箱的出口设有第一隔离阀，所述第二贮箱的出口设有第二隔离阀，还包括：内燃机、姿控发动机、沉底发动机以及变轨发动机，本申请解决了低温推进系统容易出现推进剂浪费的技术问题。本申请简化了姿控发动机单独的推进剂供应系统和增压系统，减轻了推进系统的干重。此外，通过利用蒸汽冷却屏内的推进剂蒸汽作为燃料电池工质，并利用内燃机驱动发电机，缓解了推进系统工作的用电需求。

Description

低温推进系统
技术领域
本申请涉及液体火箭推进系统领域，具体而言，涉及一种低温推进系统，可以应用于上面级、卫星、飞船、星际探测器及空间站。
背景技术
低温推进剂由于其比冲高、无毒无污染、价格相对低廉等特点，成为进入空间及轨道、月球及深空探测航天器的首选推进剂。
发明人发现，低温推进剂虽然性能高，但是由于沸点低，极易蒸发，难以贮存。在飞行过程中，为了保证推进剂贮箱的安全，需要将蒸发的气态推进剂排出贮箱外，导致推进剂的浪费以及干扰飞行姿态。考虑到航天器在空间由于受到太阳辐射、地球红外辐射、行星反照等空间热环境的影响，因此缺少对于长期在轨低的温推进系统。此外，该类航天器的主推进系统、姿态控制系统、推进剂供应系统和电力系统设计为各自独立的系统，造成系统复杂、部分功能组件过渡冗余、推进剂和增压气体利用率降低。
针对相关技术中低温推进系统容易出现推进剂浪费的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种低温推进系统，以解决低温推进系统容易出现推进剂浪费的问题。
为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种低温推进系统。
根据本申请的低温推进系统包括：第一贮箱和第二贮箱，所述第一贮箱的出口设有第一隔离阀，所述第二贮箱的出口设有第二隔离阀，还包括：内燃机、姿控发动机、沉底发动机以及变轨发动机，所述第一贮箱中的燃料通过所述第一隔离阀分隔为两路，第一路供应所述内燃机；第二路中的第一部分用于作为燃料蒸汽重新进入所述第一贮箱；另一路中的第二部分用于作为所述变轨发动机的工质；以及所述第二贮箱中的氧化剂通过所述第二隔离阀分隔为两路，第三路用于作为氧化剂蒸汽重新进入所述第二贮箱；第四路的第一部分用于供应内燃机，第四路的第二部分用于作为变轨发动机的工质。
进一步地，所述第一贮箱设有推进剂管理装置、贮箱壳体、蒸汽冷却屏和多层绝热材料；所述第一贮箱从内到外依次包括：贮箱壳体、蒸汽冷却屏以及多层绝热材料；所述推进剂管理装置设置于所述所述第一贮箱内；所述贮箱壳体和蒸汽冷却屏之间由低温隔热支承连接。
进一步地，所述第一贮箱中推进剂蒸汽一部分进入所述蒸汽冷却屏，另一部分用于作为所述姿控发动机的工质。
进一步地，所述蒸汽冷却屏内的推进剂蒸汽一部分用于作为冷却所述第一贮箱内的推进剂，另一部分用于作为燃料电池的工质，所述燃料电池用于对所述姿控发动机上的电磁阀供电。
进一步地，所述第二贮箱设有推进剂管理装置、贮箱壳体、蒸汽冷却屏和多层绝热材料；所述第二贮箱从内到外依次包括：贮箱壳体、蒸汽冷却屏以及多层绝热材料；所述推进剂管理装置设置于所述所述第二贮箱内；所述贮箱壳体和蒸汽冷却屏之间由低温隔热支承连接。
进一步地，所述第二贮箱中推进剂蒸汽一部分进入所述蒸汽冷却屏，另一部分用于作为所述姿控发动机的工质。
进一步地，所述蒸汽冷却屏内的推进剂蒸汽一部分用于作为冷却所述第二贮箱内的推进剂，另一部分用于作为燃料电池的工质，所述燃料电池用于对所述姿控发动机上的电磁阀供电。
进一步地，所述第一贮箱通过用于燃料隔离的第一隔离阀与燃料泵连接，所述内燃机与所述燃料泵连接，所述燃料泵还与用于电力输出的发电机连接；所述第二贮箱通过用于氧化剂隔离的第二隔离阀与氧化剂泵连接，所述内燃机与所述氧化剂泵连接，所述氧化剂泵还与用于电力输出的发电机连接；所述内燃机用于驱动氧化剂泵、燃料泵、以及发电机；同时所述内燃机内燃烧后的废气用于作为沉底发动机的工质。
