CN112282968A - 一种推进剂内输送的低温共底贮箱 - Google Patents

一种推进剂内输送的低温共底贮箱 Download PDF

Info

Publication number
CN112282968A
CN112282968A CN202011073886.4A CN202011073886A CN112282968A CN 112282968 A CN112282968 A CN 112282968A CN 202011073886 A CN202011073886 A CN 202011073886A CN 112282968 A CN112282968 A CN 112282968A
Authority
CN
China
Prior art keywords
low
temperature
common
propellant
double
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011073886.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112282968B (zh
Inventor
王鹏
王非凡
鄢东洋
刘德博
胡正根
杨瑞生
牛沫雯
朱文俐
潘桢
董曼红
刘力源
张健
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Astronautical Systems Engineering
Original Assignee
Beijing Institute of Astronautical Systems Engineering
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Astronautical Systems Engineering filed Critical Beijing Institute of Astronautical Systems Engineering
Priority to CN202011073886.4A priority Critical patent/CN112282968B/zh
Publication of CN112282968A publication Critical patent/CN112282968A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112282968B publication Critical patent/CN112282968B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/60—Constructional parts; Details not otherwise provided for
    • F02K9/605—Reservoirs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/44—Feeding propellants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/60—Constructional parts; Details not otherwise provided for

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

本发明一种推进剂内输送的低温共底贮箱，包括：前箱、后箱、共底过渡环、低温共底、消漩防塌装置和双层内输送管路；后箱的底部作为低温共底贮箱的后底；低温共底与双层内输送管路具备绝热功能，均采用双层结构；低温共底，包括：上底、下底、绝热支撑层；低温共底中部为中空结构，贯穿上底、绝热支撑层和下底；低温共底的上底与下底分别与共底过渡环连接，由共底过渡环连接前箱和后箱；低温共底的上底与下底的中心通过第一连接结构与双层内输送管路的一端密封连接，双层内输送管路的另一端通过第二连接结构与低温共底贮箱的后底密封连接；使得本发明的低温共底贮箱具有更优的气动外形、工艺可达性、绝热性，是一种更高效可靠的低温共底贮箱。

