CN110513219B - 一种表面张力贮箱推进剂高效全管理装置 - Google Patents

一种表面张力贮箱推进剂高效全管理装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种表面张力贮箱推进剂高效全管理装置，属于空间推进技术领域，特别是一种用于卫星推进系统推进剂的管理装置。本发明的轴向管路有四条且周向均布，在轴向管路上安装两个轴向蓄液器；四条轴向管路互为冗余备份，只要有一条通道与液体相连接，在微重力环境下可以保证推进剂稳定的向管理装置内部输送；本发明的环向通道和轴向通道与十字支撑架安装固定，环向管路为一个圆环管状结构，环向管路与轴向通道通过十字支撑架相连通，同时十字支撑架可以固定轴向通道和环向管路，提高整个管理装置的刚度。

Description

一种表面张力贮箱推进剂高效全管理装置
技术领域
本发明涉及一种表面张力贮箱推进剂高效全管理装置，属于空间推进技术领域，特别是一种用于卫星推进系统推进剂的管理装置。
背景技术
目前卫星推进剂在轨高效管理技术仍是空间推进研究的热点之一。利用微重力下表面张力驱动液体原理，实现管理装置的无夹气液体蓄留的网式全管理技术是机动性强、加速度高的卫星首选技术。网式表面张力贮箱是最早在轨使用的表面张力贮箱，它的使用是卫星推进剂贮箱发展过程中的一次革命。相对于锥形贮箱和隔膜贮箱，它具有卓越的性能，这主要表现在：容积大、相容性好、挤出效率高等，在一段时期内，网式表面张力贮箱的使用占据了统治地位。随着卫星机动性能的提高，对网式表面张力贮箱的管理能力要求逐渐提高，现有的网式贮箱均不能满足高机动、大加速度和大流量的需求。因此，表面张力贮箱推进剂高效全管理装置是实现卫星实现快速机动、满足不同加速度环境的关键。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种表面张力贮箱推进剂高效全管理装置，本发明利用微重力下表面张力驱动液体原理，实现管理装置的无夹气液体蓄留，设计的气口能够满足增压过程无压力冲击和推力产生，同时该装置设置多条通道做冗余备份，只要有一条通道与液体相连接，在微重力环境下可以保证推进剂稳定的向管理装置内部输送。
本发明的技术解决方案是：
一种表面张力贮箱推进剂高效全管理装置，其特征在于：该装置包括四个轴向管路、放气管路、环向管路、十字支撑架和贮液器；
每个轴向管路上带有两个轴向蓄液器；
环向管路上带有八个环向蓄液器；
贮液器带有液体出口和气体出口；
放气管路的一端与贮液器的气体出口连通，放气管路的另一端与环向管路连通；
十字支撑架的端部穿过环向管路后固定连接在轴向管路上；
轴向管路与贮液器连通。
环向管路为一圆环；轴向管路为C型结构；
轴向管路上的轴向蓄液器以环向管路所在平面对称分布。
环向管路上的八个环向蓄液器为均匀分布。
四个轴向管路分别标记为第一轴向管路、第二轴向管路、第三轴向管路和第四轴向管路；
十字支撑架带有四个端部，四个端部分别标记为第一端部、第二端部、第三端部和第四端部；
十字支撑架的第一端部穿过环向管路后固定连接在第一轴向管路上，且通过十字支撑架使得环向管路与第一轴向管路连通；
十字支撑架的第二端部穿过环向管路后固定连接在第二轴向管路上，且通过十字支撑架使得环向管路与第二轴向管路连通；
十字支撑架的第三端部穿过环向管路后固定连接在第三轴向管路上，且通过十字支撑架使得环向管路与第三轴向管路连通；
十字支撑架的第四端部穿过环向管路后固定连接在第四轴向管路上，且通过十字支撑架使得环向管路与第四轴向管路连通；
第一轴向管路的一端与贮液器连通；
第二轴向管路的一端与贮液器连通；
第三轴向管路的一端与贮液器连通；
第四轴向管路的一端与贮液器连通；
第一轴向管路的另一端、第二轴向管路的另一端、第三轴向管路的另一端和第四轴向管路的另一端固定连接在一起。
