CN109737829B - 火箭液体贮箱推进剂输送系统及运载火箭 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种火箭液体贮箱推进剂输送系统及运载火箭，输送系统包括液氧输送子系统和甲烷输送子系统；液氧输送子系统包括液氧主管路和液氧副管路，液氧主管路的入口的高度大于液氧副管路的入口的高度，液氧副管路的出口与液氧主管路联通，液氧主管路用于为主机和游机输送液氧推进剂；甲烷输送子系统包括甲烷主管路和甲烷副管路，甲烷主管路的入口的高度大于甲烷副管路的入口的高度；甲烷主管路用于为主机提供甲烷推进剂，甲烷副管路用于为游机提供甲烷推进剂。本申请不仅能够保证贮箱内的推进剂完全排出，还能够避免箱间段内的管路折弯半径较大所造成的箱间段较长的问题。

Description

火箭液体贮箱推进剂输送系统及运载火箭

技术领域

本申请属于火箭推进剂输送技术领域，具体涉及一种火箭液体贮箱推进剂输送系统及运载火箭。

背景技术

输送系统是液体火箭的重要组成部分，其功能是将贮箱内的推进剂输送至发动机入口。为减轻火箭的结构重量，输送系统需要布置在有限的空间结构内，并将推进剂全部输送至发动机。

以液氧和甲烷为推进剂的某型液体运载火箭采用主机与游机相组合的工作方式，飞行过程中主机主要提供火箭动力，游机进行姿态控制和后期修正。主机工作时消耗的推进剂量大，输送管路口径较大；游机工作时消耗的推进剂量小，输送管路口径较小。当主机工作完成后，游机继续工作，并且游机工作时间较长。结合以上特点，需要对推进剂输送系统进行优化设计，以减少贮箱内推进剂的剩余量。

目前，国内外运载火箭的一种形式是将贮箱输送口设置在贮箱的后底侧面，这样虽然能够同时满足主机和游机工作时推进剂的输送需求，但是贮箱内底部推进剂的剩余量较大，影响火箭的运载能力；另一种形式是从贮箱后底理论顶点开口，这样虽然能够将推进剂从贮箱中全部排出，但是管路在箱间段内折弯半径大，会增加箱间段的结构尺寸，导致火箭的结构重量增加。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供了一种火箭液体贮箱推进剂输送系统及运载火箭。

根据本申请实施例的第一方面，本申请提供了一种火箭液体贮箱推进剂输送系统，其包括：

液氧输送子系统，

甲烷输送子系统；

所述液氧输送子系统包括液氧主管路和液氧副管路，所述液氧主管路的入口的高度大于所述液氧副管路的入口的高度，所述液氧副管路的出口与所述液氧主管路联通，所述液氧主管路用于为主机和游机输送液氧推进剂；

所述甲烷输送子系统包括甲烷主管路和甲烷副管路，所述甲烷主管路的入口的高度大于所述甲烷副管路的入口的高度；所述甲烷主管路用于为主机提供甲烷推进剂，所述甲烷副管路用于为游机提供甲烷推进剂。

上述火箭液体贮箱推进剂输送系统，所述液氧主管路的口径大于所述液氧副管路的口径。

上述火箭液体贮箱推进剂输送系统，所述甲烷主管路的口径大于所述甲烷副管路的口径。

上述火箭液体贮箱推进剂输送系统，所述液氧主管路的出口分为两路，其中一路通过主机氧路与主机连接，另一路通过游机氧路与游机连接。

根据本申请实施例的第二方面，本申请还提供了一种运载火箭，其包括：上述任一项所述的火箭液体贮箱推进剂输送系统、液氧贮箱、甲烷贮箱、主机和游机；

所述液氧主管路的入口与所述液氧贮箱的连接点高于所述液氧副管路的入口与所述液氧贮箱的连接点；所述液氧副管路的出口与所述液氧主管路联通；所述液氧主管路的出口与所述主机和游机连接；

所述甲烷主管路的入口与所述甲烷贮箱的连接点高于所述甲烷副管路的入口与所述甲烷贮箱的连接点；所述甲烷主管路的出口与所述主机连接，所述甲烷副管路的出口与所述游机连接。

上述运载火箭，所述液氧贮箱和甲烷贮箱竖直间隔设置在箭体内，所述液氧贮箱和甲烷贮箱之间设置有箱间段；所述液氧副管路的出口与所述液氧主管路在所述箱间段内联通。

上述运载火箭，所述液氧副管路的出口与所述液氧主管路在所述箱间段内部靠近箭体侧壁处联通。

上述运载火箭，所述液氧主管路和液氧副管路在箱间段内汇合后伸出至箭体侧壁之外。

上述运载火箭，所述液氧主管路的入口连接在所述液氧贮箱的后底侧面上，所述液氧副管路的入口连接在所述液氧贮箱的后底理论顶点处。

上述运载火箭，所述甲烷主管路的入口连接在所述甲烷贮箱的后底侧面上，所述甲烷副管路的入口连接在所述甲烷贮箱的后底理论顶点处。

根据本申请的上述具体实施方式可知，至少具有以下有益效果：本申请通过入口高度不同的液氧主管路和液氧副管路为主机和游机提供液氧推进剂，通过入口高度不同的甲烷主管路和甲烷副管路为主机和游机提供甲烷推进剂，不仅能够为主机和游机提供燃料供应，还能够使贮箱里的推进剂完全排出，从而减少贮箱内推进剂的剩余量，提高火箭的运载能力。