Description

一种推进剂内输送的低温共底贮箱
技术领域
本发明涉及一种推进剂内输送的低温共底贮箱，属于运载火箭贮箱结构技术领域。
背景技术
目前低温共底贮箱输送管位于箱体外部，低温共底贮箱推进剂外输送存在的问题有：外部输送管固定在贮箱筒段外壁上，因发动机推进剂流量需要和绝热防护包覆导致输送管的直径尺寸较大，影响火箭的气动外形；输送管在贮箱外侧的环境温度为大气温度，热传导梯度较大，从而导致低温推进剂的蒸发量增加。
发明内容
本发明解决的技术问题为：克服上述现有技术的不足，提供一种推进剂内输送的低温共底贮箱，使得低温共底贮箱具有更优的气动外形、工艺可达性、绝热性，是一种更高效可靠的低温共底贮箱。
本发明解决的技术方案为：一种推进剂内输送的低温共底贮箱，包括：前箱、后箱、共底过渡环、低温共底、第一连接结构、第二连接结构、消漩防塌装置和双层内输送管路；后箱的底部作为低温共底贮箱的后底；
低温共底与双层内输送管路具备绝热功能，均采用双层结构；
低温共底，包括：上底、下底；上底与下底之间设置绝热支撑层；低温共底中部为中空结构，贯穿上底、绝热支撑层和下底；
低温共底的上底与下底分别与共底过渡环连接，由共底过渡环连接前箱和后箱；
低温共底的上底与下底的中心通过第一连接结构与双层内输送管路的一端密封连接，双层内输送管路的另一端通过第二连接结构与低温共底贮箱的后底密封连接；
双层内输送管路间装有气体；在加注低温推进剂后，双层内输送管路间的气体因低温凝固而使双层内输送管路间气压骤降，降低热传导；
第一连接结构为回转体，在第一连接结构的内侧焊接装配消漩防塌装置，
双层内输送管路内设有轴向错位分布的长度补偿装置；
双层内输送管路内间段布置非金属绝热材料，同时保证双层内输送管路间真空绝热。
优选的，在低温共底与双层内输送管路连接处的第一连接结构采用分体式、非金属绝热紧固连接回转体结构。
优选的，前箱内装有推进剂，推进剂通过双层内输送管路排出时，消漩防塌装置控制排出的推进剂的流动方式，防止产生漩涡。
优选的，第一连接结构内具有密封结构，保证在加注低温推进剂后，两层内输送管路间的气体因低温凝固而使管间气压骤降，达到降低热传导的效果；
优选的，双层内输送管路的装配长度补偿装置为存在波纹结构，双层内输送管路内装配的长度补偿装置沿轴向错位布置，降低波纹结构的长度补偿装置上的传热面加大的波纹区域的热传导。
优选的，在两层内输送管路内间段布置非金属绝热材料，防止在低温共底贮箱加注、增压状态时，双层内输送管路受液柱压力及气枕压力联合作用下变形贴近，避免给推进剂形成凝固点以下的极度恶劣的温度环境，同时保证双层内输送管路间真空绝热作用；液柱压力指贮箱内推进剂液面高度产生的压力，极度恶劣的温度环境是指使推进剂发生凝固的温度环境。
优选的，前箱，具有上半球段与两端开口的圆柱体段，两端开口的圆柱体段的一端与上半球段密封连接，形成前箱的顶部；两端开口的圆柱体段的另一端通过共底过渡环中的低温共底上底过渡环(1)与低温共底的上底密封连接。
优选的，后箱，具有下半球段与两端开口的圆柱体段，两端开口的圆柱体段的一端与下半球段密封连接，形成后箱的底部；两端开口的圆柱体段的另一端通过共底过渡环中的低温共底下底过渡环(2)与低温共底的下底密封连接。
优选的，低温共底的上底通过低温共底上底过渡环(1)与前箱连接；低温共底的下底通过低温共底下底过渡环(2)与后箱连接；低温共底上底过渡环(1)与低温共底下底过渡环(2)的连接面设置过渡环隔热结构(4)。
优选的，低温共底是回转截面为弧形的回转体结构，形成半球形状。
优选的，前箱上靠近前箱的两端开口的圆柱体段的另一端设置前箱加注口；后箱上靠近后箱的两端开口的圆柱体段的一端设置前箱加注口；
优选的，前箱顶部和后箱底部上均设有固定件，以固定低温共底贮箱。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明提出了一种推进剂内输送的低温共底贮箱，取消了外部推进剂输送管路，取消了箱筒段上的法兰“马鞍形”焊缝，使得低温共底贮箱具有更优的气动外形、工艺可达性、绝热性。为运载火箭总体设计提供更高效可靠的低温共底贮箱设计方案。
(2)本发明提出的第一连接结构、第二连接结构为分体式、非金属绝热紧固连接回转体结构，解决了低温共底与内输送管路连接处的绝热问题和推进剂管理装置的安装需求，同时连接结构的密封结构保证在加注低温推进剂后，两层内输送管路间的气体因低温凝固而使管间气压骤降，达到降低热传导的效果。
(3)本发明提出的装配长度补偿装置轴向错位布置设计，可降低大传热面积波纹区域的热传导。
(4)本发明提出的两层内输送管路内间段布置非金属绝热材料方案，可防止在贮箱加注、增压状态时，两层内输送管路因液柱及气枕压力联合作用下变形贴合，避免给推进剂形成极度恶劣的温度环境。
(5)本发明解决了现有外部输送方案不可避免的要在箱筒段上开口焊接法兰，“马鞍形”焊缝使法兰的热力环境不均匀，最终影响法兰的平面度的问题
附图说明
图1为一种推进剂内输送的低温共底贮箱简图；
图2为该贮箱共底在过渡环处的结构方案简图；
图3为该贮箱共底在内输送管路处的结构方案简图；
图4为该贮箱后底在内输送管路处的结构方案简图；
图5为低温共底与内输送管路连接处的分体式、非金属绝热紧固连接回转体结构7放大示意图；
图6为该贮箱后底与内输送管路的连接结构15放大示意图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。
本发明一种推进剂内输送的低温共底贮箱，包括：前箱、后箱、共底过渡环、低温共底、消漩防塌装置和双层内输送管路；后箱的底部作为低温共底贮箱的后底；低温共底与双层内输送管路具备绝热功能，均采用双层结构；低温共底，包括：上底、下底、绝热支撑层；低温共底中部为中空结构，贯穿上底、绝热支撑层和下底；低温共底的上底与下底分别与共底过渡环连接，由共底过渡环连接前箱和后箱；低温共底的上底与下底的中心通过第一连接结构与双层内输送管路的一端密封连接，双层内输送管路的另一端通过第二连接结构与低温共底贮箱的后底密封连接；使得本发明的低温共底贮箱具有更优的气动外形、工艺可达性、绝热性，是一种更高效可靠的低温共底贮箱。
