CN112610361B - 一种用于嵌入式承力贮箱的推进剂管理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于嵌入式承力贮箱的推进剂管理装置，包括贮箱，贮箱包括垂直嵌入舱段内的安装法兰，贮箱内置有推进剂管理组件；推进剂管理组件包括启动篮、中心筒、第一蓄留叶片以及第二蓄留叶片，启动篮的底部设置有出液管，中心筒设置在启动篮的顶部；第一蓄留叶片在中心筒的外侧壁上绕中心筒的中心轴线间隔设置有多个，第二蓄留叶片也在中心筒的外侧壁上绕中心筒的中心轴线间隔设置有多个，第二蓄留叶片的尺寸大于第一蓄留叶片的尺寸，第二蓄留叶片的数量小于第一蓄留叶片的数量。由多个第一蓄留叶片和多个第二蓄留叶片以及启动篮配合形成的三级蓄留区，在贮箱法兰段垂直承受外压的情况，有助于提高贮箱内推进剂的管理效率。
Description
技术领域
本发明涉及航空航天技术领域，具体地，涉及一种用于嵌入式承力贮箱的推进剂管理装置。
背景技术
在公知的技术领域中，贮箱是推进系统的重要组成部分，其主要功能是贮存液体推进剂，为动力系统提供燃料。根据飞行器的任务特点，部分飞行器选用的贮箱要求与整个舱段共同承力。此时，贮箱内部推进剂管理装置要求既适应贮箱的安装结构，还能够实现在轨推进剂的有效传递、蓄留和源源不断供应的要求。
微重力条件下，飞行器在变轨或姿态调整过程中，贮箱内高压气体-液体推进剂界面会发生剧烈变化，如液体推进剂会形成大量液滴，悬浮于气体中，从而给飞行器液体燃料供给安全及推进剂剩余量准确测量带来重大的影响。如采用热激励法测量贮箱内推进剂剩余量时，推进剂的晃动或飞溅改变了贮箱内的气液分布，导致测量精度下降。因此，对飞行器贮箱内液体推进剂的高效管理对飞行器在轨飞行安全性、稳定性及寿命预测具有重要意义。
现有公告号为CN204223194U的中国专利，公开了一种薄壁轻质球柱形悬挂式贮箱结构。包括前底组件、箱筒段、后底组件、口盖组件、密封圈；前底组件与箱筒段焊接，箱筒段与后底组件焊接，后底组件与口盖组件通过紧固件螺接，对接面密封槽安装密封圈。前底圆环为半球形结构，球头上设置有增压管嘴和测压管嘴。后底圆环为半球形结构，口盖法兰一端与后底圆环对焊，另一端通过紧固件与口盖组件对接。箱筒段为带有三个直边段的变截面补强结构，变截面的厚度由中间向两边递减。口盖与输送法兰采用一体化的结构，推进剂管理元件通过螺纹与输送法兰连接。推进剂管理元件为叶片楔形结构，其底部为筛网。
发明人认为，现有技术中的贮箱内的推进剂管理元件难以在贮箱承受垂直外压的情况下，对贮箱内的推进剂进行有效的管理。
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用于嵌入式承力贮箱的推进剂管理装置。
根据本发明提供的一种用于嵌入式承力贮箱的推进剂管理装置,包括贮箱，所述贮箱包括垂直嵌入舱段内的安装法兰，所述贮箱内置有推进剂管理组件；所述推进剂管理组件包括启动篮、中心筒、第一蓄留叶片以及第二蓄留叶片，所述启动篮的底部设置有出液管，所述出液管穿设安装法兰并与其固定连接，所述中心筒设置在启动篮的顶部，且所述中心筒与启动篮连通；所述第一蓄留叶片在中心筒的外侧壁上绕中心筒的中心轴线间隔设置有多个，所述第二蓄留叶片也在中心筒的外侧壁上绕中心筒的中心轴线间隔设置有多个，且所述第二蓄留叶片的尺寸大于第一蓄留叶片的尺寸，所述第二蓄留叶片的数量小于第一蓄留叶片的数量。
