CN112780447A - 一种用于姿轨控动力系统的燃气发生装置及使用方法 - Google Patents

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周明龙
张舜禹
姜丹丹
任建军
岳文骏
郭涵婧
翟艳鹏
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    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
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Abstract

本发明提供了一种用于姿轨控动力系统的燃气发生装置及使用方法，涉及航天姿轨控动力系统领域，包括与上游推进剂供给系统连通的单向阀、与下游系统连通的燃气发生器以及降温组件，所述降温组件安装在燃气发生器上；所述单向阀的进口与上游推进剂供给系统的出口连通，所述单向阀的出口与燃气发生器的进口连通，所述燃气发生器的出口与下游系统连通，且所述单向阀与燃气发生器固定连接。通过控制单向阀的开合或关闭即能实现单组元推进剂和高温燃气的连通或阻断，有助于减少系统的反应时间，进而有助于提高系统的快速响应能力，且降温组件降低了单向阀温度，有助于提高系统的安全性。

Description

一种用于姿轨控动力系统的燃气发生装置及使用方法
技术领域
本发明涉及航天姿轨控动力系统领域，具体地，涉及一种用于姿轨控动力系统的燃气发生装置及使用方法。
背景技术
姿轨控动力系统是航天器的关键分系统之一，主要为各种航天器在飞行过程的姿态稳定和控制、轨道转移、轨道修正提供控制力和控制力矩，被广泛应用于卫星、飞船、导弹、运载火箭、深空探测器等重要的航天器中。
一般姿轨控动力系统的运作是由增压系统为燃料贮箱提供压力，推动燃料贮箱中的燃料以一定的压力进入姿轨控发动机控制阀中，当控制阀开启时进入发动机燃烧室进行反应，最终通过尾喷管喷出产生推力。由于姿轨控发动机体积和质量一般较小，因此整个姿轨控动力系统的主要质量和体积都集中在发动机的增压系统、推进剂贮箱以及发动机上。
目前常规典型的姿轨控动力系统采用高压气体挤压式增压系统来推动燃料贮箱，完成整个姿轨控动力系统进行燃料供给，高压气路主要由气瓶、导管、多通、充气阀、电爆阀、高压传感器及相关支架等组成，对于整个系统尤其是弹用姿轨控系统来说，高压气体挤压式增压系统的气瓶占据着系统较大的质量和空间，同时由于气路中存在高压，对其的连接和密封也面临着严峻的可靠性考验。
现有公开号为CN211001918U的中国专利公开了一种单组元姿轨控动力系统，所述单组元姿轨控动力系统以蒸馏水作为推进剂，其包括：储箱和推力器组件；所述储箱一端设置有进口，另一端设置有出口，与所述储箱进口相连的进水管路上设置开关阀A，用于控制进水管路的通断，与所述储箱出口相连的出水管路和所述推力器组件连接，所述储箱和推力器组件之间的管路上设置自锁阀，用于控制储箱与推力器组件之间管路的通断，所述推力器组件用于使蒸馏水转化为高温水蒸汽，并通过喷射所述高温水蒸汽产生推力。
工作时，将定量的蒸馏水注入储箱，通过储箱内的压力使蒸馏水从储箱流出，蒸馏水经过自锁阀从储箱流入推力器组件，推力器组件将蒸馏水先雾化再转化为高温水蒸气，高温水蒸气再通过推力器组件上的拉瓦尔喷管喷射到外界产生推力。
发明人认为上述方案中液态水转化为水蒸气需要吸热，需要消耗能量，且无法为推进系统贮箱增压，快速响应能力差，存在待改进之处。
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姿轨控动力系统的燃气发生装置及使用方法。
根据本发明提供的一种用于姿轨控动力系统的燃气发生装置,包括与上游推进剂供给系统连通的单向阀、与下游系统连通的燃气发生器以及降温组件，所述降温组件安装在燃气发生器上；所述单向阀的进口与上游推进剂供给系统的出口连通，所述单向阀的出口与燃气发生器的进口连通，所述燃气发生器的出口与下游系统连通，且所述单向阀与燃气发生器固定连接。
优选地，所述单向阀出口与燃气发生器进口的连接方式包括焊接固定连接。
优选地，所述降温组件通过法兰安装在燃气发生器的外侧壁上。
优选地，所述降温组件包括热沉式散热结构。
优选地，所述降温组件包括气冷式降温结构。
优选地，所述降温组件包括液冷式降温结构。
根据本发明提供的用于姿轨控动力系统的燃气发生装置的使用方法，包括如下步骤；S1、当下游系统具有燃气需求时，打开所述单向阀，上游推进剂供给系统将单元推进剂经所述单向阀输入燃气发生器内；S2、所述燃气发生器内的单组元推进剂分解为高温燃气，高温燃气经所述燃气发生器的出口流入下游系统；S3、当下游系统不再需要更多的高温燃气时，关闭所述单向阀，所述单向阀将下游高温燃气和上游单组元推进剂隔离。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过将单向阀和燃气发生器的直接连接，上游推进剂供给系统将单组元推进剂经单向阀输入燃气发生器内，燃气发生器将单组元推进剂分解为高温燃气并输送入下游系统内，通过控制单向阀的开合或关闭即能实现单组元推进剂和高温燃气的连通或阻断，有助于减少系统的反应时间，进而有助于提高系统的快速响应能力；