本发明的推进剂内输送的低温共底贮箱适用于轴向高度有严格要求或有结构减重迫切需求的低温推进剂运载火箭，在同时追求更优的气动外形、绝热性能的情况下。
在推进剂内输送的低温共底贮箱中，共底结构可有效缩短弹箭体结构的高度，减小弹箭体的长径比，有利于增加弹箭体的稳定性，能有效降低火箭自身重量，提高结构效率等优点。同时，推进剂内输送可以避免采用贮箱外的推进剂输送管路，因推进剂与外界环境的温差较大，贮箱外的推进剂输送管路使得贮箱绝热性能下降。
但共底和内输送管路连接处的结构相对复杂，且连接处绝热设计包络空间相对狭小，因此急需发明一种推进剂内输送的低温共底贮箱。
本发明的主体思路是在低温共底贮箱中采用高效可靠的推进剂内输送的方案，适用于低温与常温推进剂、或低温与低温推进剂组合的共底贮箱。
本发明一种推进剂内输送的低温共底贮箱，包括：前箱、后箱、共底过渡环、低温共底、第一连接结构、第二连接结构、消漩防塌装置和双层内输送管路；后箱的底部作为低温共底贮箱的后底；
低温共底与双层内输送管路具备绝热功能，均采用双层结构；
低温共底，包括：上底、下底；上底与下底之间设置绝热支撑层；低温共底中部为中空结构，贯穿上底、绝热支撑层和下底；
低温共底的上底与下底分别与共底过渡环连接，由共底过渡环连接前箱和后箱；
低温共底的上底与下底的中心通过第一连接结构与双层内输送管路的一端密封连接，双层内输送管路的另一端通过第二连接结构与低温共底贮箱的后底密封连接；
双层内输送管路间装有气体；在前箱或后箱加注低温推进剂后，使得双层内输送管路管壁的温度骤降，同时由于第一连接结构与第二连接结构处的密封作用，双层内输送管路间的气体因低温凝固而使双层内输送管路间气压骤降，降低前箱和后箱内推进剂之间的热传导；
第一连接结构为回转体，在第一连接结构的内侧焊接装配消漩防塌装置，此处为前箱推进剂流通面积明显减小的位置，液面易产生漩涡和塌陷，在此处装配消漩防塌装置可以防止漩涡和塌陷，从而减小推进剂夹杂气泡的可能，提升推进剂质量。
双层内输送管路内优选设有轴向错位分布的长度补偿装置，双层内输送管路内管和外管的长度补偿装置刚度较弱，可能会产生径向变形，为防止内管和外管的长度补偿装置接触，采用了轴向错位分布方式；
双层内输送管路内间段布置非金属绝热材料，同时保证双层内输送管路间真空绝热，采用间段布置非金属绝热材料，可以减少绝热材料的使用从而减少重量，还可以增加双层内输送管路内的空腔体积，双层内输送管路内真空的绝热效果要优于绝热材料，因此保证双层内输送管路间真空绝热。
优选方案为：在低温共底与双层内输送管路连接处的第一连接结构采用分体式、非金属绝热紧固连接回转体结构。
优选方案为：前箱内装有推进剂，推进剂通过双层内输送管路排出时，消漩防塌装置控制排出的推进剂的流动方式，防止产生漩涡。
优选方案为：第一连接结构内具有密封结构，保证在加注低温推进剂后，两层内输送管路间的气体因低温凝固而使管间气压骤降，达到降低热传导的效果；
优选方案为：双层内输送管路的装配长度补偿装置为存在波纹结构，双层内输送管路内装配的长度补偿装置沿轴向错位布置，降低波纹结构上的传热面加大的波纹区域的热传导。
优选方案为：在两层内输送管路内间段布置非金属绝热材料，防止在低温共底贮箱加注、增压状态时，双层内输送管路受液柱及气枕压力联合作用下变形贴近，避免给推进剂形成极度恶劣的温度环境，同时保证双层内输送管路间真空绝热作用。液柱压力指贮箱内推进剂液面高度产生的压力。极度恶劣的温度环境是指使推进剂发生凝固的温度。
优选方案为：前箱，具有上半球段与两端开口的圆柱体段，两端开口的圆柱体段的一端与上半球段密封连接，形成前箱的顶部；两端开口的圆柱体段的另一端通过共底过渡环中的低温共底上底过渡环(1)与低温共底的上底密封连接。
优选方案为：后箱，具有下半球段与两端开口的圆柱体段，两端开口的圆柱体段的一端与下半球段密封连接，形成后箱的底部；两端开口的圆柱体段的另一端通过共底过渡环中的低温共底下底过渡环(2)与低温共底的下底密封连接。
优选方案为：低温共底的上底通过低温共底上底过渡环(1)与前箱连接；低温共底的下底通过低温共底下底过渡环(2)与后箱连接；低温共底上底过渡环(1)与低温共底下底过渡环(2)的连接面设置过渡环隔热结构(4)。
优选方案为：低温共底是回转截面为弧形的回转体结构，形成半球形状；
优选方案为：前箱上靠近前箱的两端开口的圆柱体段的另一端设置前箱加注口；后箱上靠近后箱的两端开口的圆柱体段的一端设置前箱加注口；
优选方案为：前箱顶部和后箱底部上均设有固定件，以固定低温共底贮箱。
低温共底贮箱，低温优选是指：贮箱所贮存低温推进剂的温度。低温推进剂是指在地面和空间温度下不可贮存、只有在极低环境温度下才能在贮箱内长期保持液态的推进剂。一般来说，低温推进剂有液氢、液氧、液态甲烷等，以上推进剂沸点低于零下150摄氏度。
前箱，优选方案具体为：贮存燃烧剂或氧化剂；由中间圆柱状筒段、两端半椭球形薄壁件组成，圆柱状筒段直径与半椭球的长轴相等，材质优选使用与推进剂相容的金属材料，优选铝合金、不锈钢等。
后箱，优选方案具体为：贮存燃烧剂或氧化剂；由中间圆柱状筒段、中心内输送管路、两端半椭球形薄壁件所围成的封闭空间，圆柱状筒段直径与半椭球的长轴相等，材质使用与推进剂相容的金属材料，优选铝合金、不锈钢等。
共底过渡环，优选方案包括：低温共底上底过渡环(1)、低温共底下底过渡环(2)；低温共底上底过渡环(1)具体为：连接前箱圆柱状筒段、共底上底的回转体结构。材质使用与推进剂相容的金属材料，如铝合金、不锈钢等。
低温共底下底过渡环(2)，优选方案具体为：连接后箱圆柱状筒段、共底下底的回转体结构。材质使用与推进剂相容的金属材料，如铝合金、不锈钢等。。。
低温共底，优选方案包括：上底、下底；上底与下底之间设置绝热支撑层；低温共底中部为中空结构，贯穿上底、绝热支撑层和下底；
上底，优选方案具体为：中心开孔的半椭球形薄壁结构。材质使用与推进剂相容的金属材料，如铝合金、不锈钢等。。。
绝热支撑层，优选方案具体为：填充上底与下底之间的中心开孔的半椭球形结构。材质使用耐低温环境的绝热性能较好的非金属材料，如泡沫夹芯，酚醛蜂窝夹层等。
