CN112978664B - 一种应用于航天器的可重复利用加注装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于航天器的可重复利用加注装置、系统及方法，加注装置包括加注膜盒，所述加注膜盒包括密封外壳以及运动膜盒，所述密封外壳上设有第一快断接口和第二快断接口；所述运动膜盒包括连接端和自由端，所述连接端安装在所述密封外壳内壁上且通过第一快断接口与密封外壳外部连通，所述自由端与所述第二快断接口对应布置；所述运动膜盒内形成有容积可变的液侧，所述密封外壳内具有与所述第二快断接口连通且容积随液侧容积变化的气侧。本发明利用舱上的氮气和真空接口，实现抽真空、加压、加液等多个流程，通过对产品及加注软管抽真空，可以增加液体工质填充率，减少内部的气体比例，达到较好的加注效果。

Description

一种应用于航天器的可重复利用加注装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及航天器、流体系统、热系统等技术领域，尤其涉及一种应用于航天器的可重复利用加注装置、系统及方法。

背景技术

航天器上有多个液体回路，使用水、乙二醇、全氟三乙胺等工质作为散热介质，为空间站的发热产品散热。在使用过程中，液体回路内的液体工质会因为缓慢渗漏、快速断接器的插拔、更换部组件等多个因素，造成内部的工质逐渐减少，因此需要在轨进行补充加注，将液体工质补充进入液体回路内部。

此外，航天器上接入液体回路中的有部分产品，出现问题后进行处置时，首先从液体回路中带液取出，在维修或其他处置过后，内部可能出现缺少液体的情况，此时如果要再次接入液体回路，需要在轨进行液体加注，使产品内部充满液体工质。

一般情况下，对于整个液体回路，在轨补液的方式为更换液体回路的储液器。每次补液均需上行一个新的储液器，储液器外壳为金属，重量较大且为一次性使用，上行运输成本高。

一般情况下对于需要补液的产品，航天器上不具备在轨加注的功能，遇到此类产品，一般重新上行一个新的带液产品进行更换，拆下来的产品难以重复利用。不论是重新上行储液器还是产品备件，上行的重量较大带来较高的成本，且需要的周期较长。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题的一种或几种，提供了一种应用于航天器的可重复利用加注装置、系统及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种应用于航天器的可重复利用加注装置，包括加注膜盒，所述加注膜盒包括密封外壳以及运动膜盒，所述密封外壳上设有第一快断接口和第二快断接口；所述运动膜盒包括连接端和自由端，所述连接端安装在所述密封外壳内壁上且通过第一快断接口与密封外壳外部连通，所述自由端与所述第二快断接口对应布置；所述运动膜盒内形成有容积可变的液侧，所述密封外壳内具有与所述第二快断接口连通且容积随液侧容积变化的气侧。

本发明的有益效果是：本发明的运动膜盒液侧为由膜盒内腔与密封外壳密闭起来的第一容腔，根据膜盒运动第一容腔的容积会发生变化，运动膜盒液侧可通过第一快断接口与外部进行连通。运动膜盒气侧围由膜盒与外侧壁与密封外壳密闭起来的第二容腔，运动膜盒气侧与液侧之间无连通，根据膜盒运动第二容腔的容积会发生变化，并且第二容腔的容积会随着第一容腔容积变化发生变化，运动膜盒气侧可通过第二快断接口与外部进行连通。

本发明可实现液体系统或空腔产品的在轨补液，以及部分产品维修之后的在轨加注。本发明使用的膜盒式加注装置及加注管，可以多次重复利用，减少大量的发射上行成本。本发明使用的储液袋，使用柔性非金属材料制造，相比传统的刚性储液器，在相同重量下可以容纳更多的液体，可以减少发射上行重量，降低成本。本发明利用舱上的氮气和真空接口，实现抽真空、加压、加液等多个流程，通过对产品及加注软管抽真空，可以增加液体工质填充率，减少内部的气体比例，达到较好的加注效果。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述运动膜盒包括波纹膜片，所述波纹膜片呈可伸缩的筒状结构，所述波纹膜片一端为敞口的连接端，所述波纹膜片另一端为密封的自由端。