2、本发明通过单向阀控制单组元推进剂和高温燃气的连通或阻断，有助于提高系统的可靠性；
3、本发明通过降温组件降低燃气发生器外壁的温度，有助于减少燃气发生器温度过高的情况发生，从而有助于减少单组元推进剂在单向阀中爆燃的风险，进而有助于提高系统安全性。
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为本发明主要体现燃气发生装置整体结构的示意图；
图2为本发明主要体现气冷式降温组件整体结构的示意图；
图3为本发明主要体现液冷式降温组件整体结构的示意图。
附图说明：1、单向阀；2、燃气发生器；3、降温组件；31、冷气进口；32、冷气出口；33、进液口；34、出液口。
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所示，根据本发明提供的一种用于姿轨控动力系统的燃气发生装置，包括与上游推进剂供给系统连通的单向阀1、与下游系统连通的燃气发生器2，且单向阀1的出口与燃气发生器2的进口连通。上游推进剂供给系统中的单组元推进剂经单向阀1和燃气发生器2输送至下游系统中，且单组元推进剂为肼类推进剂。
如图1所示，单向阀1的进口与上游推进剂供给系统连通，单向阀1的出口与燃气发生器2的进口连通，燃气发生器2的出口与下游系统的进口连通，且单向阀1的出口与燃气发生器2的进口通过焊接固定连接。由单向阀1控制上游推进供给系统和下游系统的连通或断开，提高了装置的可靠性和安全性。
单组元推进剂经单向阀1进入燃气发生器2内时，燃气发生器2将单组元推进剂分解为高温燃气，并输入至下游系统。减少了系统的响应时间，从而增强了姿控系统的调姿能力。
如图1所述，肼类推进剂分解时放热，进一步的，燃气发生器2的外侧壁上安装有降温组件3，降温组件3为热沉式散热结构，该结构通过法兰和螺栓的配合将铝块固定安装在燃气发生器2的外侧壁上，且铝块与燃气发生器2之间的间隙由导热胶填充。借助金属铝的良好的导热性能，从而将燃气发生器2上的热量导出，降低了燃气发生器2的温度。
燃气发生器2在小流量补气时为间歇工作，工作间隙时间存在热反浸导致阀门温度升高，由降温组件3降低了燃气发生器2外侧壁的温度，进而降低了阀门的温度，进而减少了单组元推进剂在阀门中爆燃的情况发生，提高了装置的安全性。
根据本发明提供的一种用于姿轨控动力系统的燃气发生装置的使用方法，包括如下步骤：S1、当下游系统具有燃气需求时，打开所述单向阀1，上游推进剂供给系统将单元推进剂经单向阀1输入燃气发生器2内；S2、燃气发生器2内的单组元推进剂分解为高温燃气，高温燃气经燃气发生器2的出口流入下游系统；S3、当下游系统不再需要更多的高温燃气时，关闭单向阀1，单向阀1将下游高温燃气和上游单组元推进剂隔离。
优选例1
如图2所示，降温组件3为气冷式结构，降温组件3通过法兰和螺栓的配合固定在燃气发生器2的外侧壁上，且降温组件3为空心结构，降温组件3上开设有冷气进口31和冷气出口32。外接冷气源中的冷气从冷气进口31进入降温组件3内，冷气与燃气发生器2的外侧壁接触，并与燃气发生器2的外侧壁进行热交换，从而降低燃气发生器2的温度，之后再经冷气出口32排出降温组件3，实现了对燃气发生器2的降温作业。
优选例2
如图3所示，降温组件3为液冷式降温结构，且降温组件3通过法兰和螺栓的配合固定在燃气发生器2的外侧壁上，降温组件3为空心结构，且降温组件3任意呈相对设置的两侧分别开设有进液口33和出液口34。上游推进剂供给系统通过管路与进液口33连通，且出液口34与单向阀1的进口连通。上游系统供给的单组元肼类推进剂先流经降温组件3，再流经单向阀1流入燃气发生器2内。由单组元肼类推进剂做冷却液，一方面起到了对燃气发生器2冷却效果，另一方面提高了单组元推进剂反应热的利用率。
工作原理：
当下游系统具有燃气需求时，单向阀1上游压力上升或下游压力下降，单向阀1上下游压差大于单向阀1的开启压力，单向阀1自动打开，上游推进剂供给系统内的单组元推进剂经单向阀1流入燃气发生器2内，燃气发生器2将单组元推进剂分解为高温燃气，并将高温燃气输送至下游系统；当下游系统没有更多燃气需求时，单向阀1上游压力下降或下游压力上升，单向阀1上下游压差小于单向阀1开启压力，单向阀1关闭并隔离下游高温燃气和上游单组元推进剂。利用安装在燃气发生器2外侧壁上的降温组件3，减少了单组元推进剂在单向阀1中爆燃的风险。
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 (7)