下底，优选方案具体为：中心开孔的半椭球形薄壁结构。材质使用与推进剂相容的金属材料，如铝合金、不锈钢等。。。
第一连接结构，优选方案包括：上底连接法兰7-1、螺栓7-2、法兰隔热垫圈7-3、螺栓隔热垫片7-4、低温密封圈7-5、下底连接法兰7-6、螺栓7-7、压紧法兰7-8、螺栓隔热垫片7-9、低温密封圈7-10、低温内输送管路外管装配长度补偿装置连接法兰7-11。
通过螺栓7-2、法兰隔热垫圈7-3、螺栓隔热垫片7-4、低温密封圈7-5将上底连接法兰7-1与下底连接法兰7-6连接。低温密封圈7-5的作用为密封内输送管路内的空腔和共底上底与下底间的空间，保证绝热效果。法兰隔热垫圈7-3和螺栓隔热垫片7-4的作用为减少前箱和后箱之间在此处的传热速率。
优选采用螺接方式，将低温内输送管路外管装配长度补偿装置连接法兰7-11、下底连接法兰7-6连接，具体通过螺栓7-7、压紧法兰7-8、螺栓隔热垫片7-9、低温密封圈7-10连接。低温密封圈7-10保证了后箱内的推进剂不会泄漏到内输送管路内，由于此处的密封至关重要，因此使用压紧法兰7-8保证下底连接法兰7-6和低温内输送管路外管装配长度补偿装置连接法兰7-11间压紧。
第二连接结构，优选方案包括：内输送管出口法兰15-1、螺栓15-2、法兰隔热垫圈15-3、螺栓隔热垫片15-4、低温密封圈15-5、后底中心法兰15-6、螺栓隔热垫片15-7、螺栓15-8、三密封帽形环盖15-9、低温密封圈15-10。
采用对接焊形式，将三密封帽形环盖15-9、低温内输送管路外管12连接。保证后箱内的推进剂不会泄漏到内输送管路内。
采用对接焊形式，将后底16、后底中心法兰15-6连接。采用螺接方式，将三密封帽形环盖15-9、后底中心法兰15-6，具体通过螺栓隔热垫片15-7、螺栓15-8、低温密封圈15-10连接。保证后箱内的推进剂不会泄漏到箱外。
采用螺接方式，将三密封帽形环盖15-9、内输送管出口法兰15-1，具体通过螺栓15-2、法兰隔热垫圈15-3、螺栓隔热垫片15-4、低温密封圈15-5连接。低温密封圈15-5的作用为密封内输送管路内的空腔，保证绝热效果。法兰隔热垫圈15-3、螺栓隔热垫片15-4的作用为减少后箱和内输送管路之间在此处的传热速率。
消漩防塌装置，优选方案具体为：由倒圆锥形结构和薄壁三叉支座组成，薄壁三叉支座下方通过三点与第一链接结构焊接装配。前箱推进剂在此处流通面积明显减小，液面易产生漩涡和塌陷，此处消漩防塌装置的倒锥结构可以防止漩涡和塌陷，前箱推进剂从薄壁三叉支座之间留至内输送管路。。。。：
双层内输送管路，优选方案具体为：由内外双层圆柱状薄壁件组成，在内外管路上各设置一段装配长度补偿装置，为波纹形截面的回转体结构，在双层内输送管路的外管上设置有等距的凸波结构。双层内输送管路装配时可能存在内外管程度不匹配的情况，装配长度补偿装置可以解决此问题，保证双层内输送管路与第一连接结构、第二连接结构密封到位。双层内输送管路的外管在推进剂加注后受到后箱中推进剂的外压力，外压易引起外管的失稳，外管上等距的凸波结构可提高抑制外压失稳的性能
本发明是在低温共底贮箱中采用高效可靠的推进剂内输送的方案，适用于低温与常温推进剂、或低温与低温推进剂组合的共底贮箱。
推进剂内输送的低温共底贮箱主要结构形式为：前箱和后箱由共底过渡环连接，低温共底的上底与下底分别与共底过渡环连接，上底与下底的中心端通过连接结构与双层内输送管路连接，内输送管路在后底处通过连接结构与后底连接。
共底与内输送管路需具备绝热功能，均须采用双层结构，因此发明了集双层共底及双层内输送管路的连接、绝热以及推进剂管理装置安装功能的结构方案：在低温共底与内输送管路连接处采用分体式、非金属绝热紧固连接回转体结构，在连接结构的内侧焊接装配推进剂消漩防塌装置，回转体连接结构同时具有密封结构，保证在加注低温推进剂后，两层内输送管路间的气体因低温凝固而使管间气压骤降，达到降低热传导的效果；两层内输送管路的装配长度补偿装置存在传热面较大的波纹结构，为降低大传热面积波纹区域的热传导，提出了两层内输送管路的装配长度补偿装置轴向错位布置设计方案；为防止在贮箱加注、增压状态时，两层内输送管路因液柱及气枕压力联合作用下变形贴近，避免给推进剂形成极度恶劣的温度环境，提出了在两层内输送管路内间段布置非金属绝热材料的设计方案，同时保证内输送管路间真空绝热作用。
本发明提出了一种推进剂内输送的低温共底贮箱结构，图1所示为贮箱整体结构示意图，基本结构特征是：低温共底将贮箱隔为前箱和后箱，在低温共底中心连接了消漩防塌装置以及低温内输送管路，低温内输送管路另一端与后底连接。本发明的关键结构为低温共底过渡环结构、低温共底与低温内输送管路连接结构、低温内输送管路结构、低温内输送管路与后底连接结构。
图2为低温共底过渡环处的结构示意图，是通过沉头螺栓0、低温共底上底过渡环1、下底过渡环2、低温绝热材料3、过渡环隔热结构4、上底圆环5、下底圆环6的焊接与螺接装配连接。
图3为低温共底与低温内输送管路连接处示意图，是通过低温共底与低温内输送管路连接结构7、消漩防塌装置8、低温内输送管路内管9、低温内输送管路外管装配长度补偿装置10、内管绝热材料11、低温内输送管路外管12的焊接与粘接装配连接。其中，低温共底与低温内输送管路连接结构7是由上底连接法兰7-1、螺栓7-2、法兰隔热垫圈7-3、螺栓隔热垫片7-4、低温密封圈7-5、下底连接法兰7-6、螺栓7-7、压紧法兰7-8、螺栓隔热垫片7-9、低温密封圈7-10、低温内输送管路外管装配长度补偿装置连接法兰7-11组成，见图4。通过螺栓7-2、法兰隔热垫圈7-3、螺栓隔热垫片7-4、低温密封圈7-5将上底连接法兰7-1与下底连接法兰7-6连接。低温密封圈7-5的作用为密封内输送管路内的空腔和共底上底与下底间的空间，保证绝热效果。法兰隔热垫圈7-3和螺栓隔热垫片7-4的作用为减少前箱和后箱之间在此处的传热速率。
采用螺接方式，将低温内输送管路外管装配长度补偿装置连接法兰7-11、下底连接法兰7-6连接，具体通过螺栓7-7、压紧法兰7-8、螺栓隔热垫片7-9、低温密封圈7-10连接。低温密封圈7-10保证了后箱内的推进剂不会泄漏到内输送管路内，由于此处的密封至关重要，因此使用压紧法兰7-8保证下底连接法兰7-6和低温内输送管路外管装配长度补偿装置连接法兰7-11间压紧。