进一步地，所述第一贮箱用于作为燃料贮箱、第二贮箱用于作为氧化剂贮箱。
进一步地，所述发电机用于对所述推进系统或者所述推进系统中任一电气设备的供电。
在本申请实施例中，采用内燃机、姿控发动机、沉底发动机以及变轨发动机结合的方式，通过将低温推进剂管理、航天器姿态控制和供电系统结合起来，达到了简化了姿控发动机单独的推进剂供应系统和增压系统的目的，从而实现了可应用于上面级、卫星、飞船、星际探测器及空间站的长期在轨集成化的技术效果，进而解决了低温推进系统容易出现推进剂浪费的技术问题。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请第一实施例的低温推进系统结构示意图；
图2是根据本申请第二实施例的低温推进系统结构示意图；以及
图3是根据本申请一优选实施例的低温推进系统结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本申请中将低温推进剂管理、航天器姿态控制和供电系统结合起来，简化了姿控发动机单独的推进剂供应系统和增压系统，减轻了推进系统的干重。
如图1所示，本申请实施例中的低温推进系统包括：第一贮箱2和第二贮箱19，所述第一贮箱2的出口设有第一隔离阀8，所述第二贮箱19的出口设有第二隔离阀8，还包括：内燃机12、姿控发动机1、沉底发动机18以及变轨发动机20，所述第一贮箱2中的燃料通过所述第一隔离阀8分隔为两路，第一路供应所述内燃机12；第二路中的第一部分用于作为燃料蒸汽重新进入所述第一贮箱2；另一路中的第二部分用于作为所述变轨发动机20的工质；以及所述第二贮箱19中的氧化剂通过所述第二隔离阀14分隔为两路，第三路用于作为氧化剂蒸汽重新进入所述第二贮箱19；第四路的第一部分用于供应内燃机12，第四路的第二部分用于作为变轨发动机20的工质。优选地，所述第一贮箱2用于作为燃料贮箱、第二贮箱19用于作为氧化剂贮箱。
燃料贮箱2(第一贮箱)和氧化剂贮箱19(第二贮箱)出口分别设有燃料隔离阀8(第二隔离阀)和氧化剂隔离阀14(第二隔离阀)。燃料贮箱中的燃料依次通过燃料隔离阀和燃料泵，分为两路，一路供应内燃机，另外一路依次通过燃料控制阀、变轨发动机的再生冷却流道后一部分成为燃料蒸汽重新进入燃料贮箱，对燃料贮箱进行增压，另一部分作为变轨发动机的工质；氧化剂贮箱中的氧化剂通过氧化剂隔离阀，一路通过换热器后成为氧化剂蒸汽重新进入氧化剂贮箱，对氧化剂贮箱进行增压，另一路通过氧化剂泵又分为两路，一路供应内燃机，另外一路通过氧化剂控制阀作为变轨发动机的工质。内燃机用于驱动氧化剂泵、燃料泵以及发电机，燃烧后的废气作为沉底发动机的工质；发电机可用于推进系统或其他系统电气设备的供电。
从以上的描述中，可以看出，本申请实现了如下技术效果：
在本申请实施例中，采用内燃机12、姿控发动机1、沉底发动机18以及变轨发动机20结合的方式，通过将低温推进剂管理、航天器姿态控制和供电系统结合起来，达到了简化了姿控发动机1单独的推进剂供应系统和增压系统的目的，从而实现了可应用于上面级、卫星、飞船、星际探测器及空间站的长期在轨集成化的技术效果，进而解决了低温推进系统容易出现推进剂浪费的技术问题。
根据本申请实施例，优选地，如图2所示，该方法包括：所述第一贮箱2设有推进剂管理装置6、贮箱壳体3、蒸汽冷却屏4和多层绝热材料5；所述第一贮箱2从内到外依次包括：贮箱壳体3、蒸汽冷却屏4以及多层绝热材料5；所述推进剂管理装置6设置于所述所述第一贮箱2内；所述贮箱壳体3和蒸汽冷却屏4之间由低温隔热支承7连接。
优选地，所述第一贮箱2中推进剂蒸汽一部分进入所述蒸汽冷却屏4，另一部分用于作为所述姿控发动机1的工质。利用蒸汽冷却屏4内的推进剂蒸汽作为燃料电池工质，并利用内燃机驱动发电机，缓解了推进系统工作的用电需求。
