CN111120150A - 提高航天器推进系统液路管理系统性能的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种提高航天器推进系统液路管理系统性能的方法及装置，包括如下步骤：步骤1，在采用并联贮箱的推进系统的每个贮箱下游并联两个液路常闭电爆阀；步骤2，在主份电爆阀壳体靠近电爆管处布置两个测温点；步骤3，在进行液路管路充填前，对主份电爆阀上的所有测温点启动温度采集；步骤4，进行液路管路充填时，先起爆并联贮箱下游的主份电爆阀，同步判读液路常闭电爆阀壳体温度；步骤5，若测得某一电爆阀上的两路测点的温度均发生了明显变化，则判定该电爆阀已成功起爆，否则，认为该电爆阀未成功起爆；步骤6，若判定某一电爆阀未电爆，则及时发指令起爆与之并联的电爆阀。

Description

提高航天器推进系统液路管理系统性能的方法及装置

技术领域

本发明涉及航天器双组元推进系统推进剂的供给方法，具体地，涉及一种提高航天器推进系统液路管理系统性能的方法及装置。

背景技术

航天器双组元推进系统中，通常采用甲基肼/四氧化二氮自燃推进剂组合，这两种燃料在常温下是液体，具有混合后自燃、易爆、有毒等特点，因此不允许泄漏。氧化剂和燃料若在非工作状态接触则会直接发生燃烧和爆炸，对地面的产品、设备和人员的安全性构成很大威胁，因此在使用中非常重视各种安全性措施。为提高推进剂加注过程中、加注后贮存期间以及发射过程中的安全性和可靠性，通常采用破裂膜片、或自锁阀、或液路常闭电爆阀将贮箱和发动机隔离，防止发动机误点火产生安全事故。传统的如专利文献CN110525695A所公开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。

目前，公知的做法主要有以下几种：每个贮箱下游仅通过破裂膜片管理推进剂(方案A)、每个贮箱下游仅采用单个自锁阀管理推进剂(方案B)、每个贮箱下游采用并联自锁阀管理推进剂(方案C)、每个贮箱下游仅采用单个电爆阀管理推进剂(方案D)、并联贮箱下游采用桥式电爆阀管理推进剂(方案E)以及每个贮箱下游采用并联电爆阀管理推进剂(无有效判读措施)(方案F)。破裂膜片在实际使用时发现易于破裂，且飞行产品破裂压力事先不可测，因此，在安全性要求极高的场合不建议使用方案A。自锁阀在实际使用中存在误动作或通电不动作的可能，虽然可通过加严质量控制降低故障发生概率，但无法彻底杜绝，因此，方案B和方案C在可靠性、安全性要求特别高的场合不建议使用。电爆阀的承压安全裕度和切破安全裕度通常很大，通常，只要电爆管正常起爆，就可以认为电爆阀已正常起爆。因此，电爆阀的可靠度从一定程度上可以认为是电爆管起爆的可靠度。而电爆管是否起爆通常受电爆管和起爆电路两个因素影响，可通过加强测试来降低发生故障的可靠性，但无法彻底杜绝。在结构质量及可靠性要求较高的场合，通常采用方案D，但该方案仍存在电爆阀打不开的情况。为了在结构质量增加较少的情况下消除电爆阀打不开的单点故障，增加了桥路电爆阀，即方案E，但在实际使用中发现，如果某路电爆阀未正常起爆，则无法满足并联贮箱均衡排放精度要求。为了追求更高的可靠性，部分场合中采用方案F，实际使用时，若要求很高的均衡排放精度，则并联电爆阀均应起爆或每个贮箱下游仅起爆一路电爆阀(取其一)，但实际上，无法保证100％成功起爆。如果某路电爆阀未正常起爆，当电爆阀流阻在液路系统中所占的比例不可忽略时，无法解决对并联贮箱均衡排放精度及系统混合比精度有很高要求的难题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种提高航天器推进系统液路管理系统性能的方法及装置。