图5为低温内输送管路与后底连接处示意图，是通过低温内输送管路内管9、内管绝热材料11、低温内输送管路外管12、低温内输送管路内管装配长度补偿装置13、外管绝热材料14、低温内输送管路与后底连接结构15、后底16的焊接与粘接装配连接。其中，低温内输送管路与后底连接结构15是由内输送管出口法兰15-1、螺栓15-2、法兰隔热垫圈15-3、螺栓隔热垫片15-4、低温密封圈15-5、后底中心法兰15-6、螺栓隔热垫片15-7、螺栓15-8、三密封帽形环盖15-9、低温密封圈15-10组成，见图6。采用对接焊形式，将三密封帽形环盖15-9、低温内输送管路外管12连接。保证后箱内的推进剂不会泄漏到内输送管路内。
采用对接焊形式，将后底16、后底中心法兰15-6连接。采用螺接方式，将三密封帽形环盖15-9、后底中心法兰15-6，具体通过螺栓隔热垫片15-7、螺栓15-8、低温密封圈15-10连接。保证后箱内的推进剂不会泄漏到箱外。
采用螺接方式，将三密封帽形环盖15-9、内输送管出口法兰15-1，具体通过螺栓15-2、法兰隔热垫圈15-3、螺栓隔热垫片15-4、低温密封圈15-5连接。低温密封圈15-5的作用为密封内输送管路内的空腔，保证绝热效果。法兰隔热垫圈15-3、螺栓隔热垫片15-4的作用为减少后箱和内输送管路之间在此处的传热速率。
为保证安装施工可行性及提高贮箱的可靠性与稳定性，优选的具体连接实施方式如下：
步骤一：采用角焊形式，将上底连接法兰7-1与消漩防塌装置8连接；
步骤二：采用对接焊形式，将上底连接法兰7-1与上底圆环5、上底过渡环1依次连接；
步骤三：采用对接焊形式，将下底连接法兰7-6与下底圆环6、下底过渡环2依次连接；
步骤四：采用螺接方式，将低温绝热材料3固定在上底圆环5与下底圆环6之间，具体通过螺栓7-2、法兰隔热垫圈7-3、螺栓隔热垫片7-4、低温密封圈7-5将上底连接法兰7-1与下底连接法兰7-6连接，通过沉头螺栓0、过渡环隔热结构4将上底过渡环1与下底过渡环2连接；
步骤五：采用粘接方式，将若干段内管绝热材料11间隔固定在低温内输送管路内管9外侧，其中一段对应后续安装中内输送管路外管装配长度补偿装置的位置；
步骤六：采用对接焊形式，将低温内输送管路内管9、低温内输送管路内管装配长度补偿装置13、内输送管出口法兰15-1依次连接；
步骤七：采用粘接方式，将外管绝热材料14固定在低温内输送管路外管9内侧，对应后续安装中内输送管路内管装配长度补偿装置的位置；
步骤八：采用对接焊形式，将低温内输送管路外管装配长度补偿装置连接法兰7-11、低温内输送管路外管装配长度补偿装置10、低温内输送管路外管12、低温内输送管路与后底连接结构15依次连接；
步骤九：采用对接焊形式，将后底16、后底中心法兰15-6连接；
步骤十：采用螺接方式，将低温内输送管路外管装配长度补偿装置连接法兰7-11、下底连接法兰7-6连接，具体通过螺栓7-7、压紧法兰7-8、螺栓隔热垫片7-9、低温密封圈7-10连接；
步骤十一：采用螺接方式，将三密封帽形环盖15-9、后底中心法兰15-6，具体通过螺栓隔热垫片15-7、螺栓15-8、低温密封圈15-10连接；
步骤十二：采用螺接方式，将三密封帽形环盖15-9、内输送管出口法兰15-1，具体通过螺栓15-2、法兰隔热垫圈15-3、螺栓隔热垫片15-4、低温密封圈15-5连接；
以上实施步骤仅为一种优选的安装参考顺序，为保证安装工艺可实施性，可根据工艺工装需求进行安装步骤调整。
本发明实现贮箱低温共底绝热性可靠的进一步方案：设前箱推进剂温度T1，后箱推进剂温度T2，绝热支撑层厚度δ，绝热支撑层热导率k。优选满足：|T1-T2|/δ*k<30(W/m2)，可以保证低温共底绝热性可靠，避免在加注过程中出现推进剂结冰的现象。
本发明实现贮箱低温内输送管路外管强度可靠的进一步方案：设低温内输送管路内管9的材料拉伸强度极限应力σ1、壁厚为δ1、直径为D1、所受压力为P1，满足P1*D1/(2*δ1*σ1)<1，可保证低温内输送管路外管强度满足使用要求，不发生破坏。
本发明实现贮箱低温内输送管路绝热性可靠的进一步方案：低温内输送管路内管绝热材料11沿管长度方向的长度L1，内管长度为Ln，低温内输送管路内管装配长度补偿装置13长度为Lnb，满足：3<(Ln-Lnb)/L1<5，可保证低温内输送管路内真空绝热性较好，同时可防止内、外管因压力作用贴合。
本发明实现贮箱低温共底强度可靠的进一步方案：设共底上底厚度δs、材料拉伸强度极限应力σs、承受前箱压力Ps，共底下底厚度δx、材料拉伸强度极限应力σx、承受后箱压力Px，共底曲率半径R2，满足：Ps>Px，且(Ps-Px)<2*(δs*σs+δx*σx)/R2，可保证低温共底强度足够承受来自前箱和后箱的压力。
经验证，本发明低温共底贮箱经过仿真计算，可满足低温共底绝热性满足要求，热流密度<30(W/m2),强度满足使用要求，低温共底和内输送管路中的应力水平低于许用应力，且低温内输送管路内、外管未发生贴合。
本发明提出了一种推进剂内输送的低温共底贮箱，取消了外部推进剂输送管路，取消了箱筒段上的法兰“马鞍形”焊缝，使得低温共底贮箱具有更优的气动外形、工艺可达性、绝热性。为运载火箭总体设计提供更高效可靠的低温共底贮箱设计方案。
(4)本发明提出的两层内输送管路内间段布置非金属绝热材料方案，可防止在贮箱加注、增压状态时，两层内输送管路因液柱及气枕压力联合作用下变形贴合，避免给推进剂形成极度恶劣的温度环境。
(5)本发明解决了现有外部输送方案不可避免的要在箱筒段上开口焊接法兰，“马鞍形”焊缝使法兰的热力环境不均匀，最终影响法兰的平面度的问题
本发明提出的装配长度补偿装置轴向错位布置设计，可降低大传热面积波纹区域的热传导，且本发明提出的第一连接结构、第二连接结构为分体式、非金属绝热紧固连接回转体结构，解决了低温共底与内输送管路连接处的绝热问题和推进剂管理装置的安装需求，同时连接结构的密封结构保证在加注低温推进剂后，两层内输送管路间的气体因低温凝固而使管间气压骤降，达到降低热传导的效果。