采用上述进一步方案的有益效果是：波纹膜片形成的运动膜盒为波纹式运动膜盒，可左右伸缩运动发生形变，进行改变液侧和气侧的容积大小。

进一步，所述自由端端面为平面结构。

采用上述进一步方案的有益效果是：有利于运动膜盒的运动。

进一步，所述密封外壳采用刚性结构。

采用上述进一步方案的有益效果是：使密封外壳具备移动耐压性。

进一步，所述连接端焊接在所述密封外壳的内壁上。

采用上述进一步方案的有益效果是：使密封外壳与运动膜盒连接更加牢固，保证了密封性。

一种应用于航天器的可重复利用加注系统，包括所述的加注装置，还包括加注管和储液袋，所述加注管两端分别设有第三快断接口和第四快断接口，所述储液袋上设有第五快断接口。

本发明的有益效果是：本发明的加注系统，可实现液体系统或空腔产品的在轨补液，以及部分产品维修之后的在轨加注。本发明使用的膜盒式加注装置及加注管，可以多次重复利用，减少大量的发射上行成本。本发明使用的储液袋，使用柔性非金属材料制造，相比传统的刚性储液器，在相同重量下可以容纳更多的液体，可以减少发射上行重量，降低成本。本发明利用舱上的氮气和真空接口，实现抽真空、加压、加液等多个流程，通过对产品及加注软管抽真空，可以增加液体工质填充率，减少内部的气体比例，达到较好的加注效果。

进一步，所述加注管采用金属波纹软管。方便连接，可重复多次利用，减少了大量发射上行成本。

一种应用于航天器的可重复利用加注方法，对内部存在液体的液体系统进行补液，包括以下步骤：

S1，使用加注管将密封外壳的第一快断接口与实验柜真空接口进行连接，将运动膜盒内液侧抽至真空负压状态；

S2，将加注管从实验柜真空接口取下后与储液袋相连接，使储液袋内液体加注到运动膜盒液侧；

S3，将加注管从储液袋上取下后与需补液的液体系统连接，用另一根加注管将密封外壳的第二快断接口与实验柜气体接口连接，通过调节通入密封外壳气侧的气体压力，将运动膜盒液侧的液体压入到液体系统内部。并可利用实验柜气体接口通入的气体调节液体系统的压力。

一种应用于航天器的可重复利用加注方法，对内部为空腔的空腔产品进行加注液体，包括以下步骤：

S1，将需加注液体的空腔产品通过加注管与实验柜真空接口连接，将空腔产品内部气体抽出，使空腔产品内部抽至真空负压状态；

S2，通过加注管将运动膜盒液侧与实验柜真空接口连接，将运动膜盒液侧抽至真空负压状态；

S3，将加注管从实验柜真空接口取下后与储液袋进行连接，使储液袋内液体自然压入运动膜盒液侧；

S4，将加注管从储液袋上取下，并与真空状态的空腔产品进行连接，使运动膜盒液侧的液体自然流入到空腔产品内部。

进一步，还包括S5，用另一根加注管将运动膜盒气侧的第二快断接口与实验柜气体接口连接，通过调节实验柜气体接口的压力，可以调节产品内部压力。

附图说明

图1为本发明加注膜盒的结构示意图；

图2为本发明向液体系统内补液操作的示意图一；

图3为本发明向液体系统内补液操作的示意图二；

图4为本发明向液体系统内补液操作的示意图三；

图5为本发明向空腔产品内补液操作的示意图；

图6为补液罐的结构示意图；

图7为储液袋的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、液侧；2、气侧；3、密封外壳；4、运动膜盒；5、密封端面；6、第一快断接口；7、第二快断接口；8、加注管；9、第三快断接口；10、第四快断接口；11、储液袋；12、第五快断接口；13、实验柜气体接口；14、实验柜真空接口；15、液体系统；16、空腔产品。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图1-图5所示，本实施例的一种应用于航天器的可重复利用加注装置，包括加注膜盒，所述加注膜盒包括密封外壳3以及运动膜盒4，所述密封外壳3上设有第一快断接口6和第二快断接口7；所述运动膜盒4包括连接端和自由端，所述连接端安装在所述密封外壳3内壁上且通过第一快断接口6与密封外壳3外部连通，所述自由端与所述第二快断接口7对应布置；所述运动膜盒4内形成有容积可变的液侧1，所述密封外壳3内具有与所述第二快断接口7连通且容积随液侧容积变化的气侧2。所述第一快断接口6与第二快断接口7在断开状态下处于密封状态，当有另外对应快断接口连接后处于打开状态。

其中，如图1-图5所示，本实施例的所述运动膜盒4包括多组相互连接的波纹膜片，所述波纹膜片为叠加的可折叠结构，多组相互连接的所述波纹膜片呈可伸缩的筒状结构，所述波纹膜片一端为敞口的连接端，所述波纹膜片另一端为密封的自由端。波纹膜片形成的运动膜盒为波纹式运动膜盒，可左右伸缩运动发生形变，进行改变液侧和气侧的容积大小。本实施例的波纹膜片的材质可以根据需要进行选择，可选用具有一定韧性弹性等的材质，有利于其伸缩形变等。

如图1-图5所示，所述自由端端面为平面结构，有利于运动膜盒的运动。所述密封外壳3采用刚性结构，使密封外壳具备移动耐压性。所述连接端焊接在所述密封外壳3的内壁上，使密封外壳与运动膜盒连接更加牢固，保证了密封性。自由端端面并不需要与密封外壳3内侧壁进行密封接触，可留有空隙，有利于膜盒运动以及气侧充气。