优选地，所述中心筒的外侧壁上形成有安装槽，所述安装槽的长度平行于中心筒的中心轴线，所述安装槽在中心筒的外侧壁上绕中心筒的中心轴线等间隔形成有多个，任一所述第一蓄留叶片靠近中心筒的一端均嵌设在安装槽内，任一所述第二蓄留叶片靠近中心筒的一端也均嵌设在安装槽内，且任意所述安装槽内均嵌设有一个第一蓄留叶片或嵌设有一个第二蓄留叶片或不嵌设叶片。
优选地，所述中心筒远离启动篮的一端固定连接有辅助支撑结构，所述辅助支撑结构上开设有用于连通中心筒内部空间和贮箱内部空间的连通孔，所述辅助支撑结构的周侧开设有配合槽，所述配合槽与安装槽呈对应设置，且任一所述配合槽均与对应的第一蓄留叶片或第二蓄留叶片嵌入配合。
优选地，所述启动篮的结构为复合式多层网式结构，且所述启动篮的材料包括TC4钛合金和304不锈钢密纹网。
优选地，所述第一蓄留叶片的形状近似为梯形，且所述第一蓄留叶片的厚度小于等于0.5mm。
优选地，所述第二蓄留叶片的形状近似为长条形，所述第二蓄留叶片的厚度小于等于1mm，且所述第二蓄留叶片的厚度自中心筒外侧壁向贮箱内壁逐渐减小。
优选地，所述第一蓄留叶片和第二蓄留叶片上均开设有减重孔。
优选地，所述第一蓄留叶片和第二蓄留叶片的空隙率均在百分之三十至百分之五十之间，所述减重孔的孔径在4mm至6mm之间。
优选地，所述启动篮上设置有连接块，所述连接块在出液管的两侧分别设置有一个，且两个连接块均与安装法兰固定连接。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过安装法兰将贮箱嵌入舱段内，贮箱内安装有启动篮、第一蓄留叶片以及第二蓄留叶片，第一蓄留叶片和第二蓄留叶片均安装在启动篮顶部的中心筒上，尺寸不同的多个第一蓄留叶片和多个第二蓄留叶片在中心筒的周侧形成有第一蓄留区和第二蓄留区，并配合启动篮形成三级蓄留区，对推进剂进行三段分级管理，从而在贮箱法兰段垂直承受外压的情况，有助于提高贮箱内推进剂的管理效率。
2、本发明通过开设在第一蓄留叶片和第二蓄留叶片上的减重孔，有助于减少第一蓄留叶片和第二蓄留叶片的重量。
3、本发明通过两个连接块、出液管三者与安装法兰固定连接，实现了启动篮与安装法兰的多点连接，提高了启动篮与安装法兰连接结构的强度，进而提高了启动篮与安装法兰连接结构的力学环境适应性。
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为本发明主要体现贮箱整体结构示意图；
图2为本发明主要体现推进剂管理装置整体结构的示意图；
图3为本发明主要体现推进剂管理装置与安装法兰连接结构的示意图；
图4为本发明主要体现中心筒整体结构的示意图；
图5为本发明主要体现减重孔整体结构的示意图。
附图说明：1、贮箱；11、安装法兰；2、推进剂管理组件；3、启动篮；31、出液管；32、连接块；4、中心筒；41、安装槽；5、第一蓄留叶片；6、第二蓄留叶片；7、减重孔；8、辅助支撑结构；81、连通孔；82、配合槽。
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和图2所示，根据本发明提供的一种用于嵌入式承力贮箱的推进剂管理装置，包括贮箱1，贮箱1包括垂直嵌入舱段内的安装法兰11，安装法兰11为贮箱1的主体承力结构，且贮箱1与安装法兰11为一体成型。贮箱1内安装有推进剂管理组件2，推进剂管理组件2包括启动篮3、中心筒4、第一蓄留叶片5以及第二蓄留叶片6。