1.一种用于姿轨控动力系统的燃气发生装置，其特征在于，包括与上游推进剂供给系统连通的单向阀(1)、与下游系统连通的燃气发生器(2)以及降温组件(3)，所述降温组件(3)安装在燃气发生器(2)上；
所述单向阀(1)的进口与上游推进剂供给系统的出口连通，所述单向阀(1)的出口与燃气发生器(2)的进口连通，所述燃气发生器(2)的出口与下游系统连通，且所述单向阀(1)与燃气发生器(2)固定连接。
2.如权利要求1所述的一种用于姿轨控动力系统的燃气发生装置，其特征在于，所述单向阀(1)出口与燃气发生器(2)进口的连接方式包括焊接固定连接。
3.如权利要求1所述的一种用于姿轨控动力系统的燃气发生装置，其特征在于，所述降温组件(3)通过法兰安装在燃气发生器(3)的外侧壁上。
4.如权利要求1所述的一种用于姿轨控动力系统的燃气发生装置，其特征在于，所述降温组件(3)包括热沉式散热结构。
5.如权利要求1所述的一种用于姿轨控动力系统的燃气发生装置，其特征在于，所述降温组件(3)包括气冷式降温结构。
6.如权利要求1所述的一种用于姿轨控动力系统的燃气发生装置，其特征在于，所述降温组件(3)包括液冷式降温结构。
7.一种用于姿轨控动力系统的燃气发生装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤；
S1、当下游系统具有燃气需求时，打开所述单向阀(1)，上游推进剂供给系统将单元推进剂经所述单向阀(1)输入燃气发生器(2)内；
S2、所述燃气发生器(2)内的单组元推进剂分解为高温燃气，高温燃气经所述燃气发生器(2)的出口流入下游系统；
S3、当下游系统不再需要更多的高温燃气时，关闭所述单向阀(1)，所述单向阀(1)将下游高温燃气和上游单组元推进剂隔离。
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