本申请通过使液氧副管路的出口与液氧主管路在靠近箭体侧壁处联通，能够避免箱间段内的管路折弯半径较大所导致的箱间段较长的问题。另外，本申请结构简单、方便实用，能够保证对主机和游机的燃料供应。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本申请所欲主张的范围。

附图说明

下面的所附附图是本申请的说明书的一部分，其示出了本申请的实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本申请的原理。

图1为本申请一实施例提供的火箭液体贮箱推进剂输送系统的结构示意图。

图2为本申请一实施例提供的火箭工作末期推进剂在管路及贮箱中的状态示意图。

附图标记说明：

1、液氧输送子系统；11、液氧主管路；12、液氧副管路；2、甲烷输送子系统；21、甲烷主管路；22、甲烷副管路；3、液氧贮箱；4、甲烷贮箱；5、主机；51、主机氧路；6、游机；61、游机氧路；7、箱间段。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本申请所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本申请内容的实施例后，当可由本申请内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本申请内容的精神与范围。

本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，但并不作为对本申请的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本申请，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。

关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以细微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的细微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。

某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。

实施例一

图1为本申请一实施例提供的火箭液体贮箱推进剂输送系统的结构示意图。如图1所示，本申请火箭液体贮箱推进剂输送系统包括液氧输送子系统1和甲烷输送子系统2。

其中，液氧输送子系统1包括液氧主管路11和液氧副管路12。液氧主管路11的入口的高度大于液氧副管路12的入口的高度。液氧副管路12的出口与液氧主管路11联通。液氧主管路11的出口用于连接主机5和游机6，为主机5和游机6输送液氧推进剂。具体地，液氧主管路11的出口分为两路，其中一路通过主机氧路51与主机5连接，另一路通过游机氧路61与游机6连接。

甲烷输送子系统2包括甲烷主管路21和甲烷副管路22，甲烷主管路21的入口的高度大于甲烷副管路22的入口的高度。甲烷主管路21的出口用于连接主机5，为主机5提供甲烷推进剂。甲烷副管路22的出口用于连接游机6，为游机6提供甲烷推进剂。

本申请火箭液体贮箱推进剂输送系统用于火箭中与液氧贮箱3和甲烷装箱连接时，通过液氧主管路11和液氧副管路12为主机5和游机6提供液氧推进剂，通过甲烷主管路21和甲烷副管路22为主机5和游机6提供甲烷推进剂；这样通过入口高度不同的主、副管路的方式为主机5和游机6提供燃料供应，能够减少贮箱内推进剂的剩余量，提高火箭的运载能力。

具体地，液氧主管路11的口径大于液氧副管路12的口径。甲烷主管路21的口径大于甲烷副管路22的口径。具体地，液氧主管路11的口径和甲烷主管路21的口径均为180cm，液氧副管路12的口径和甲烷副管路22的口径均为40cm。

实施例二

如图1和图2所示，本申请还提供了一种运载火箭，其包括上述任一火箭液体贮箱推进剂输送系统、液氧贮箱3、甲烷贮箱4、主机5和游机6。

液氧贮箱3和甲烷贮箱4竖直间隔设置在箭体内。液氧贮箱3和甲烷贮箱4之间设置有箱间段7。

液氧主管路11的入口与液氧贮箱3的连接点高于液氧副管路12的入口与液氧贮箱3的连接点。液氧副管路12的出口与液氧主管路11在箱间段7内联通。液氧主管路11的出口通过主机氧路51与主机5连接，并通过游机氧路61与游机6连接。

甲烷主管路21的入口与甲烷贮箱4的连接点高于甲烷副管路22的入口与甲烷贮箱4的连接点。甲烷主管路21的出口与主机5连接，甲烷副管路22的出口与游机6连接。

可以理解的是，由于液氧主管路11的入口与液氧贮箱3的连接点高于液氧副管路12的入口与液氧贮箱3的连接点，因此在火箭飞行末期推进剂较少的情况下，推进剂主要通过液氧副管路12排出，能够满足游机6的工作需求。

当液氧贮箱3中液氧的液面低于液氧主管路11的入口时，液氧主管路11和液氧副管路12构成连通器，能够为主机5和游机6持续提供所需的燃料。另外，供给主机5和游机6的液氧推进剂中不会有气泡夹杂。

在一个具体的实施例中，液氧主管路11的入口连接在液氧贮箱3的后底侧面上，液氧副管路12的入口连接在液氧贮箱3的后底理论顶点处，液氧副管路12的出口与液氧主管路11联通。