第一蓄留叶片5和第二蓄留叶片6均与中心筒4的外侧壁固定连接，且第一蓄留叶片5和第二蓄留叶片6均在中心筒4的外侧壁上绕中心筒4的中心轴线等间隔固定有多个。多个第一蓄留叶片5组成第一蓄留区，多个第二蓄留叶片6组成第二蓄留区，并配合启动篮3形成三级蓄留管理方案，从而即适应了贮箱1法兰段承受垂直外压的工况，又满足了对贮箱1内部的推进剂的有效管理。
如图2和图3所示，启动篮3为复合式多层网式结构，且启动篮3的材料包括TC4钛合金和304不锈钢密纹网。启动篮3的底部一体成型有出液管31，出液管31穿设安装法兰11，且出液管31与安装法兰11焊接固定连接。启动篮3的底部还一体成型有两个连接块32，两个连接块32分别位于出液管31的两侧，且两个连接块32均与安装法兰11上预留的凸台焊接固定连接。由两个连接块32、出液管31三者与安装法兰11固定连接，并形成稳定的三支点固定结构，提高了启动篮3与安装法兰11连接的可靠性，进而提高了推进剂管理装置的力学环境适应性。
如图4和图5所示，启动篮3的顶部同轴焊接固定有中心筒4，中心筒4与启动篮3连通，且中心筒4由TC4钛合金制成。中心筒4的外侧壁上一体成型有安装槽41，安装槽41的长度方向与中心筒4的中心轴线共线，且安装槽41在中心筒4的外侧壁上绕中心筒4的中心轴线等间隔一体成型有多个。
第一蓄留叶片5为TC4钛合金板材制成，第一蓄留叶片5的形状近似为梯形，且第一蓄留叶片5的厚度小于等于0.5mm，本申请实施例选用第一蓄留叶片5的厚度为0.5mm。第一蓄留叶片5在中心筒4的外侧壁上绕中心筒4的中心轴线等间隔安装有四十八片，且任一第一蓄留叶片5均嵌设在安装槽41内。
第二蓄留叶片6为TC4钛合金板材制成，第二蓄留叶片6的厚度小于等于1mm，本申请实施例选用的第二蓄留叶片6的厚度为1mm。第二蓄留叶片6在中心筒4的外侧壁上绕中心筒4的中心轴线等间隔安装有十片，任一第二蓄留叶片6均嵌设在安装槽41内，且任一安装槽41内均只嵌设有一片第一蓄留叶片5或第二蓄留叶片6。第二蓄留叶片6的形状近似为自中心筒4外侧壁延伸到贮箱1内壁的长条形，且第二蓄留叶片6的厚度自中心筒4外侧壁向贮箱1内壁逐渐减小。
如图5所示；第一蓄留叶片5和第二蓄留叶片6上均开设有减重孔7，减重孔7的直径在4mm至6mm之间，且第一蓄留叶片5和第二蓄留片叶的空隙率均在百分之三十至百分之五十之间。减重孔7减少了第一蓄留叶片5和第二蓄留叶片6的重量，从而减少了推进剂管理装置整体的重量。
如图4和图5所示，中心筒4远离启动篮3的一段焊接固定有辅助支撑结构8，辅助支撑结构8为TC4钛合金材料制成的圆盘，辅助支撑结构8上开设有用于连通中心筒4内部空间和贮箱1内部空间的连通孔81。辅助支撑结构8的周侧开设有配合槽82，配合槽82与安装槽41呈对应设置，且任一第一蓄留叶片5和第二蓄留叶片6均与对应的配合槽82嵌入配合。从而提高了第一蓄留叶片5和第二蓄留叶片6安装在中心筒4上的可靠性。
工作原理
工作中，主要由安装法兰11承受垂直的压力，推进剂在贮箱1中经过十片第二蓄留叶片6形成的第二蓄留区、四十八片第一蓄留叶片5形成的第一蓄留区以及启动篮3三者配合形成的三级管理，能够实现不小于-1g、-10-3g、-10-5g水平的不同重力（微重力）环境下的液体稳定蓄留，对推进剂进行三段分级管理，从而在贮箱1法兰段垂直承受外压的情况，提高贮箱1内推进剂的管理效率。
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 (9)