轴向蓄液器包括大圆柱、小圆柱、金属网和两层金属板，大圆柱和小圆柱一体成型，大圆柱和小圆柱连接部位平滑过渡，大圆柱和小圆柱的中心轴重合，小圆柱的顶端与轴向管路连通，金属网和两层金属板固定连接在大圆柱的底端，且金属网位于两层金属板之间。金属网使用不锈钢网片，金属板上带有四个扇形孔、一个方形孔和四个矩形孔，方形孔位于中心，四个扇形孔和四个矩形孔以方形孔为中心交替分布。
环向蓄液器包括大圆柱、小圆柱、金属网和两层金属板，大圆柱和小圆柱一体成型，大圆柱和小圆柱连接部位平滑过渡，大圆柱和小圆柱的中心轴重合，小圆柱的顶端与轴向管路连通，金属网和两层金属板固定连接在大圆柱的底端，且金属网位于两层金属板之间。金属网使用不锈钢网片，金属板上带有四个扇形孔、一个方形孔和四个矩形孔，方形孔位于中心，四个扇形孔和四个矩形孔以方形孔为中心交替分布。
有益效果
(1)本发明的轴向管路有四条且周向均布，在轴向管路上安装两个轴向蓄液器；四条轴向管路互为冗余备份，只要有一条通道与液体相连接，在微重力环境下可以保证推进剂稳定的向管理装置内部输送；
(2)本发明的环向通道和轴向通道与十字支撑架安装固定，环向管路为一个圆环管状结构，环向管路与轴向通道通过十字支撑架相连通，同时十字支撑架可以固定轴向通道3和环向管路5，提高整个管理装置的刚度；
(3)本发明的放气通道与环向管路贯通，同时放气通道连接使贮液器内部的气体可以顺利排出管理装置；
(4)本发明的一种表面张力贮箱推进剂高效全管理装置利用表面张力作用可以实现推进剂流量不大于6L/min时的气体不会进入管理装置内部，保证可以实现无夹气的排液；
(5)本发明的表面张力贮箱推进剂高效全管理装置不仅具有优异的推进剂管理能力，而且抗干扰能力强，能应用于机动性强、加速度高的卫星推进系统，可以实现贮箱内部推进剂的全管理；
(6)本发明的表面张力贮箱推进剂高效全管理装置在高度小于600mm可以应用于加速度小于10m2/s的环境；
(7)本发明表面张力贮箱推进剂高效全管理装置可应用于各种容积小于200L的推进剂贮箱；
(8)本发明表面张力贮箱推进剂高效全管理装置使气体增压时，气体能从周向均匀排入贮箱内部，实现对称排气，抵消气体增压过程产生推力和避免产生大的压力冲击；
(9)一种表面张力贮箱推进剂高效全管理装置，包括气口、轴向通道、轴向蓄液器、放气通道、环向管路、支撑架、环向蓄液器、贮液器和液口；气口与4条轴向通道安装在一起；每条轴向通道上有2个轴向蓄液器，环向管路上安装8个环向蓄液器，蓄液器用于收集贮箱内部液体进入管理装置内部，同时蓄液器表面的金属网可以防止气体进入管理装置内部；环向管路、轴向通道通过中间的支撑架连接固定在一起，环向支撑架可以提高管理装置的刚度；贮液器顶部安装放气通道，并且放气通道与一条轴向通道贯通，使贮液器内部的气体可以顺利有轴向通道排出管理装置；液口用于推进剂的加注或者在轨排出推进剂。本发明在微重力环境下保证了推进剂大量下能形成足够稳定的气液界面，气体不会进入管理装置内部；通过气口对贮箱内部增压时不会对管理装置内部的产生压力冲击；该发明不仅具有优异的推进剂管理能力，而且可以实现贮箱内部推进剂的全管理，抗干扰能力强，能应用于机动性强、加速度高的卫星推进系统。
附图说明
图1为本发明的一种表面张力贮箱推进剂高效全管理装置立体结构示意图；
图2为本发明轴向蓄液器结构示意图；
图3为本发明轴向蓄液器金属板开孔结构示意图；
图4为本发明的装置结构示意图。
具体实施方式
本发明的一种表面张力贮箱推进剂高效全管理装置，利用微重力下表面张力驱动液体原理，本发明利用微重力下表面张力驱动液体原理，实现管理装置的无夹气液体蓄留，设计的气口能够满足增压过程无压力冲击和推力产生，同时该装置设置多条通道做冗余备份，只要有一条通道与液体相连接，在微重力环境下可以保证推进剂稳定的向管理装置内部输送。
使用本发明表面张力贮箱推进剂高效全管理装置在高度小于600mm可以应用于加速度小于10m2/s的环境，可应用于各种容积小于200L的推进剂贮箱。
一种表面张力贮箱推进剂高效全管理装置，包括：轴向通道2、轴向蓄液器3、放气通道4、环向管路5、支撑架6、环向蓄液器7、贮液器8和液口9；