根据本发明提供的一种提高航天器推进系统液路管理系统性能的方法，包括如下步骤：

步骤1，在采用并联贮箱的推进系统的每个贮箱下游并联两个液路常闭电爆阀；

步骤2，在主份电爆阀壳体靠近电爆管处布置两个测温点；

步骤3，在进行液路管路充填前，对主份电爆阀上的所有测温点启动温度采集；

步骤4，进行液路管路充填时，先起爆并联贮箱下游的主份电爆阀，同步判读液路常闭电爆阀壳体温度；

步骤5，若测得某一电爆阀上的两路测点的温度均发生了明显变化，则判定该电爆阀已成功起爆，否则，认为该电爆阀未成功起爆；

步骤6，若判定某一电爆阀未电爆，则及时发指令起爆与之并联的电爆阀。

优选地，所述步骤1中两个液路常闭电爆阀流阻一致。

优选地，所述步骤2中两个测温点互为备份。

优选地，所述步骤1中两个液路常闭电爆阀互为备份，且各自所在管路的流阻一致。

优选地，所述步骤5中电爆阀成功起爆的判定准则为电爆前、后，主份电爆阀壳体靠近电爆管处温度变化量不小于50℃，且超过50℃的持续时间不少于10s。

根据本发明提供的一种提高航天器推进系统液路管理系统性能的装置，包括如下模块：

模块M1，在采用并联贮箱的推进系统的每个贮箱下游并联两个液路常闭电爆阀；

模块M2，在主份电爆阀壳体靠近电爆管处布置两个测温点；

模块M3，在进行液路管路充填前，对主份电爆阀上的所有测温点启动温度采集；

模块M4，进行液路管路充填时，先起爆并联贮箱下游的主份电爆阀，同步判读液路常闭电爆阀壳体温度；

模块M5，若测得某一电爆阀上的两路测点的温度均发生了明显变化，则判定该电爆阀已成功起爆，否则，认为该电爆阀未成功起爆；

模块M6，若判定某一电爆阀未电爆，则及时发指令起爆与之并联的电爆阀。

优选地，所述模块M1中两个液路常闭电爆阀流阻一致。

优选地，所述模块M2中两个测温点互为备份。

优选地，所述模块M1中两个液路常闭电爆阀互为备份，且各自所在管路的流阻一致。

优选地，所述模块M5中电爆阀成功起爆的判定准则为电爆前、后，主份电爆阀壳体靠近电爆管处温度变化量不小于50℃，且超过50℃的持续时间不少于10s。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、运用通过“监测电爆阀壳体近电爆管处电爆前后一段时间的温度来判断电爆阀是否正常起爆，如果判定未起爆，再发指令电爆与之并联的电爆阀”的方法，可使每个贮箱下游只有一路电爆阀处于起爆状态，既可提高并联贮箱均衡排放精度、系统混合比精度，又可提高液路管理系统的可靠性。

2、在主份电爆阀上设置了两个温度测点，若两路都未反映出温度明显升高，则认为电爆阀未起爆，降低了基于单个温度测点进行判断的易误判的风险。

3、仅在主路电爆阀上设置了温度测点，节约了对遥测资源的需求，降低了综合成本。

4、可应用于对并联贮箱均衡排放精度、混合比精度以及液路隔离可靠性有很高要求的航天器推进系统中。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明对应的液路管理系统示意图。

图2为本发明具体实施的流程图。

图3为并联贮箱推进系统简要原理及应用本发明前的效果示意图。

图4为并联贮箱推进系统简要原理及应用本发明后的效果示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1至图2所示，根据本发明提供的一种提高航天器推进系统液路管理系统性能的方法，包括如下步骤：