Claims (10)

1.一种推进剂内输送的低温共底贮箱，其特征在于包括：前箱、后箱、共底过渡环、低温共底、第一连接结构、第二连接结构、消漩防塌装置和双层内输送管路；后箱的底部作为低温共底贮箱的后底；
低温共底与双层内输送管路具备绝热功能，均采用双层结构；
低温共底，包括：上底、下底；上底与下底之间设置绝热支撑层；低温共底中部为中空结构，贯穿上底、绝热支撑层和下底；
低温共底的上底与下底分别与共底过渡环连接，由共底过渡环连接前箱和后箱；
低温共底的上底与下底的中心通过第一连接结构与双层内输送管路的一端密封连接，双层内输送管路的另一端通过第二连接结构与低温共底贮箱的后底密封连接；
双层内输送管路间装有气体；在加注低温推进剂后，双层内输送管路间的气体因低温凝固而使双层内输送管路间气压骤降，降低热传导；
第一连接结构为回转体，在第一连接结构的内侧焊接装配消漩防塌装置，
双层内输送管路内设有轴向错位分布的长度补偿装置；
双层内输送管路内间段布置非金属绝热材料，同时保证双层内输送管路间真空绝热。
2.根据权利要求1所述的一种推进剂内输送的低温共底贮箱，其特征在于：在低温共底与双层内输送管路连接处的第一连接结构采用分体式、非金属绝热紧固连接回转体结构。
3.根据权利要求1所述的一种推进剂内输送的低温共底贮箱，其特征在于：前箱内装有推进剂，推进剂通过双层内输送管路排出时，消漩防塌装置控制排出的推进剂的流动方式，防止产生漩涡。
4.根据权利要求1所述的一种推进剂内输送的低温共底贮箱，其特征在于：第一连接结构内具有密封结构，保证在加注低温推进剂后，两层内输送管路间的气体因低温凝固而使管间气压骤降，达到降低热传导的效果。
5.根据权利要求1所述的一种推进剂内输送的低温共底贮箱，其特征在于：双层内输送管路的装配长度补偿装置为存在波纹结构，双层内输送管路内装配的长度补偿装置沿轴向错位布置，降低波纹结构的长度补偿装置上的传热面加大的波纹区域的热传导。
6.根据权利要求1所述的一种推进剂内输送的低温共底贮箱，其特征在于：在两层内输送管路内间段布置非金属绝热材料，防止在低温共底贮箱加注、增压状态时，双层内输送管路受液柱压力及气枕压力联合作用下变形贴近，避免给推进剂形成凝固点以下的极度恶劣的温度环境，同时保证双层内输送管路间真空绝热作用；液柱压力指贮箱内推进剂液面高度产生的压力，极度恶劣的温度环境是指使推进剂发生凝固的温度环境。
7.根据权利要求1所述的一种推进剂内输送的低温共底贮箱，其特征在于：前箱，具有上半球段与两端开口的圆柱体段，两端开口的圆柱体段的一端与上半球段密封连接，形成前箱的顶部；两端开口的圆柱体段的另一端通过共底过渡环中的低温共底上底过渡环(1)与低温共底的上底密封连接。
8.根据权利要求1所述的一种推进剂内输送的低温共底贮箱，其特征在于：后箱，具有下半球段与两端开口的圆柱体段，两端开口的圆柱体段的一端与下半球段密封连接，形成后箱的底部；两端开口的圆柱体段的另一端通过共底过渡环中的低温共底下底过渡环(2)与低温共底的下底密封连接。
9.根据权利要求1所述的一种推进剂内输送的低温共底贮箱，其特征在于：低温共底的上底通过低温共底上底过渡环(1)与前箱连接；低温共底的下底通过低温共底下底过渡环(2)与后箱连接；低温共底上底过渡环(1)与低温共底下底过渡环(2)的连接面设置过渡环隔热结构(4)。
10.根据权利要求1所述的一种推进剂内输送的低温共底贮箱，其特征在于：低温共底是回转截面为弧形的回转体结构，形成半球形状。
CN202011073886.4A 2020-10-09 2020-10-09 一种推进剂内输送的低温共底贮箱 Active CN112282968B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011073886.4A CN112282968B (zh) 2020-10-09 2020-10-09 一种推进剂内输送的低温共底贮箱