如图1、4所示，为本发明一种表面张力贮箱推进剂高效全管理装置结构示意图。气口1与4条轴向通道2安装固定在一起；每条轴向通道2上有2个轴向蓄液器3，环向管路5上安装8个环向蓄液器7，轴向蓄液器3和环向蓄液器7用于收集贮箱内部液体进入管理装置内部，同时蓄液器表面的金属网可以防止气体进入管理装置内部；环向管路5、轴向通道通7过中间的支撑架6连接固定在一起，环向支撑架6可以提高管理装置的刚度；贮液器8顶部安装放气通道4，并且放气通道4与一条轴向管路4贯通，使贮液器内部的气体可以顺利有轴向通道排出管理装置；液口9设置在贮液器8底部，用于推进剂的加注或者在轨排出推进剂。
如图2所示，为本发明轴向蓄液器3示意图，轴向蓄液器3由一个圆柱形腔体和两层金属板中间夹一层金属网构成，金属网使用不锈钢网片，可以实现泡破点压力为6100Pa，金属板上开通孔，保证推进剂流入蓄液器的流阻能够满足管理装置的流量要求；
如图3所示，为本发明轴向蓄液器3底部金属板开孔结构示意图，金属板上开孔结构可以保证流体流过轴向蓄液器时的流阻较低。
本发明的轴向通道4有4条且周向均布，在轴向管路4上安装两个轴向蓄液器3；4条轴向管路4互为冗余备份，只要有一条通道与液体相连接，在微重力环境下可以保证推进剂稳定的向管理装置内部输送。
环向管路5为一个圆环管状结构，环向管路5与轴向通道3通过支撑架6上的通道相连通，同时支撑架6可以固定轴向通道3和环向管路5，提高整个管理装置的刚度。
本发明的放气通道4与一条轴向通道3贯通，同时放气通道4连接使贮液器8内部的气体可以顺利有轴向通道排出管理装置。
本发明液口9位于在贮液器8底部，可以实现推进剂的加注和在轨推进剂的排放。
本发明的表面张力贮箱推进剂高效全管理装置不仅具有优异的推进剂管理能力，而且抗干扰能力强，能应用于机动性强、加速度高的卫星推进系统。产品有多条冗余设计通道，可靠性高，在卫星推进系统应用具有一定的优势，而且还可实现6100Pa的泡破点压力，确保给发动机提供无夹气的推进剂。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例
如图1-4所示，一种表面张力贮箱推进剂高效全管理装置，包括：四个轴向管路2、放气管路4、环向管路5、十字支撑架6和贮液器8；四个轴向管路2分别标记为第一轴向管路、第二轴向管路、第三轴向管路和第四轴向管路；十字支撑架6带有四个端部，四个端部分别标记为第一端部、第二端部、第三端部和第四端部；
环向管路5为一圆环，轴向管路2为C型结构；
每个轴向管路2上均带有两个以环向管路5所在平面对称分布的轴向蓄液器3；
环向管路5上带有八个均布的环向蓄液器7；
贮液器8的右侧带有液体出口9，液体出口9用于推进剂的加注或者在轨排出推进剂，贮液器8的左侧带有气体出口1；
放气管路4的一端与贮液器8的气体出口1连通，放气管路4的另一端与环向管路5连通，使贮液器8内部的气体可以顺利排出；
十字支撑架6的第一端部穿过环向管路5后固定连接在第一轴向管路上，且通过十字支撑架6使得环向管路5与第一轴向管路连通；
十字支撑架6的第二端部穿过环向管路5后固定连接在第二轴向管路上，且通过十字支撑架6使得环向管路5与第二轴向管路连通；
十字支撑架6的第三端部穿过环向管路5后固定连接在第三轴向管路上，且通过十字支撑架6使得环向管路5与第三轴向管路连通；
十字支撑架6的第四端部穿过环向管路5后固定连接在第四轴向管路上，且通过十字支撑架6使得环向管路5与第四轴向管路连通；
第一轴向管路的一端与贮液器8连通；
第二轴向管路的一端与贮液器8连通；
第三轴向管路的一端与贮液器8连通；
第四轴向管路的一端与贮液器8连通；
第一轴向管路的另一端、第二轴向管路的另一端、第三轴向管路的另一端和第四轴向管路的另一端固定连接在一起，其目的是为了结构紧凑且结构加强；
轴向蓄液器3包括大圆柱、小圆柱、金属网和两层金属板，大圆柱和小圆柱一体成型，大圆柱和小圆柱连接部位平滑过渡，大圆柱和小圆柱的中心轴重合，小圆柱的顶端与轴向管路2连通，金属网和两层金属板固定连接在大圆柱的底端，且金属网位于两层金属板之间；金属网使用不锈钢网片，可以实现泡破点压力为6100Pa；金属板上带有通孔，保证推进剂流入轴向管路2的流阻能够满足管理装置的流量要求；