本实施例的运动膜盒液侧为由膜盒内腔与密封外壳3密闭起来的第一容腔，根据膜盒运动第一容腔的容积会发生变化，运动膜盒4液侧1可通过第一快断接口6与外部进行连通。运动膜盒4气侧2围由膜盒与外侧壁与密封外壳3密闭起来的第二容腔，运动膜盒4气侧2与液侧1之间无连通，根据膜盒运动第二容腔的容积会发生变化，并且第二容腔的容积会随着第一容腔容积变化发生变化，运动膜盒4气侧2可通过第二快断接口7与外部进行连通。

本实施例的密封外壳3可采用圆柱形空腔结构或方柱形空腔结构或其他任意形状空腔结构，优选圆柱形空腔结构，有利于安装以及运动膜盒的运动。所述第一快断接口6和第二快断接口7分别位于密封外壳3轴向的两端，而且所述运动膜盒沿密封外壳3轴向运动。

本实施例可实现液体系统或空腔产品的在轨补液，以及部分产品维修之后的在轨加注。本发明使用的膜盒式加注装置及加注管，可以多次重复利用，减少大量的发射上行成本。本实施例利用舱上的氮气和真空接口，实现抽真空、加压、加液等多个流程，通过对产品及加注软管抽真空，可以增加液体工质填充率，减少内部的气体比例，达到较好的加注效果。

实施例2

如图1-图5所示，本实施例的一种应用于航天器的可重复利用加注装置，包括加注膜盒，所述加注膜盒包括密封外壳3以及运动膜盒4，所述密封外壳3上设有第一快断接口6和第二快断接口7；所述运动膜盒4包括连接端和自由端，所述连接端安装在所述密封外壳3内壁上且通过第一快断接口6与密封外壳3外部连通，所述自由端与所述第二快断接口7对应布置；所述运动膜盒4内形成有容积可变的液侧1，所述密封外壳3内具有与所述第二快断接口7连通且容积随液侧容积变化的气侧2。所述第一快断接口6与第二快断接口7在断开状态下处于密封状态，当有另外对应快断接口连接后处于打开状态。

其中，如图1-图5所示，本实施例的所述运动膜盒4包括螺旋膜片，螺旋膜片为螺旋结构的膜片结构，所述螺旋膜片呈可伸缩的筒状结构，所述螺旋膜片一端为敞口的连接端，所述螺旋膜片另一端为密封的自由端。螺旋膜片形成的运动膜盒为波纹式运动膜盒，可左右伸缩运动发生形变，进行改变液侧和气侧的容积大小。本实施例的螺旋膜片的材质可以根据需要进行选择，可选用具有一定韧性弹性等的材质，有利于其伸缩形变等。

如图1-图5所示，所述自由端端面为弧面结构，所述密封外壳3采用刚性结构，使密封外壳具备移动耐压性。所述连接端焊接在所述密封外壳3的内壁上，使密封外壳与运动膜盒连接更加牢固，保证了密封性。自由端端面并不需要与密封外壳3内侧壁进行密封接触，可留有空隙，有利于膜盒运动以及气侧充气。

本实施例的运动膜盒液侧为由膜盒内腔与密封外壳3密闭起来的第一容腔，根据膜盒运动第一容腔的容积会发生变化，运动膜盒4液侧1可通过第一快断接口6与外部进行连通。运动膜盒4气侧2围由膜盒与外侧壁与密封外壳3密闭起来的第二容腔，运动膜盒4气侧2与液侧1之间无连通，根据膜盒运动第二容腔的容积会发生变化，并且第二容腔的容积会随着第一容腔容积变化发生变化，运动膜盒4气侧2可通过第二快断接口7与外部进行连通。

本实施例的密封外壳3可采用圆柱形空腔结构或方柱形空腔结构或其他任意形状空腔结构，优选圆柱形空腔结构，有利于安装以及运动膜盒的运动。所述第一快断接口6和第二快断接口7分别位于密封外壳3轴向的两端，而且所述运动膜盒沿密封外壳3轴向运动。

本实施例可实现液体系统或空腔产品的在轨补液，以及部分产品维修之后的在轨加注。本发明使用的膜盒式加注装置及加注管，可以多次重复利用，减少大量的发射上行成本。本实施例利用舱上的氮气和真空接口，实现抽真空、加压、加液等多个流程，通过对产品及加注软管抽真空，可以增加液体工质填充率，减少内部的气体比例，达到较好的加注效果。