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011073886.4A CN112282968B (zh) 2020-10-09 2020-10-09 一种推进剂内输送的低温共底贮箱

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112282968A true CN112282968A (zh) 2021-01-29
CN112282968B CN112282968B (zh) 2022-03-04

Family

ID=74423059

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011073886.4A Active CN112282968B (zh) 2020-10-09 2020-10-09 一种推进剂内输送的低温共底贮箱

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112282968B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114183685A (zh) * 2021-10-25 2022-03-15 中国运载火箭技术研究院 一种低温贮箱的承力式绝热支撑结构
CN114922744A (zh) * 2022-03-31 2022-08-19 北京控制工程研究所 一种航天器用承力式低温共底贮箱
CN115539252A (zh) * 2022-11-25 2022-12-30 精易兴航(北京)科技创新有限公司 一种锥型底火箭贮箱结构
CN116025483A (zh) * 2022-12-30 2023-04-28 北京天兵科技有限公司 运载火箭增压系统及运载火箭
CN117869119A (zh) * 2023-12-26 2024-04-12 北京天兵科技有限公司 一种低温推进剂增压输送系统及其压力控制方法

Citations (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3768254A (en) * 1962-07-09 1973-10-30 Boeing Co Rocket propulsion method and means
US4768541A (en) * 1986-11-03 1988-09-06 Martin Marietta Corporation Means of expelling parallel tanks to low residuals
US5961074A (en) * 1995-07-17 1999-10-05 The University Of British Columbia Method and apparatus for pressurized feeding of liquid propellants to a rocket engine
EP1125078B1 (en) * 1998-10-28 2006-05-10 Chart Inc. Vacuum insulated pipe
CN201141487Y (zh) * 2007-12-26 2008-10-29 北京航天试验技术研究所 一种低漏热率的多层真空绝热管的法兰连接结构
CN101445160A (zh) * 2008-12-23 2009-06-03 中国科学院广州能源研究所 用于微纳卫星的微型液体燃料推进系统
CN101688632A (zh) * 2007-06-19 2010-03-31 普莱克斯技术有限公司 真空绝热管道装配方法
FR2980550A1 (fr) * 2011-09-22 2013-03-29 Snecma Procede de rechauffage d'un liquide cryogenique
CN103982332A (zh) * 2014-06-06 2014-08-13 葛明龙 一种切换燃料的火箭推力室及其供应系统
US20140263355A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Board Of Trustees Of Northern Illinois University Web insulation system, valve for a web insulation system, and a storage container using the web insulation system
CN204223194U (zh) * 2014-10-28 2015-03-25 北京宇航系统工程研究所 一种薄壁轻质球柱形悬挂式贮箱结构
US9315280B2 (en) * 2012-11-20 2016-04-19 Lockheed Martin Corporation Heat pipe with axial wick
CN205350688U (zh) * 2016-01-13 2016-06-29 北京航天发射技术研究所 一种具有内外补偿功能的低温真空管路
US20180187821A1 (en) * 2015-07-10 2018-07-05 Tokyo Boeki Engineering Ltd. Fluid handling device for liquid hydrogen
CN109210364A (zh) * 2017-06-30 2019-01-15 罗伯特·博世有限公司 用于低温介质的储存箱
US20190360431A1 (en) * 2017-01-13 2019-11-28 Orbital Express Launch Limited Rocket propellant tank arrangement, rocket propulsion unit, and rocket
CN110529727A (zh) * 2019-10-11 2019-12-03 苏州圣汇装备有限公司 超导限流器低温储罐
CN110578839A (zh) * 2019-08-30 2019-12-17 北京航天动力研究所 一种用于输送液氢和液氧的真空绝热金属软管
CN110715173A (zh) * 2019-09-29 2020-01-21 西安交通大学 一种低温推进剂快速预冷传输管路结构
CN210049972U (zh) * 2019-06-12 2020-02-11 九州云箭(北京)空间科技有限公司 火箭液体推进剂输送系统及传输管组件
CN110836151A (zh) * 2019-10-18 2020-02-25 北京控制工程研究所 一种细长型全管理板式贮箱
CN210116656U (zh) * 2019-03-13 2020-02-28 北京星际荣耀空间科技有限公司 火箭及其推进剂贮箱
CN111102099A (zh) * 2019-11-18 2020-05-05 北京宇航系统工程研究所 一种消漩防塌过滤一体化装置