优选地，所述蒸汽冷却屏4内的推进剂蒸汽一部分用于作为冷却所述第一贮箱2内的推进剂，另一部分用于作为燃料电池的工质，所述燃料电池用于对所述姿控发动机1上的电磁阀供电。采用了蒸汽冷却屏技术，减少了贮箱内推进剂的蒸发和排放，减少了贮箱内推进剂热分层，延长了推进系统在轨工作时间。
作为本申请实施例中的优选，所述第二贮箱19设有推进剂管理装置6、贮箱壳体3、蒸汽冷却屏4和多层绝热材料5；所述第二贮箱19从内到外依次包括：贮箱壳体3、蒸汽冷却屏4以及多层绝热材料5；所述推进剂管理装置6设置于所述所述第二贮箱19内；所述贮箱壳体3和蒸汽冷却屏4之间由低温隔热支承连接。
优选地，所述第二贮箱19中推进剂蒸汽一部分进入所述蒸汽冷却屏4，另一部分用于作为所述姿控发动机1的工质。
优选地，所述蒸汽冷却屏4内的推进剂蒸汽一部分用于作为冷却所述第二贮箱19内的推进剂，另一部分用于作为燃料电池的工质，所述燃料电池用于对所述姿控发动机上的电磁阀供电。采用了蒸汽冷却屏技术，减少了贮箱内推进剂的蒸发和排放，减少了贮箱内推进剂热分层，延长了推进系统在轨工作时间。
如图3所示，所述第一贮箱通过用于燃料隔离的第一隔离阀与燃料泵连接，所述内燃机与所述燃料泵连接，所述燃料泵还与用于电力输出的发电机连接；所述第二贮箱通过用于氧化剂隔离的第二隔离阀与氧化剂泵连接，所述内燃机与所述氧化剂泵连接，所述氧化剂泵还与用于电力输出的发电机连接；所述内燃机用于驱动氧化剂泵、燃料泵、以及发电机；同时所述内燃机内燃烧后的废气用于作为沉底发动机的工质。
优选地，所述发电机16用于对所述推进系统或者所述推进系统中任一电气设备的供电。
根据本申请实施例，如图3所示，该装置包括：姿控发动机1、燃料贮箱2、变轨发动机20、内燃机12、发电机16、燃料电池17、沉底发动机18、氧化剂泵15、燃料泵9、换热器13、燃料隔离阀8、氧化剂隔离阀14、燃料控制阀10、氧化剂控制阀11、氧化剂贮箱19。所述发电机16可用于推进系统或其他系统电气设备的供电。
其中，所述燃料贮箱2和氧化剂贮箱19出口分别设有燃料隔离阀8和氧化剂隔离阀14；所述燃料贮箱2和氧化剂贮箱19内部设有推进剂管理装置6，从内到外分别设有贮箱壳体3、蒸汽冷却屏4和多层绝热材料5；所述贮箱壳体3和蒸汽冷却屏4之间由低温隔热支承7连接。
所述燃料贮箱2和氧化剂贮箱19内的推进剂蒸汽一部分进入蒸汽冷却屏4，另一部分作为姿控发动机1的工质；所述蒸汽冷却屏4内推进剂蒸汽一部分用于燃料贮箱2和氧化剂贮箱19内推进剂的冷却，另一部分作为燃料电池17的工质；所述蒸汽冷却屏4内推进剂蒸汽作为燃料电池17的工质。采用了蒸汽冷却屏技术，减少了贮箱内推进剂的蒸发和排放，减少了贮箱内推进剂热分层，延长了推进系统在轨工作时间。
所述内燃机12用于驱动氧化剂泵15、燃料泵9以及发电机16,燃烧后的废气作为沉底发动机18的工质。所述燃料电池17可用于姿控发动机1上电磁阀的供电。利用蒸汽冷却屏内的推进剂蒸汽作为燃料电池工质，并利用内燃机驱动发电机，缓解了推进系统工作的用电需求。
所述燃料贮箱2中燃料依次通过燃料隔离阀7和燃料泵9，分为两路，一路供应内燃机12，另外一路依次通过燃料控制阀10、变轨发动机20的再生冷却流道后一部分成为燃料蒸汽重新进入燃料贮箱2，对燃料贮箱2进行增压，另一部分作为变轨发动机20的工质。
所述氧化剂贮箱19中氧化剂通过氧化剂隔离阀14，一路通过换热器13后成为氧化剂蒸汽重新进入氧化剂贮箱19，对氧化剂贮箱19进行增压，另一路通过氧化剂泵15又分为两路，一路供应内燃机12，另外一路通过氧化剂控制阀10作为变轨发动机20的工质。
本申请的实现原理如下：
燃料贮箱和氧化剂贮箱内部均设有推进剂管理装置，从内到外分别设有贮箱壳体、蒸汽冷却屏和多层绝热材料；贮箱壳体和蒸汽冷却屏之间由低温隔热支承连接。燃料贮箱和氧化剂贮箱内的推进剂蒸汽一部分进入蒸汽冷却屏，另一部分作为姿控发动机的工质。蒸汽冷却屏内的推进剂蒸汽一部分用于燃料贮箱和氧化剂贮箱内推进剂的冷却，另一部分作为燃料电池的工质。燃料电池可用于姿控发动机上电磁阀的供电。
燃料贮箱和氧化剂贮箱出口分别设有燃料隔离阀和氧化剂隔离阀。燃料贮箱中的燃料依次通过燃料隔离阀和燃料泵，分为两路，一路供应内燃机，另外一路依次通过燃料控制阀、变轨发动机的再生冷却流道后一部分成为燃料蒸汽重新进入燃料贮箱，对燃料贮箱进行增压，另一部分作为变轨发动机的工质；氧化剂贮箱中的氧化剂通过氧化剂隔离阀，一路通过换热器后成为氧化剂蒸汽重新进入氧化剂贮箱，对氧化剂贮箱进行增压，另一路通过氧化剂泵又分为两路，一路供应内燃机，另外一路通过氧化剂控制阀作为变轨发动机的工质。内燃机用于驱动氧化剂泵、燃料泵以及发电机，燃烧后的废气作为沉底发动机的工质；发电机可用于推进系统或其他系统电气设备的供电。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低温推进系统，其特征在于，包括：第一贮箱和第二贮箱，所述第一贮箱的出口设有第一隔离阀，所述第二贮箱的出口设有第二隔离阀，还包括：内燃机、姿控发动机、沉底发动机以及变轨发动机，
所述第一贮箱中的燃料通过所述第一隔离阀分隔为两路，第一路供应所述内燃机；第二路中的第一部分用于作为燃料蒸汽重新进入所述第一贮箱；另一路中的第二部分用于作为所述变轨发动机的工质；以及
所述第二贮箱中的氧化剂通过所述第二隔离阀分隔为两路，第三路用于作为氧化剂蒸汽重新进入所述第二贮箱；第四路的第一部分用于供应内燃机，第四路的第二部分用于作为变轨发动机的工质。
2.根据权利要求1所述的低温推进系统，其特征在于，所述第一贮箱设有推进剂管理装置、贮箱壳体、蒸汽冷却屏和多层绝热材料；
所述第一贮箱从内到外依次包括：贮箱壳体、蒸汽冷却屏以及多层绝热材料；所述推进剂管理装置设置于所述所述第一贮箱内；
所述贮箱壳体和蒸汽冷却屏之间由低温隔热支承连接。
3.根据权利要求2所述的低温推进系统，其特征在于，所述第一贮箱中推进剂蒸汽一部分进入所述蒸汽冷却屏，另一部分用于作为所述姿控发动机的工质。
4.根据权利要求2所述的低温推进系统，其特征在于，所述蒸汽冷却屏内的推进剂蒸汽一部分用于作为冷却所述第一贮箱内的推进剂，另一部分用于作为燃料电池的工质，所述燃料电池用于对所述姿控发动机上的电磁阀供电。
5.根据权利要求1所述的低温推进系统，其特征在于，所述第二贮箱设有推进剂管理装置、贮箱壳体、蒸汽冷却屏和多层绝热材料；
所述第二贮箱从内到外依次包括：贮箱壳体、蒸汽冷却屏以及多层绝热材料；所述推进剂管理装置设置于所述所述第二贮箱内；
所述贮箱壳体和蒸汽冷却屏之间由低温隔热支承连接。
6.根据权利要求5所述的低温推进系统，其特征在于，所述第二贮箱中推进剂蒸汽一部分进入所述蒸汽冷却屏，另一部分用于作为所述姿控发动机的工质。
7.根据权利要求5所述的低温推进系统，其特征在于，所述蒸汽冷却屏内的推进剂蒸汽一部分用于作为冷却所述第二贮箱内的推进剂，另一部分用于作为燃料电池的工质，所述燃料电池用于对所述姿控发动机上的电磁阀供电。
8.根据权利要求1所述的低温推进系统，其特征在于，所述第一贮箱通过用于燃料隔离的第一隔离阀与燃料泵连接，所述内燃机与所述燃料泵连接，所述燃料泵还与用于电力输出的发电机连接；
所述第二贮箱通过用于氧化剂隔离的第二隔离阀与氧化剂泵连接，所述内燃机与所述氧化剂泵连接，所述氧化剂泵还与用于电力输出的发电机连接；
所述内燃机用于驱动氧化剂泵、燃料泵、以及发电机；同时所述内燃机内燃烧后的废气用于作为沉底发动机的工质。
9.根据权利要求1所述的低温推进系统，其特征在于，所述第一贮箱用于作为燃料贮箱、第二贮箱用于作为氧化剂贮箱。
10.根据权利要求1所述的低温推进系统，其特征在于，所述发电机用于对所述推进系统或者所述推进系统中任一电气设备的供电。
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