步骤1，在采用并联贮箱的推进系统的每个贮箱下游并联两个液路常闭电爆阀；

步骤2，在主份电爆阀壳体靠近电爆管处布置两个测温点；

步骤3，在进行液路管路充填前，对主份电爆阀上的所有测温点启动温度采集；

步骤4，进行液路管路充填时，先起爆并联贮箱下游的主份电爆阀，同步判读液路常闭电爆阀壳体温度；

步骤5，若测得某一电爆阀上的两路测点的温度均发生了明显变化，则判定该电爆阀已成功起爆，否则，认为该电爆阀未成功起爆；

步骤6，若判定某一电爆阀未电爆，则及时发指令起爆与之并联的电爆阀。

所述步骤1中两个液路常闭电爆阀流阻一致；所述步骤2中两个测温点互为备份；所述步骤1中两个液路常闭电爆阀互为备份，且各自所在管路的流阻一致；所述步骤5中电爆阀成功起爆的判定准则为电爆前、后，主份电爆阀壳体靠近电爆管处温度变化量不小于50℃，且超过50℃的持续时间不少于10s。在优选例中，步骤1，起爆并联贮箱下游的主份电爆阀。需要注意的是，对于并联贮箱均衡排放指标有较高要求的场合，系统液路管路设计时应确保：贮箱下游并联电爆阀所在两个支路的流阻一致；同种推进剂贮箱下游的主、备份电爆阀的流阻一致。步骤2，主份电爆阀起爆后，及时监测布置在主份电爆阀上的2路测温点在起爆前、后的温度变化情况，若同一电爆阀上两路温度测点测得的温度变化量均不小于50℃，且超过50℃的时间不少于10s，则判定电爆阀已正常起爆，否则判定为未成功起爆。步骤3，如果判定主份电爆阀已起爆，则不再对与之并联的备份电爆阀发电爆指令，否则，在1min内对与未起爆的主份电爆阀并联的备份电爆阀发送起爆指令使之电爆。

根据本发明一种提高航天器推进系统液路管理系统性能的装置，包括如下模块：

模块M1，在采用并联贮箱的推进系统的每个贮箱下游并联两个液路常闭电爆阀；

模块M2，在主份电爆阀壳体靠近电爆管处布置两个测温点；

模块M3，在进行液路管路充填前，对主份电爆阀上的所有测温点启动温度采集；

模块M4，进行液路管路充填时，先起爆并联贮箱下游的主份电爆阀，同步判读液路常闭电爆阀壳体温度；

模块M5，若测得某一电爆阀上的两路测点的温度均发生了明显变化，则判定该电爆阀已成功起爆，否则，认为该电爆阀未成功起爆；

模块M6，若判定某一电爆阀未电爆，则及时发指令起爆与之并联的电爆阀。

所述模块M1中两个液路常闭电爆阀流阻一致；所述模块M2中两个测温点互为备份；所述模块M1中两个液路常闭电爆阀互为备份，且各自所在管路的流阻一致；所述模块M5中电爆阀成功起爆的判定准则为电爆前、后，主份电爆阀壳体靠近电爆管处温度变化量不小于50℃，且超过50℃的持续时间不少于10s。

在优选例中，如图2所示，本发明采用的液路管理系统由氧化剂贮箱1、氧化剂贮箱2、燃料贮箱3、燃料贮箱4、贮箱1下游主份电爆阀5、贮箱1下游备份电爆阀6、贮箱2下游主份电爆阀7、贮箱2下游备份电爆阀8、贮箱3下游主份电爆阀9、贮箱3下游备份电爆阀10、贮箱4下游主份电爆阀11、贮箱4下游备份电爆阀12、主份电爆阀5上主份测温点13、主份电爆阀5上备份测温点14、主份电爆阀7上主份测温点15、主份电爆阀7上备份测温点16、主份电爆阀9上主份测温点17、主份电爆阀9上备份测温点19、主份电爆阀11上主份测温点20、主份电爆阀11上备份测温点21、贮箱进气管路22、氧化剂液路管路22和燃料液路管路23组成。贮箱1和贮箱2为氧化剂路并联贮箱，贮箱3和贮箱4为燃料路并联贮箱。

本发明的具体内容主要体现在：在并联电爆阀的主份电爆阀上设置了互为备份的温度测点，通过主份电爆阀的电爆管电爆后温度是否会明显升高以判断主份电爆阀是否已起爆。判据成立的立足点是电爆管电爆前、后，电爆阀上测得的温度变化能否表征该电爆阀的阀芯已成功打开。根据技术分析与试验验证，证明只要电爆管起爆，则电爆阀壳体靠近电爆管处的温度会有明显上升，常温下电爆，壳体靠近电爆管处温度会高于90℃，且持续时间会大于1min。此外，电爆阀在设计时设计有8倍以上切破安全裕度以及2倍以上壳体承压安全裕度，并在研制过程中进行了常温电爆试验、高温大药量电爆试验、低温小药量电爆试验以及带介质电爆试验，认为只要电爆管电爆，电爆阀的阀芯就可正常动作，从而为“并联电爆阀按需起爆策略”奠定了实践基础。

