CN110525695A - 一种航天器推进剂贮存与管理分体式系统 - Google Patents

一种航天器推进剂贮存与管理分体式系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种航天器推进剂贮存与管理分体式系统，包括：推进剂贮存装置(1)和推进剂管理装置(2)；所述推进剂贮存装置(1)和所述推进剂管理装置(2)相互连通，且在连通的管路上设置有第一控制阀(3)。采用推进剂贮存和管理两种装置实现航天器携带推进剂的存贮和管理功能，有利于单独对推进剂贮存和管理装置进行设计优化，提高各组件的效率和可靠性。

Description

一种航天器推进剂贮存与管理分体式系统
技术领域
本发明涉及航天器系统技术领域，尤其涉及一种航天器推进剂贮存与管理分体式系统。
背景技术
月球探测和开发活动一直是各国开展深空探测的主题和航天强国竞争的焦点。在载人月球探测中，各类航天器为完成地月转移加速、近月制动以及月面着陆上升等飞行任务，需要携带大量的推进剂，并能对大量推进剂进行有效的贮存和管理。通过推进剂输送系统为推力器可靠地提供推进剂，保证推力器能安全高效地工作输出推力和冲量。
航天器装填大量推进剂常采用表面张力贮箱，同种推进剂多以贮箱并联的形式进行装载布局。在航天器总体方案设计阶段，为提高结构效率控制航天器系统规模，需要对推进剂贮箱等主要部件进行轻量化设计；在轨飞行过程中，为降低同种推进剂排放不均衡提高推进剂利用率，需要对推进剂排放进行主动控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种航天器推进剂贮存与管理分体式系统，易于实现贮箱主体结构的轻量化设计。
为实现上述发明目的，本发明提供一种航天器推进剂贮存与管理分体式系统，包括：推进剂贮存装置和推进剂管理装置；
所述推进剂贮存装置和所述推进剂管理装置相互连通，且在连通的管路上设置有第一控制阀。
根据本发明的一个方面，所述推进剂贮存装置包括：用于贮存推进剂的贮存箱，设置在所述贮存箱相对两端的贮存箱入口和贮存箱出口；
所述贮存箱入口和所述贮存箱出口位于所述贮存箱的中心轴线上且正对设置。
根据本发明的一个方面，所述推进剂管理装置包括：用于贮存推进剂的主箱体，设置在所述主箱体相对两端的主箱体入口和主箱体出口，设置在所述主箱体中用于对推进剂进行增压的增压装置，用于收集推进剂的收集装置，以及用于接收所述收集装置输送的推进剂的蓄液器；
在所述主箱体中，所述增压装置、所述收集装置和所述蓄液器依次相互连接；
所述主箱体入口与所述增压装置相连通，所述主箱体出口与所述蓄液器相连通；
所述主箱体入口和所述主箱体出口位于所述主箱体的中心轴线上。
根据本发明的一个方面，所述收集装置包括收集通道和收集叶片；
所述收集通道为一管状体其相对的两端分别与所述增压装置和所述蓄液器相连通，所述收集叶片沿所述收集通道的周向均匀分布在所述收集通道的外壁上。
根据本发明的一个方面，沿所述收集通道的轴向，所述收集通道为径向逐渐变大的锥形管状体，其大直径端与所述增压装置相互连通，其小直径端与所述蓄液器相连通。
根据本发明的一个方面，所述推进剂贮存装置为一个或并联设置有多个；
所述推进剂贮存装置的所述贮存箱入口连接有增压气瓶，且所述增压气瓶与所述贮存箱入口的连接管路上设置有第二控制阀。
根据本发明的一个方面，所述推进剂贮存装置为多个；
所述推进剂贮存装置上的所述贮存箱入口相互连通，且在连通管路上设置有第三控制阀；
所述推进剂贮存装置上的所述贮存箱出口相互连通且与所述推进剂管理装置的所述主箱体入口相连通，且所述贮存箱出口分别设置有第四控制阀。
根据本发明的一种方案，采用推进剂贮存和管理两种装置实现航天器携带推进剂的存贮和管理功能，有利于单独对推进剂贮存和管理装置进行设计优化，提高各组件的效率和可靠性。其中，推进剂贮存装置具备推进剂贮存功能，同时具备防漩防晃功能，不需要具备推进剂管理的能力，这样可简化推进剂贮存装置的设计和生产，推进剂存贮装置可依据航天器结构设计准则通过选用高性能金属材料、金属基复合材料和碳纤维复合材料等高性能结构材料以及材料-工艺-结构一体化设计技术实现推进剂存贮装置的轻量化设计，同时推进剂存贮装置也可与承载结构一体设计优化，实现航天器整体结构轻量化设计，提高航天器结构效率。推进剂管理装置具备贮存小部分推进剂的能力，同时具备推进剂管理的能力，能够通过推进剂系统为推力器提供不夹气推进剂的能力，保证推力器高效可靠地工作。
根据本发明的一种方案，推进剂存贮装置和推进剂管理装置分体设计后，通过调整推进剂输送管路尺寸参数和布局，可实现推进剂管理装置和推进剂管理装置的在航天器上的灵活布局安装。
根据本发明的一种方案，采用同种推进剂并联推进剂贮存装置共用推进剂管理装置的方式。由于推进剂管理装置允许上游推进剂贮存装置供给一定量增压气体，在检测到贮存箱中推进剂消耗完后即关闭该贮存箱供给路，另外的贮存箱可继续工作为下游推进剂管理装置和推力器供给不夹气推进剂，从而解决了并联贮箱排放不均衡问题，提高了系统推进剂利用率。
附图说明
图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的航天器推进剂贮存与管理分体式系统结构图；
图2示意性表示根据本发明的另一种实施方式的航天器推进剂贮存与管理分体式系统结构图。
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，本发明的一种航天器推进剂贮存与管理分体式系统，包括：推进剂贮存装置1和推进剂管理装置2。在本实施方式中，推进剂贮存装置1和推进剂管理装置2相互连通，且在连通的管路上设置有第一控制阀3。
根据本发明，采用推进剂贮存和管理两种装置实现航天器携带推进剂的存贮和管理功能，有利于单独对推进剂贮存和管理装置进行设计优化，提高各组件的效率和可靠性。其中，推进剂贮存装置1具备推进剂贮存功能，同时具备防漩防晃功能，不需要具备推进剂管理的能力，这样可简化推进剂贮存装置的设计和生产，亦可与航天器承载结构进行融合设计，实现贮箱组件的轻量化设计以及航天器整体结构轻量化设计，提高航天器结构效率。推进剂管理装置2具备贮存小部分推进剂的能力，同时具备推进剂管理的能力，能够通过推进剂系统为推力器提供不夹气推进剂的能力，保证推力器高效可靠地工作。
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，推进剂贮存装置1包括：用于贮存推进剂的贮存箱11，设置在贮存箱11相对两端的贮存箱入口111和贮存箱出口112。在本实施方式中，贮存箱入口111和贮存箱出口112位于贮存箱11的中心轴线上且正对设置。在本实施方式中，推进剂贮存装置1采用直排式贮箱结构形式，尤其是将贮存箱入口111和贮存箱出口112正对设置在同一轴线上，这样有利于降低航天器大容量贮箱设计和生产的难度，保证推进剂输出过程中贮存箱11内推进器的平稳排出，对贮存大量推进剂的同时提高贮存箱发防漩防晃有利。此外，推力器工作时(有一定飞行过载)还能提供不夹气推进剂供给的能力。同时，为保证推力器不工作时(无飞行过载或飞行过载极小)尽快地向下游推进剂管理装置2提供不夹气推进剂，可在贮存箱出口112处增加推进剂收集装置。
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，推进剂管理装置2包括：用于贮存推进剂的主箱体21，设置在主箱体21相对两端的主箱体入口211和主箱体出口212，用于收集推进剂的收集装置22，以及用于接收收集装置22输送的推进剂的蓄液器23。收集装置22与主箱体入口211之间间隔设置，进而在收集装置22与主箱体入口211之间可构成用于储存高压气体的空腔区域。在本实施方式中，在主箱体21中，收集装置22和蓄液器23依次相互连接。主箱体入口211与主箱体21相连通，主箱体出口212与蓄液器23相连通。在本实施方式中，主箱体入口211和主箱体出口212位于主箱体21的中心轴线上。在本实施方式中，推进剂管理装置2采用表面张力贮箱管理装置，其兼具推进剂贮存和管理能力，可时刻为下游的推力器提供不夹气推进剂，保证推力器高效可靠地工作，同时需要具备防漩防晃能力。管理装置的总容积满足在轨飞行时推力器开始工作初期上游推进剂贮存装置中推进剂完成沉底前向下游输送的气体量以及并联贮箱中单只贮箱推进剂消耗完成供给管路关闭前向下游输送的气体量，推进剂管理装置2保证了管理装置中充填上述气体后仍能向下游供给不夹气推进剂。推进剂管理装置2液体出口处设置蓄液器23，在推力器工作时保证不夹气供给液体推进剂，同时在推力器不工作时能蓄留住液体推进剂，保证下次推力器开机推进剂沉底到蓄液器23前向下游提供不夹气液体推进剂的能力。
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，收集装置22包括收集通道221和收集叶片222。在本实施方式中，收集通道221为一管状体其相对的两端分别与主箱体21内部空腔和蓄液器23相连通，收集叶片222沿收集通道221的周向均匀分布在收集通道221的外壁上。通过设置收集叶片222在收集通道221上有利于进一步收集在主箱体21内的液体推进剂，使其回流到蓄液器23中，提高了回收效果。
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，沿收集通道221的轴向，收集通道221为径向逐渐变大的锥形管状体，其大直径端与主箱体21内部空腔相互连通，其小直径端与蓄液器23相连通。根据本发明，通过将收集通道221设置为锥形管，保证了能够更多的将增压装置22中产生的也推进剂汇集到蓄液器23中，保证了对推力器充足的推进剂供应，保证了飞行器的正常飞行和精确控制。
如图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式，推进剂贮存装置1为一个或并联设置有多个。在本实施方式中，推进剂贮存装置1的贮存箱入口111连接有增压气瓶4，且增压气瓶4与贮存箱入口111的连接管路上设置有第二控制阀5。通过设置增压气瓶4保证了推进剂贮存装置1中的推进器能够被充分排出，劲儿使推进剂贮存装置1中的推进剂能够被充分利用，有效提高了采用本发明的飞行器上能源的利用效率。
如图2所示，根据本发明的一种实施方式，推进剂贮存装置1为多个。在本实施方式中，推进剂贮存装置1设置有两个(当然还可以是三个、四个或者更多个)。两个推进剂贮存装置1上的贮存箱入口111相互连通，且在连通管路上设置有第三控制阀6。推进剂贮存装置1上的贮存箱出口112相互连通且采用输送管路与推进剂管理装置2的主箱体入口211相连通，且贮存箱出口112分别设置有第四控制阀7。在本实施方式中，采用同种推进剂并联推进剂贮存装置1共用推进剂管理装置2的方式。由于推进剂管理装置2允许上游推进剂贮存装置1供给一定量增压气体，在检测到贮存箱11中推进剂消耗完后即关闭该贮存箱11供给路，另外的贮存箱11可继续工作为下游推进剂管理装置2和推力器供给不夹气推进剂，从而解决了并联贮箱排放不均衡问题，提高了系统推进剂利用率。此外，这种推进剂存贮装置和推进剂管理装置分体设计后，通过调整推进剂输送管路尺寸参数和布局，可实现推进剂管理装置和推进剂管理装置的在航天器上的灵活布局安装。
参见图2所示，航天器发射时，大部分推进剂装填在并联设置的推进剂贮存装置1中，小部分推进剂贮存在推进剂管理装置2中。航天器入轨后在推力器开始工作初期，推进剂贮存装置1中推进剂在飞行过载作用下完成推进剂沉底前，并联的推进剂贮存装置1会向下游推进剂管理装置2输送一定量的夹气推进剂，推进剂完成沉底后，可向下游推进剂管理装置2中输送不夹气推进剂，推进剂管理装置2中的推进剂在主箱体21和蓄液器23管理下，向下游推力器供给不夹气推进剂，推力器按工作输出推力和冲量。
上述内容仅为本发明的具体方案的例子，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。
以上所述仅为本发明的一个方案而已，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 (7)

1.一种航天器推进剂贮存与管理分体式系统，其特征在于，包括：推进剂贮存装置(1)和推进剂管理装置(2)；
所述推进剂贮存装置(1)和所述推进剂管理装置(2)相互连通，且在连通的管路上设置有第一控制阀(3)。
2.根据权利要求1所述的航天器推进剂贮存与管理分体式系统，其特征在于，所述推进剂贮存装置(1)包括：用于贮存推进剂的贮存箱(11)，设置在所述贮存箱(11)相对两端的贮存箱入口(111)和贮存箱出口(112)；
所述贮存箱入口(111)和所述贮存箱出口(112)位于所述贮存箱(11)的中心轴线上且正对设置。
3.根据权利要求1或2所述的航天器推进剂贮存与管理分体式系统，其特征在于，所述推进剂管理装置(2)包括：用于贮存推进剂的主箱体(21)，设置在所述主箱体(21)相对两端的主箱体入口(211)和主箱体出口(212)，用于收集推进剂的收集装置(22)，以及用于接收所述收集装置(22)输送的推进剂的蓄液器(23)；
在所述主箱体(21)中，所述收集装置(22)和所述蓄液器(23)依次相互连接；
所述主箱体入口(211)与所述增压装置(22)相连通，所述主箱体出口(212)与所述蓄液器(23)相连通；
所述主箱体入口(211)和所述主箱体出口(212)位于所述主箱体(21)的中心轴线上。
4.根据权利要求3所述的航天器推进剂贮存与管理分体式系统，其特征在于，所述收集装置(22)包括收集通道(221)和收集叶片(222)；
所述收集通道(221)为一管状体其相对的两端分别与所述增压装置(22)和所述蓄液器(23)相连通，所述收集叶片(222)沿所述收集通道(221)的周向均匀分布在所述收集通道(221)的外壁上。
5.根据权利要求4所述的航天器推进剂贮存与管理分体式系统，其特征在于，沿所述收集通道(221)的轴向，所述收集通道(221)的两端分别与所述主箱体(21)和所述蓄液器(23)相连通。
6.根据权利要求5所述的航天器推进剂贮存与管理分体式系统，其特征在于，所述推进剂贮存装置(1)为一个或并联设置有多个；
所述推进剂贮存装置(1)的所述贮存箱入口(111)连接有增压气瓶(4)，且所述增压气瓶(4)与所述贮存箱入口(111)的连接管路上设置有第二控制阀(5)。
7.根据权利要求6所述的航天器推进剂贮存与管理分体式系统，其特征在于，所述推进剂贮存装置(1)为多个；
所述推进剂贮存装置(1)上的所述贮存箱入口(111)相互连通，且在连通管路上设置有第三控制阀(6)；
所述推进剂贮存装置(1)上的所述贮存箱出口(112)相互连通且采用输送管路与所述推进剂管理装置(2)的所述主箱体入口(211)相连通，且所述贮存箱出口(112)分别设置有第四控制阀(7)。
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