环向蓄液器7包括大圆柱、小圆柱、金属网和两层金属板，大圆柱和小圆柱一体成型，大圆柱和小圆柱连接部位平滑过渡，大圆柱和小圆柱的中心轴重合，小圆柱的顶端与环向管路5连通，金属网和两层金属板固定连接在大圆柱的底端，且金属网位于两层金属板之间，金属网使用不锈钢网片，可以实现泡破点压力为6100Pa；金属板上带有通孔，保证推进剂流入环向管路5的流阻能够满足管理装置的流量要求；
轴向蓄液器3用于收集贮箱内部液体进入轴向管路2，同时轴向蓄液器3表面的金属网可以防止气体进入轴向管路2；
环向蓄液器7用于收集贮箱内部液体进入环向管路5，同时环向蓄液器7表面的金属网可以防止气体进入环向管路5；
轴向蓄液器3的金属板开有九个孔，包括四个扇形孔、一个方形孔和四个矩形孔，方形孔位于中心，四个扇形孔和四个矩形孔以方形孔为中心交替分布；金属板上开孔结构可以保证流体流过轴向蓄液器时的流阻较低；
环向蓄液器7的金属板开有九个孔，包括四个扇形孔、一个方形孔和四个矩形孔，方形孔位于中心，四个扇形孔和四个矩形孔以方形孔为中心交替分布；金属板上开孔结构可以保证流体流过轴向蓄液器时的流阻较低。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种表面张力贮箱推进剂高效全管理装置，其特征在于：该装置包括四个轴向管路、放气管路、环向管路、十字支撑架和贮液器；
每个轴向管路上带有两个轴向蓄液器；
环向管路上带有八个环向蓄液器；
贮液器带有液体出口和气体出口；
放气管路的一端与贮液器的气体出口连通，放气管路的另一端与环向管路连通；
十字支撑架的端部穿过环向管路后固定连接在轴向管路上；
轴向管路与贮液器连通；
环向管路为一圆环；
轴向管路为C型结构；
轴向管路上的轴向蓄液器以环向管路所在平面对称分布；
环向管路上的八个环向蓄液器为均匀分布；
四个轴向管路分别标记为第一轴向管路、第二轴向管路、第三轴向管路和第四轴向管路；
十字支撑架带有四个端部，四个端部分别标记为第一端部、第二端部、第三端部和第四端部；
十字支撑架的第一端部穿过环向管路后固定连接在第一轴向管路上，且通过十字支撑架使得环向管路与第一轴向管路连通；
十字支撑架的第二端部穿过环向管路后固定连接在第二轴向管路上，且通过十字支撑架使得环向管路与第二轴向管路连通；
十字支撑架的第三端部穿过环向管路后固定连接在第三轴向管路上，且通过十字支撑架使得环向管路与第三轴向管路连通；
十字支撑架的第四端部穿过环向管路后固定连接在第四轴向管路上，且通过十字支撑架使得环向管路与第四轴向管路连通；
第一轴向管路的一端与贮液器连通；
第二轴向管路的一端与贮液器连通；
第三轴向管路的一端与贮液器连通；
第四轴向管路的一端与贮液器连通；
第一轴向管路的另一端、第二轴向管路的另一端、第三轴向管路的另一端和第四轴向管路的另一端固定连接在一起；
轴向蓄液器包括大圆柱、小圆柱、金属网和两层金属板，大圆柱和小圆柱一体成型，大圆柱和小圆柱连接部位平滑过渡，大圆柱和小圆柱的中心轴重合，小圆柱的顶端与轴向管路连通，金属网和两层金属板固定连接在大圆柱的底端，且金属网位于两层金属板之间；
金属网使用不锈钢网片，金属板上带有四个扇形孔、一个方形孔和四个矩形孔，方形孔位于中心，四个扇形孔和四个矩形孔以方形孔为中心交替分布；
环向蓄液器包括大圆柱、小圆柱、金属网和两层金属板，大圆柱和小圆柱一体成型，大圆柱和小圆柱连接部位平滑过渡，大圆柱和小圆柱的中心轴重合，小圆柱的顶端与轴向管路连通，金属网和两层金属板固定连接在大圆柱的底端，且金属网位于两层金属板之间；
金属网使用不锈钢网片，金属板上带有四个扇形孔、一个方形孔和四个矩形孔，方形孔位于中心，四个扇形孔和四个矩形孔以方形孔为中心交替分布。
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