1.一种用于嵌入式承力贮箱的推进剂管理装置，其特征在于，包括贮箱(1)，所述贮箱(1)包括垂直嵌入舱段内的安装法兰(11)，所述贮箱(1)设置有推进剂管理组件(2)；
所述推进剂管理组件(2)包括启动篮(3)、中心筒(4)、第一蓄留叶片(5)以及第二蓄留叶片(6)，所述启动篮(3)的底部设置有出液管(31)，所述出液管(31)穿设安装法兰(11)并与其固定连接，所述中心筒(4)设置在启动篮(3)的顶部，且所述中心筒(4)与启动篮(3)连通；
所述第一蓄留叶片(5)在中心筒(4)的外侧壁上绕中心筒(4)的中心轴线间隔设置有多个，所述第二蓄留叶片(6)也在中心筒(4)的外侧壁上绕中心筒(4)的中心轴线间隔设置有多个，且所述第二蓄留叶片(6)的尺寸大于第一蓄留叶片(5)的尺寸，所述第二蓄留叶片(6)的数量小于第一蓄留叶片(5)的数量。
2.如权利要求1所述的一种用于嵌入式承力贮箱的推进剂管理装置，其特征在于，所述中心筒(4)的外侧壁上形成有安装槽(41)，所述安装槽(41)的长度方向平行于中心筒(4)的中心轴线，所述安装槽(41)在中心筒(4)的外侧壁上绕中心筒(4)的中心轴线等间隔形成有多个，任一所述第一蓄留叶片(5)靠近中心筒(4)的一端均嵌设在安装槽(41)内，任一所述第二蓄留叶片(6)靠近中心筒(4)的一端也均嵌设在安装槽(41)内，且任意所述安装槽(41)内均嵌设有一个第一蓄留叶片(5)或嵌设有一个第二蓄留叶片(6)或不嵌设叶片。
3.如权利要求2所述的一种用于嵌入式承力贮箱的推进剂管理装置，其特征在于，所述中心筒(4)远离启动篮(3)的一端固定连接有辅助支撑结构(8)，所述辅助支撑结构(8)上开设有用于连通中心筒(4)内部空间和贮箱(1)内部空间的连通孔(81)，所述辅助支撑结构(8)的周侧开设有配合槽(82)，所述配合槽(82)与安装槽(41)呈对应设置，且任一所述配合槽(82)均与对应的第一蓄留叶片(5)或第二蓄留叶片(6)嵌入配合。
4.如权利要求1所述的一种用于嵌入式承力贮箱的推进剂管理装置，其特征在于，所述启动篮(3)的结构为复合式多层网式结构，且所述启动篮(3)的材料包括TC4钛合金和304不锈钢密纹网。
5.如权利要求1所述的一种用于嵌入式承力贮箱的推进剂管理装置，其特征在于，所述第一蓄留叶片(5)的形状近似为梯形，且所述第一蓄留叶片(5)的厚度小于等于0.5mm。
6.如权利要求1所述的一种用于嵌入式承力贮箱的推进剂管理装置，其特征在于，所述第二蓄留叶片(6)的形状近似为长条形，所述第二蓄留叶片(6)的厚度小于等于1mm，且所述第二蓄留叶片(6)的厚度自中心筒(4)外侧壁向贮箱(1)内壁逐渐减小。
7.如权利要求1所述的一种用于嵌入式承力贮箱的推进剂管理装置，其特征在于，所述第一蓄留叶片(5)和第二蓄留叶片(6)上均开设有减重孔(7)。
8.如权利要求7所述的一种用于嵌入式承力贮箱的推进剂管理装置，其特征在于，所述第一蓄留叶片(5)和第二蓄留叶片(6)的空隙率均在百分之三十至百分之五十之间，所述减重孔(7)的孔径在4mm至6mm之间。
9.如权利要求1所述的一种用于嵌入式承力贮箱的推进剂管理装置，其特征在于，所述启动篮(3)上设置有连接块(32)，所述连接块(32)在出液管(31)的两侧分别设置有一个，且两个连接块(32)均与安装法兰(11)固定连接。
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