Patent Citations (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3768254A (en) * 1962-07-09 1973-10-30 Boeing Co Rocket propulsion method and means
US4768541A (en) * 1986-11-03 1988-09-06 Martin Marietta Corporation Means of expelling parallel tanks to low residuals
US5961074A (en) * 1995-07-17 1999-10-05 The University Of British Columbia Method and apparatus for pressurized feeding of liquid propellants to a rocket engine
EP1125078B1 (en) * 1998-10-28 2006-05-10 Chart Inc. Vacuum insulated pipe
CN101688632A (zh) * 2007-06-19 2010-03-31 普莱克斯技术有限公司 真空绝热管道装配方法
CN201141487Y (zh) * 2007-12-26 2008-10-29 北京航天试验技术研究所 一种低漏热率的多层真空绝热管的法兰连接结构
CN101445160A (zh) * 2008-12-23 2009-06-03 中国科学院广州能源研究所 用于微纳卫星的微型液体燃料推进系统
FR2980550A1 (fr) * 2011-09-22 2013-03-29 Snecma Procede de rechauffage d'un liquide cryogenique
US9315280B2 (en) * 2012-11-20 2016-04-19 Lockheed Martin Corporation Heat pipe with axial wick
US20140263355A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Board Of Trustees Of Northern Illinois University Web insulation system, valve for a web insulation system, and a storage container using the web insulation system
CN103982332A (zh) * 2014-06-06 2014-08-13 葛明龙 一种切换燃料的火箭推力室及其供应系统
CN204223194U (zh) * 2014-10-28 2015-03-25 北京宇航系统工程研究所 一种薄壁轻质球柱形悬挂式贮箱结构
US20180187821A1 (en) * 2015-07-10 2018-07-05 Tokyo Boeki Engineering Ltd. Fluid handling device for liquid hydrogen
CN205350688U (zh) * 2016-01-13 2016-06-29 北京航天发射技术研究所 一种具有内外补偿功能的低温真空管路
US20190360431A1 (en) * 2017-01-13 2019-11-28 Orbital Express Launch Limited Rocket propellant tank arrangement, rocket propulsion unit, and rocket
CN109210364A (zh) * 2017-06-30 2019-01-15 罗伯特·博世有限公司 用于低温介质的储存箱
CN210116656U (zh) * 2019-03-13 2020-02-28 北京星际荣耀空间科技有限公司 火箭及其推进剂贮箱
CN210049972U (zh) * 2019-06-12 2020-02-11 九州云箭(北京)空间科技有限公司 火箭液体推进剂输送系统及传输管组件
CN110578839A (zh) * 2019-08-30 2019-12-17 北京航天动力研究所 一种用于输送液氢和液氧的真空绝热金属软管
CN110715173A (zh) * 2019-09-29 2020-01-21 西安交通大学 一种低温推进剂快速预冷传输管路结构
CN110529727A (zh) * 2019-10-11 2019-12-03 苏州圣汇装备有限公司 超导限流器低温储罐
CN110836151A (zh) * 2019-10-18 2020-02-25 北京控制工程研究所 一种细长型全管理板式贮箱
CN111102099A (zh) * 2019-11-18 2020-05-05 北京宇航系统工程研究所 一种消漩防塌过滤一体化装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李克诚等: "用于低温贮箱的铝合金-硬质聚氨酯泡沫夹芯共底设计与分析", 《复合材料学报》 *
李照谦: "新一代运载火箭贮箱大温差泡沫夹层共底研制", 《李照谦》 *
黄诚等: "筒段边界对大直径贮箱椭球箱底的内压稳定性影响研究", 《强度与环境》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114183685A (zh) * 2021-10-25 2022-03-15 中国运载火箭技术研究院 一种低温贮箱的承力式绝热支撑结构
CN114183685B (zh) * 2021-10-25 2023-12-12 中国运载火箭技术研究院 一种低温贮箱的承力式绝热支撑结构
CN114922744A (zh) * 2022-03-31 2022-08-19 北京控制工程研究所 一种航天器用承力式低温共底贮箱
CN115539252A (zh) * 2022-11-25 2022-12-30 精易兴航(北京)科技创新有限公司 一种锥型底火箭贮箱结构
CN115539252B (zh) * 2022-11-25 2023-03-14 精易兴航(北京)科技创新有限公司 一种精简结构的锥型共底火箭贮箱
CN116025483A (zh) * 2022-12-30 2023-04-28 北京天兵科技有限公司 运载火箭增压系统及运载火箭
CN117869119A (zh) * 2023-12-26 2024-04-12 北京天兵科技有限公司 一种低温推进剂增压输送系统及其压力控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112282968B (zh) 2022-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112282968B (zh) 一种推进剂内输送的低温共底贮箱
JP4616279B2 (ja) 液化天然ガスの保存タンク及びその製造方法
JP5229833B2 (ja) 独立型波形ｌｎｇタンク
JP4813934B2 (ja) 液化天然ガスの保存タンク
CN207848956U (zh) 一种带气室结构的船用双层真空绝热储罐
CN204693029U (zh) 带轻型绝热吊顶的低温储罐罐顶结构
CN109911247A (zh) 火箭及其推进剂贮箱
AU2011382804A1 (en) Pressure vessel with metallic liner and two fiber layers of different material
KR20200007445A (ko) 선박용 액화수소 저장탱크의 로딩 시스템
CN110985239B (zh) 一种无内衬复合材料贮箱结构
KR20200004608A (ko) 선박용 액화수소 저장탱크
KR20200004609A (ko) 선박용 액화수소 저장탱크
CN114458946A (zh) 一种用于存储液氢和液氦的金属薄膜存储舱
CN111322173B (zh) 环柱形贮箱固液火箭发动机
US20230272881A1 (en) Device for storing cryogenic fluid and vehicle comprising such a device
CN113217804B (zh) 一种复合材料气瓶液氧隔绝保护层及安装方法
CN114104539A (zh) 一种三壳体金属真空低温液体储存罐
CN212900906U (zh) 一种低温高压厚壁容器
JP7219772B2 (ja) 船舶上の低温流体を貯蔵及び輸送するためのシステム
CN113414556A (zh) 一种用于卫星压力容器的金属复合气口及其制造方法
CN219346214U (zh) 一种轻量化车载液氢气瓶
CN218565117U (zh) 一种冷冻液化气体内外罐组合式支撑连接件
WO2023066613A1 (fr) Cuve étanche et isolante pour le stockage et/ou le transport d&#39;un gaz liquéfié
CN218954603U (zh) 一种整体套合式锻制高压储氢容器及储氢系统
CN217441362U (zh) 一种双层结构低温罐

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant