CN109606741A - 航天器表面张力贮箱推进剂在轨补加系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种航天器表面张力贮箱推进剂在轨补加系统，包括：补加贮箱(1)，用于储存补加推进剂；目标贮箱(2)，用于接收并储存所述补加推进剂；补加贮箱加注子系统(3)，与所述补加贮箱(1)相连接，用于输出所述补加推进剂；目标贮箱加注子系统(4)，与所述目标贮箱(2)相连接，用于接收所述补加推进剂。本发明的航天器推进剂在轨补加系统能够实现航天器表面张力贮箱推进剂的在轨补加，从而能够保证航天器的重复使用性。

Description

航天器表面张力贮箱推进剂在轨补加系统
技术领域
本发明属于深空探测航天器系统技术领域，尤其涉及一种航天器表面张力贮箱推进剂在轨补加系统。
背景技术
近年来，得益于空间技术的快速发展，实施月球、火星等地外天体的无人和载人着陆成为各国深空探测的主体。月球探测一直是各国空间技术研究和开发利用的竞争焦点。
在月球探测中，航天器携带大量推进剂用于完成飞行任务，需要采用大容积贮箱对推进剂进行贮存和管理，通过对在轨航天器上表面张力贮箱的推进剂补加，可以实现一次地面发射多次重复登月的任务目标。
目前航天器用大容积贮箱多采用表面张力贮箱，它利用表面张力进行液体输送和气液分离，从而能为推进系统系统发动机或推力器提供不夹气的推进剂供给，保证发动机或推力器可靠高效地工作。为了能快速和高效益地多次实现月球探测任务，可考虑采用在轨补加技术，通过对航天器贮箱中推进剂在轨补加，实现航天器的重复利用。因此，航天器表面张力贮箱在轨补加系统将是本领域技术研究的一个关键技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种航天器表面张力贮箱推进剂在轨补加系统，实现航天器推进剂的在轨补加。
为实现上述目的，本发明的航天器表面张力贮箱推进剂在轨补加系统包括：
补加贮箱，用于储存补加推进剂；
目标贮箱，用于接收并储存所述补加推进剂；
补加贮箱加注子系统，与所述补加贮箱相连接，用于输出所述补加推进剂；
目标贮箱加注子系统，与所述目标贮箱相连接，用于接收所述补加推进剂。
根据本发明的一个方面，所述补加贮箱和所述目标贮箱均包括：
箱体；
气路接口，设置在所述箱体上端面与所述箱体连通；
蓄液器，设置在箱体下侧，与所述箱体相连通；
收集器，设置在所述箱体中并伸入到所述蓄液器中；
液路接口，设置在所述蓄液器下侧面上。
根据本发明的一个方面，所述补加贮箱加注子系统包括分别与所述气路接口相连接的气路管道和与所述液路接口相连接的液路管道。
根据本发明的一个方面，所述气路管道上依次设有气路循环泵、补加服务阀门和补加气路接口；
所述液路管道上依次设有液路补加阀门和补加液路接口。
根据本发明的一个方面，所述目标贮箱加注子系统包括分别与所述目标贮箱的气路接口相连接的第二气路管道和与所述目标贮箱的液路接口相连接的第二液路管道。
根据本发明的一个方面，所述第二气路管道上依次设有目标系统服务阀门和目标系统气路接口；
所述第二液路管道上依次设有目标液路服务阀门和目标系统液路接口。
本发明的航天器表面张力贮箱推进剂在轨补加系统，可以实现航天器推进剂的在轨补加，保证航天器的可重复使用性。
本发明的航天器表面张力贮箱推进剂在轨补加系统，对航天器推进剂在轨补加实施过程的驱动力来源是气路管路中设置的气路循环泵。补加前将与补加贮箱连接的气路管路和目标贮箱的第二气路管路连通，管路连通好完成气密检查后，打开气路管路上的关阀门，用气路循环泵将目标贮箱中增压气体泵压输送到补加贮箱中，该过程同时使得补加贮箱和目标贮箱中产生一定的压差。
本发明的航天器表面张力贮箱推进剂在轨补加系统，液体路推进剂流动的驱动力来源是补加贮箱和目标贮箱中的压力差，补加前，将补加贮箱的液路和目标贮箱的液路连通，管路连通好后完成气密检查后，打开液路管路阀门，推进剂在压力差的驱动下从补加贮箱加注到目标贮箱，在该过程可以通过阀门开度控制推进剂加注速度，保证加注过程中补加贮箱和目标贮箱蓄液器中不会产生气体。
附图说明
图1示意性表示根据本发明的航天器表面张力贮箱推进剂在轨补加系统的在轨补加推进剂过程示图；
图2示意性表示根据本发明的补加贮箱及补加贮箱加注子系统结构示图；
图3示意性表示根据本发明的目标贮箱及目标贮箱加注子系统结构示图；
图4示意性表示根据本发明的目标贮箱的工作示图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，本发明的航天器表面张力贮箱推进剂在轨补加系统包括补加贮箱1、目标贮箱2、补加贮箱加注子系统3和目标贮箱加注子系统4。
补加贮箱1用于储存补加推进剂，补加贮箱1装载在补加飞行器上从地面发射出发，飞行入轨后与目标贮箱2连接，将补加推进剂补加至目标贮箱2中。补加贮箱加注子系统3与补加贮箱1相连接，用于输送补加推进剂。目标贮箱加注子系统4与目标贮箱2相连接，作为接受补加推进剂的通道。
结合图1图4所示，具体来说，在本实施方式中，补加贮箱1和目标贮箱2均为表面张力贮箱。均包括箱体5、气路接口6、蓄液器7、收集器8和液路接口9。其中气路接口设置在箱体5上端面与箱体5相连通。在本实施方式中，蓄液器7为长方体容器，设置在箱体5下侧与箱体5相连通。收集器8设置在箱体5中，并伸入到蓄液器7中。液路接口9设置在蓄液器7下侧面上。
在本发明中，气体路接口6在航天器执行任务时与上游气瓶连接。箱体5为贮箱的主体承力结构，承受内外压载荷。收集器8对补加贮箱1中液体推进剂进行张力吸附和定位，并将收集的液体推进剂供给向蓄液器7。在本发明中，收集器8使得在微重力条件箱体5中液体推进剂能聚集在收集器8周围，气体排出在收集器8外围，实现气液分离。在本发明中，蓄液器7具有吸液排气的功能，可重复填充，使得箱体5中液体接口9处始终蓄满液体推进剂，保证向发动机不夹气的大流量推进剂供给。
结合图1和图2所示，本发明的补加贮箱加注子系统3包括分别与补加贮箱1的气路接口6相连接的气路管道31和与补加贮箱1的液路接口9相连接的液路管道32。
本发明的气路管道31上依次设有气路循环泵311、补加服务阀门312和补加气路接口313。本发明的液路管道32上依次设有液路补加阀门321和补加液路接口322。
结合图1、图3和图4所示，本发明的目标贮箱加注子系统4包括分别与目标贮箱2的气路接口6相连接的第二气路管道41和与目标贮箱2的液路接口9相连接的第二液路管道42。
本发明的第二气路管道41上依次设有目标系统服务阀门411和目标系统气路接口412。第二液路管道42上依次设有目标液路服务阀门421和目标系统液路接口422。
参照图1所示，本发明的航天器推进剂在轨补加系统的工作过程如下：
首先需要完成补加系统的补加气路接口313和目标气路接口412的连通、补加液路接口322与目标系统液路接口422的连通，之后完成系统管路的气密检查，启动气路循环泵311，顺序打开目标系统服务阀门411、补加服务阀门312，使得目标贮箱2中增压气体通过气路管路泵压输送到补加贮箱1中。该过程同时在补加贮箱1和目标贮箱2间产生压力差，压力差达到设计值后，顺序液路补加阀门321和目标液路服务阀门421，补加贮箱1中推进剂在压力差的作用下通过液路管路流向目标贮箱2，实现目标航天器推进剂在轨补加功能。推进剂补加完成后，顺序关闭目标液路服务阀门421和液路补加阀门321，再依次关闭目标系统服务阀门411、补加服务阀门312和气路循环泵311，最后分离补加贮箱加注子系统3和目标贮箱加注子系统4，补加飞行器离轨，目标航天器准备执行下次任务。
本发明的航天器推进剂在轨补加系统，对航天器推进剂在轨补加实施过程的驱动力来源是气路管路31中设置的气路循环泵311。补加前将与补加贮箱1连接的气路管路31和目标贮箱2的第二气路管路41连通，管路连通好完成气密检查后，打开气路管路上的关阀门，用气路循环泵将311目标贮箱2中增压气体泵压输送到补加贮箱1中，该过程同时使得补加贮箱1和目标贮箱2中产生一定的压差。
本发明的航天器表面张力贮箱推进剂在轨补加系统，液体路推进剂流动的驱动力来源是补加贮箱1和目标贮箱2中的压力差，补加前，将补加贮箱1的液路和目标贮箱2的液路连通，管路连通好后完成气密检查后，打开液路管路阀门，推进剂在压力差的驱动下从补加贮箱1加注到目标贮箱2，在该过程可以通过阀门开度控制推进剂加注速度，保证加注过程中补加贮箱和目标贮箱蓄液器中不会产生气体。
以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种航天器表面张力贮箱推进剂在轨补加系统，其特征在于，包括：
补加贮箱(1)，用于储存补加推进剂；
目标贮箱(2)，用于接收并储存所述补加推进剂；
补加贮箱加注子系统(3)，与所述补加贮箱(1)相连接，用于输出所述补加推进剂；
目标贮箱加注子系统(4)，与所述目标贮箱(2)相连接，用于接收所述补加推进剂。
2.根据权利要求1所述的航天器表面张力贮箱推进剂在轨补加系统，其特征在于，所述补加贮箱(1)和所述目标贮箱(2)均包括：
箱体(5)；
气路接口(6)，设置在所述箱体(5)上端面与所述箱体(5)连通；
蓄液器(7)，设置在箱体(5)下侧，与所述箱体(5)相连通；
收集器(8)，设置在所述箱体(5)中并伸入到所述蓄液器(7)中；
液路接口(9)，设置在所述蓄液器(7)下侧面上。
3.根据权利要求2所述的航天器表面张力贮箱推进剂在轨补加系统，其特征在于，所述补加贮箱加注子系统(3)包括分别与所述气路接口(6)相连接的气路管道(31)和与所述液路接口(9)相连接的液路管道(32)。
4.根据权利要求3所述的航天器表面张力贮箱推进剂在轨补加系统，其特征在于，所述气路管道(31)上依次设有气路循环泵(311)、补加服务阀门(312)和补加气路接口(313)；
所述液路管道(32)上依次设有液路补加阀门(321)和补加液路接口(322)。
5.根据权利要求2所述的航天器表面张力贮箱推进剂在轨补加系统，其特征在于，所述目标贮箱加注子系统(4)包括分别与所述目标贮箱(2)的气路接口(6)相连接的第二气路管道(41)和与所述目标贮箱(2)的液路接口(9)相连接的第二液路管道(42)。
6.根据权利要求5所述的航天器表面张力贮箱推进剂在轨补加系统，其特征在于，所述第二气路管道(41)上依次设有目标系统服务阀门(411)和目标系统气路接口(412)；
所述第二液路管道(42)上依次设有目标液路服务阀门(421)和目标系统液路接口(422)。
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