CN109339981A - 一种运载火箭煤油箱冷氦的增压系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种运载火箭煤油箱冷氦的增压系统，包括设置于液氧箱中并用于存储氦气的低温气瓶、设置于煤油箱内的增压管、表面设有出气孔的鼓泡器，低温气瓶浸没于液氧箱中的液氧内，增压管的输出端位于煤油箱的煤油内，增压管的输入端通过管道与液氧箱内的低温气瓶连通，鼓泡器浸没于煤油箱的煤油内，并且鼓泡器的输入口与增压管的输出口连通。本发明的运载火箭煤油箱冷氦的增压系统解决了冷氦气体直接增压时温度过低，煤油可能结冰的问题，增压时，低温氦气通过鼓泡方式流经常温煤油并被加温至常温状态，从而提高了低温氦气增压效率，节省了氦气使用量，减少了气瓶数量，降低了火箭发射成本，提高了火箭发射可靠性。

Description

一种运载火箭煤油箱冷氦的增压系统

技术领域

本发明涉及一种煤油箱的增压装置，尤其涉及一种运载火箭煤油箱冷氦的增压系统。

背景技术

新一代某型运载火箭煤油箱拟采用冷氦直接增压方法，即90K低温氦气从低温气瓶中直接进入煤油箱增压，由于煤油结晶温度为203K，90K的低温氦气与煤油接触后，煤油可能结冰，煤油结冰沉底后会堵塞与煤油箱连接的发动机滤网，导致发动机不能正常工作，因此需要一种增压机构能够对90K低温氦气加温至常温状态后输入煤油箱内的气枕空间，从而避免煤油结冰，同时提高增压效率，减少氦气的用量。

但现有液氧煤油发动机仅有一台气体加温器，氧箱采用自生增压方案后，该加温器仅用于液氧箱自生增压系统使用，而发动机新增加温器对其性能有一定影响，且需要投入大量研制经费，因此需要设计一种新的具有更加经济加温方式的增压机构。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能够将低温氦气加温至常温且氦气用量少、增压效率高的运载火箭煤油箱冷氦的增压系统。

本发明的运载火箭煤油箱冷氦的增压系统，包括设置于液氧箱中并用于存储氦气的低温气瓶、设置于煤油箱内的增压管、表面设有出气孔的鼓泡器，所述低温气瓶浸没于液氧箱中的液氧内，所述增压管的输出端位于煤油箱的煤油内，增压管的输入端通过管道与液氧箱内的低温气瓶连通，所述鼓泡器浸没于煤油箱的煤油内，并且鼓泡器的输入口与所述增压管的输出口连通。

具体使用时，冷氦气体贮存在低温气瓶中，增压时，低温氦气经管道输入至增压管并从鼓泡器的出气孔输出后进入煤油箱中，鼓泡器的出气孔处便形成大量气泡，出气孔处形成的氦气气泡与煤油直接接触并在换热升温后进入气枕空间内，从而对煤油箱进行增压，进而保证发动机工作过程中燃料入口的压力能够满足要求。

其中，鼓泡器可以设计成直管、环形管或圆盘，管壁或圆盘上开设的出气孔作为氦气的气流通道。90K低温氦气经鼓泡器的出气孔生成大量气泡，大量气泡以密集鼓泡的方式进入煤油中，气泡在浮力作用下向上运动至气枕中进行增压，同时，气泡从常温煤油中吸热而升温。在此过程中，气泡对液体有充分的搅动作用，液体充分混合，从而使得常温煤油与低温氦气换热后，煤油温度更加均匀，不会出现局部降温的情况。

进一步的，本发明的运载火箭煤油箱冷氦的增压系统，所述增压管的管壁外侧设置有绝热包覆层。

绝热包覆层的设置，隔绝了增压管与煤油的直接接触，使得增压管管壁周围的煤油不会因为温度过低而产生结冰。

进一步的，本发明的运载火箭煤油箱冷氦的增压系统，连接低温气瓶与增压管的管道上还设置有过滤器。

过滤器的设置实现了对氦气的过滤，防止其中的杂质对煤油产生污染。

进一步的，本发明的运载火箭煤油箱冷氦的增压系统，连接低温气瓶与增压管的管道上还设置有位于所述过滤器下游的电磁阀。

电磁阀的设置，实现了控制器对增压的自动控制。

进一步的，本发明的运载火箭煤油箱冷氦的增压系统，连接低温气瓶与增压管的管道上还设置有位于所述电磁阀下游的节流圈。

节流圈的设置，实现了对氦气的流量控制。

进一步的，本发明的运载火箭煤油箱冷氦的增压系统，连接低温气瓶与增压管的管道上还设置有位于所述节流圈下游的单向阀。

单向阀的设置，保证了高压气体的通过，并阻止箱内推进剂发生倒流。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：本发明的运载火箭煤油箱冷氦的增压系统，通过增压管、鼓泡器等部件的设置，实现了常温氦气对煤油箱的高效增压，防止了煤油结冰现象的产生。具体，其包含如下几点优点：