图3、图4是并联贮箱推进系统简要原理及应用本发明前、后的效果示意图，其中黑色表示该阀已起爆。图中电爆阀有黑色填充的表示正常电爆。图3为未应用本发明前，即并联贮箱下游的并联电爆阀同时起爆方案，可能存在虽然控制系统发出了电爆阀起爆指令，但其中某路电爆阀未电爆的情况。此时，推进系统就处于“瘸腿”状态，则可能会因管路流阻差异导致并联贮箱的推进剂流量产生较大差异，另外，还将导致系统混合比产生较大偏离，进而导致发动机推力不满足任务要求，最终将导致推进剂不能全部、有效利用。图4为应用本发明，即采用并联电爆阀按需起爆策略后的情况。可确保每个贮箱下游仅有一个电爆阀正常起爆，这样每个贮箱所在流路的流阻就处于受控状态，进而可保证并联贮箱均衡排放精度以及系统混合比精度。在每个主份电爆阀上设置了两个测点，只有两个测点测得的温度均无明显升高才判定电爆管未工作，可有效降低基于单个测温点判读带来的误判的风险。此外，由于仅在主份电爆阀上设置了测温点，有效减少了判读电爆阀温度对遥测资源的需求。只有当电爆管正常起爆但电爆阀阀芯未动作或两路测温点温度数据均未采集到或遥测信号处理错误才有可能造成系统不能正常工作，而这样的概率极少，可忽略。本发明一种提高航天器推进系统液路管理系统性能的方法，已成功应用于探月三期探测器推进分系统中。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种提高航天器推进系统液路管理系统性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，在采用并联贮箱的推进系统的每个贮箱下游并联两个液路常闭电爆阀；

步骤2，在主份电爆阀壳体靠近电爆管处布置两个测温点；

步骤3，在进行液路管路充填前，对主份电爆阀上的所有测温点启动温度采集；

步骤4，进行液路管路充填时，先起爆并联贮箱下游的主份电爆阀，同步判读液路常闭电爆阀壳体温度；

步骤5，若测得某一电爆阀上的两路测点的温度均发生了明显变化，则判定该电爆阀已成功起爆，否则，认为该电爆阀未成功起爆；

步骤6，若判定某一电爆阀未电爆，则及时发指令起爆与之并联的电爆阀。

2.根据权利要求1所述的提高航天器推进系统液路管理系统性能的方法，其特征在于，所述步骤1中两个液路常闭电爆阀流阻一致。

3.根据权利要求1所述的提高航天器推进系统液路管理系统性能的方法，其特征在于，所述步骤2中两个测温点互为备份。

4.根据权利要求1所述的提高航天器推进系统液路管理系统性能的方法，其特征在于，所述步骤1中两个液路常闭电爆阀互为备份，且各自所在管路的流阻一致。

5.根据权利要求1所述的提高航天器推进系统液路管理系统性能的方法，其特征在于，所述步骤5中电爆阀成功起爆的判定准则为电爆前、后，主份电爆阀壳体靠近电爆管处温度变化量不小于50℃，且超过50℃的持续时间不少于10s。

6.一种提高航天器推进系统液路管理系统性能的装置，其特征在于，包括如下模块：

模块M1，在采用并联贮箱的推进系统的每个贮箱下游并联两个液路常闭电爆阀；

模块M2，在主份电爆阀壳体靠近电爆管处布置两个测温点；

模块M3，在进行液路管路充填前，对主份电爆阀上的所有测温点启动温度采集；

模块M4，进行液路管路充填时，先起爆并联贮箱下游的主份电爆阀，同步判读液路常闭电爆阀壳体温度；

模块M5，若测得某一电爆阀上的两路测点的温度均发生了明显变化，则判定该电爆阀已成功起爆，否则，认为该电爆阀未成功起爆；

模块M6，若判定某一电爆阀未电爆，则及时发指令起爆与之并联的电爆阀。

7.根据权利要求6所述的提高航天器推进系统液路管理系统性能的装置，其特征在于，所述模块M1中两个液路常闭电爆阀流阻一致。

8.根据权利要求6所述的提高航天器推进系统液路管理系统性能的装置，其特征在于，所述模块M2中两个测温点互为备份。

9.根据权利要求6所述的提高航天器推进系统液路管理系统性能的装置，其特征在于，所述模块M1中两个液路常闭电爆阀互为备份，且各自所在管路的流阻一致。

10.根据权利要求6所述的提高航天器推进系统液路管理系统性能的装置，其特征在于，所述模块M5中电爆阀成功起爆的判定准则为电爆前、后，主份电爆阀壳体靠近电爆管处温度变化量不小于50℃，且超过50℃的持续时间不少于10s。

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