甲烷主管路21的入口连接在甲烷贮箱4的后底侧面上。甲烷副管路22的入口连接在甲烷贮箱4的后底理论顶点处。

上述实施例中，液氧主管路11和液氧副管路12在箱间段7内汇合后伸出至箭体侧壁之外。

可以理解的是，当液氧贮箱3中液氧的液面高于液氧主管路11的入口，且甲烷贮箱4中甲烷的液面高于甲烷主管路21的入口时，能够同时满足主机5和游机6对液氧推进剂和甲烷推进剂的需求，主机5和游机6同时工作。

如图2所示，当主机5关机后，游机6单独工作的时间比较长，当游机6工作末期，液氧贮箱3中液氧的液面低于液氧主管路11的入口时，液氧主管路11和液氧副管路12形成连通器，能够满足游机6对液氧推进剂的需求。当游机6工作末期，甲烷贮箱4中甲烷的液面低于甲烷主管路21的入口时，甲烷贮箱4中的甲烷通过甲烷副管路22输送给游机6，能够满足游机6对液氧推进剂的需求。

采用本申请火箭液体贮箱推进剂输送系统，能够将火箭贮箱后底剩余的推进剂完全排出。采用本申请输送系统能够更加合理地使推进剂排出贮箱，即能够满足主机5和游机6对推进剂的工作需要，又能够使推进剂完全排出，减少贮箱内的推进剂剩余量。

由于液氧主管路11的入口连接在液氧贮箱3的后底侧面上，液氧副管路12的入口连接在液氧贮箱3的后底理论顶点处，液氧副管路12的出口与液氧主管路11在靠近箭体侧壁处联通，因此本申请还能够解决现有技术存在的管路直径大且折弯空间大所导致的火箭中箱间段7较长的问题。采用本申请输送系统，火箭中箱间段7的长度能够减少20％左右。

以上所述仅为本申请示意性的具体实施方式，在不脱离本申请的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本申请保护的范围。

Claims (10)

1.一种火箭液体贮箱推进剂输送系统，其特征在于，包括：

液氧输送子系统，

甲烷输送子系统；

所述液氧输送子系统包括液氧主管路和液氧副管路，所述液氧主管路的入口的高度大于所述液氧副管路的入口的高度，所述液氧副管路的出口与所述液氧主管路联通，所述液氧主管路用于为主机和游机输送液氧推进剂；

所述甲烷输送子系统包括甲烷主管路和甲烷副管路，所述甲烷主管路的入口的高度大于所述甲烷副管路的入口的高度；所述甲烷主管路用于为主机提供甲烷推进剂，所述甲烷副管路用于为游机提供甲烷推进剂；

当液氧贮箱中液氧的液面低于所述液氧主管路的入口时，所述液氧主管路和液氧副管路构成连通器。

2.根据权利要求1所述的火箭液体贮箱推进剂输送系统，其特征在于，所述液氧主管路的口径大于所述液氧副管路的口径。

3.根据权利要求1所述的火箭液体贮箱推进剂输送系统，其特征在于，所述甲烷主管路的口径大于所述甲烷副管路的口径。

4.根据权利要求1所述的火箭液体贮箱推进剂输送系统，其特征在于，所述液氧主管路的出口分为两路，其中一路通过主机氧路与主机连接，另一路通过游机氧路与游机连接。

5.一种运载火箭，其特征在于，包括：权利要求1～4任一项所述的火箭液体贮箱推进剂输送系统、液氧贮箱、甲烷贮箱、主机和游机；

所述液氧主管路的入口与所述液氧贮箱的连接点高于所述液氧副管路的入口与所述液氧贮箱的连接点；所述液氧副管路的出口与所述液氧主管路联通；所述液氧主管路的出口与所述主机和游机连接；

所述甲烷主管路的入口与所述甲烷贮箱的连接点高于所述甲烷副管路的入口与所述甲烷贮箱的连接点；所述甲烷主管路的出口与所述主机连接，所述甲烷副管路的出口与所述游机连接。

6.根据权利要求5所述的运载火箭，其特征在于，所述液氧贮箱和甲烷贮箱竖直间隔设置在箭体内，所述液氧贮箱和甲烷贮箱之间设置有箱间段；所述液氧副管路的出口与所述液氧主管路在所述箱间段内联通。

7.根据权利要求6所述的运载火箭，其特征在于，所述液氧副管路的出口与所述液氧主管路在所述箱间段内部靠近箭体侧壁处联通。

8.根据权利要求6所述的运载火箭，其特征在于，所述液氧主管路和液氧副管路在箱间段内汇合后伸出至箭体侧壁之外。

9.根据权利要求5所述的运载火箭，其特征在于，所述液氧主管路的入口连接在所述液氧贮箱的后底侧面上，所述液氧副管路的入口连接在所述液氧贮箱的后底理论顶点处。

10.根据权利要求5所述的运载火箭，其特征在于，所述甲烷主管路的入口连接在所述甲烷贮箱的后底侧面上，所述甲烷副管路的入口连接在所述甲烷贮箱的后底理论顶点处。