第一.气瓶安装在液氧箱内部，节省了气瓶安装空间，省去了气瓶安装结构舱段，减轻了箭体结构重量，提高了运载能力；

第二.采用煤油对低温气泡加温的方式对氦气进行加温，省去了专用氦气加温装置，提高了换热效率，降低了火箭研发成本；

第三.冷氦由低温加温至常温状态并增压，优化了系统设计，提高了增压效率，节约了氦气用量和气瓶数量，提高了火箭系统可靠性、安全性和经济性。

综上所述，本发明的运载火箭煤油箱冷氦的增压系统能够将低温氦气加温至常温且氦气用量少、增压效率高。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明运载火箭煤油箱冷氦的增压系统的结构示意图；

图中：1.低温气瓶；2.过滤器；3.电磁阀；4.节流圈；5.单向阀；6.增压管；7.绝热包覆层；8.鼓泡器；9.发动机；10.气泡；11.煤油箱；12.煤油；13.液氧箱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

请参见图1，图1为本发明实施例的一种运载火箭煤油箱冷氦的增压系统，其包括低温气瓶1、过滤器2、电磁阀3、节流圈4、单向阀5、增压管6、绝热包覆层7、鼓泡器8、煤油箱11和液氧箱13，其中低温气瓶1安装在液氧箱13中，过滤器2、电磁阀3、节流圈4、单向阀5通过低温金属台阶密封接口形式连接，安装在火箭舱壁上；增压管6与鼓泡器8通过低温金属台阶密封形式连接，增压管6外包覆绝热包覆层7，鼓泡器8安装在煤油箱11内部靠近底部处，鼓泡器8通过支架与煤油箱11内壁连接固定。

本发明运载火箭煤油箱冷氦的增压系统通过下述方式实现其功能：

(1)低温气瓶布局方式

低温气瓶1安装在液氧箱13内部，在地面将常温氦气或低温氦气缓慢充入低温气瓶1中，并充至高压状态，气瓶内氦气与液氧换热后温度逐渐与液氧一致，从而达到平衡状态。

(2)鼓泡增压方式

低温冷氦气体经增压管6和鼓泡器8上多个小孔，并通过密集鼓泡的方式进入煤油箱11内部，煤油被密集的气泡流充分搅动混合，大量气泡10在浮力作用下上浮，上浮过程中与常温煤油12直接接触并高效换热，使得气泡被加温至常温状态。

本发明具有如下有益效果：

第一.低温气瓶安装在液氧箱内部，节省了气瓶安装空间，省去了气瓶安装结构舱段，减轻了箭体结构重量，提高了运载能力；

第二.采用低温氦气与常温煤油直接接触换热方式，提高了换热效率，省去了发动机9新增低温氦气加温装置的研发成本，降低了火箭研发成本；

第三.冷氦由低温加温至常温状态增压，优化了系统设计，提高了增压效率，节约了氦气用量和气瓶数量，提高了火箭经济性、可靠性和安全性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，本领域技术人员能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的保护范围由所附权利要求而不是上述说明限定。

此外，以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。同时，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种运载火箭煤油箱冷氦的增压系统，其特征在于：包括设置于液氧箱中并用于存储氦气的低温气瓶、设置于煤油箱内的增压管、表面设有出气孔的鼓泡器，所述低温气瓶浸没于液氧箱中的液氧内，所述增压管的输出端位于煤油箱的煤油内，增压管的输入端通过管道与液氧箱内的低温气瓶连通，所述鼓泡器浸没于煤油箱的煤油内，并且鼓泡器的输入口与所述增压管的输出口连通。

2.根据权利要求1所述的运载火箭煤油箱冷氦的增压系统，其特征在于：所述增压管的管壁外侧设置有绝热包覆层。

3.根据权利要求1所述的运载火箭煤油箱冷氦的增压系统，其特征在于：连接低温气瓶与增压管的管道上还设置有过滤器。

4.根据权利要求3所述的运载火箭煤油箱冷氦的增压系统，其特征在于：连接低温气瓶与增压管的管道上还设置有位于所述过滤器下游的电磁阀。

5.根据权利要求4所述的运载火箭煤油箱冷氦的增压系统，其特征在于：连接低温气瓶与增压管的管道上还设置有位于所述电磁阀下游的节流圈。

6.根据权利要求5所述的运载火箭煤油箱冷氦的增压系统，其特征在于：连接低温气瓶与增压管的管道上还设置有位于所述节流圈下游的单向阀。