实施例3

如图2-图7所示，本实施例的一种应用于航天器的可重复利用加注系统，包括实施例1所述的加注装置，还包括加注管8和储液袋11，所述加注管8两端分别设有第三快断接口9和第四快断接口10，所述储液袋11上设有第五快断接口12。所述储液袋11采用柔性非金属密封储液袋。其中，所述加注管8采用金属波纹软管。

本实施例的加注系统在使用时，需要配合航天器上实验柜的气体接口以及真空接口，气体接口一般为氮气接口，利用这两个接口配合可以重复利用加注装置实现液体系统的补液以及空腔产品的液体加注。

本实施例的加注系统，可实现液体系统或空腔产品的在轨补液，以及部分产品维修之后的在轨加注。本实施例使用的膜盒式加注装置及加注管，可以多次重复利用，减少大量的发射上行成本。本实施例使用的储液袋，使用柔性非金属材料制造，相比传统的刚性储液器，在相同重量下可以容纳更多的液体，可以减少发射上行重量，降低成本。

实施例4

如图2-图4所示，本实施例的一种应用于航天器的可重复利用加注方法，采用实施例2的加注系统对内部存在液体的液体系统15进行补液，液体系统内部本身有一定的液体存在，补充液体时不需要将内部抽真空，加注方法包括以下步骤：

S1，使用加注管8将密封外壳3的第一快断接口6与实验柜真空接口14进行连接，将运动膜盒4内液侧1抽至真空负压状态；

S2，将加注管8从实验柜真空接口14取下后与储液袋11上的第五快断接口12相连接，在外部环境自然压力的影响下，使储液袋11内液体加注到运动膜盒4液侧1，必要时可以使用手动挤压柔性储液袋，压入更多的液体；

S3，将加注管8从储液袋11上取下后与需补液的液体系统15连接，用另一根加注管8将密封外壳3的第二快断接口7与实验柜气体接口13连接，通过调节实验柜气体接口的压力，调节通入密封外壳3气侧2的气体压力，将运动膜盒4液侧的液体压入到液体系统15内部。并可利用实验柜气体接口13通入的气体调节液体系统15的压力。

本实施例的加注方法，可实现液体系统的在轨补液，以及部分产品维修之后的在轨加注。本实施例使用的膜盒式加注装置及加注管，可以多次重复利用，减少大量的发射上行成本。本实施例利用舱上的氮气和真空接口，实现抽真空、加压、加液等多个流程，通过对产品及加注软管抽真空，可以增加液体工质填充率，减少内部的气体比例，达到较好的加注效果。

实施例5

如图5所示，本实施例的一种应用于航天器的可重复利用加注方法，对内部为空腔的空腔产品16进行加注液体，空腔产品内部有气体存在，加注时需要将空腔产品内部气体抽出，加注方法包括以下步骤：

S1，将需加注液体的空腔产品16通过加注管8与实验柜真空接口14连接，将空腔产品16内部气体抽出，使空腔产品16内部抽至真空负压状态；

S2，通过加注管8将运动膜盒4液侧与实验柜真空接口14连接，将运动膜盒4液侧1抽至真空负压状态；

S3，将加注管8从实验柜真空接口14取下后与储液袋11上的第五快断接口12进行连接，在外部环境自然压力的影响下，使储液袋11内液体自然压入运动膜盒4液侧，必要时可以使用手动挤压柔性储液袋，压入更多液体；

S4，将加注管8从储液袋11上取下，并与真空状态的空腔产品16进行连接，此时液侧与空腔产品内部连通，使运动膜盒4液侧1的液体自然流入到空腔产品16内部。

还包括S5，用另一根加注管8将运动膜盒4气侧2的第二快断接口7与实验柜气体接口13连接，通过调节实验柜气体接口13的压力，可以调节产品16内部压力。

本实施例的加注系统，可实现空腔产品的在轨补液，以及部分产品维修之后的在轨加注。本实施例使用的膜盒式加注装置及加注管，可以多次重复利用，减少大量的发射上行成本。本实施例利用舱上的氮气和真空接口，实现抽真空、加压、加液等多个流程，通过对产品及加注软管抽真空，可以增加液体工质填充率，减少内部的气体比例，达到较好的加注效果。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (1)

1.一种应用于航天器的可重复利用加注方法，其特征在于，应用于空间站航天器，采用可重复利用加注系统实现，可重复利用加注系统包括加注装置，还包括加注管和储液袋，所述加注管两端分别设有第三快断接口和第四快断接口，所述储液袋上设有第五快断接口；所述储液袋采用柔性非金属密封储液袋；所述加注管采用金属波纹软管；

所述加注装置包括加注膜盒，所述加注膜盒包括密封外壳以及运动膜盒，所述密封外壳上设有第一快断接口和第二快断接口；所述运动膜盒包括连接端和自由端，所述连接端安装在所述密封外壳内壁上且通过第一快断接口与密封外壳外部连通，所述自由端与所述第二快断接口对应布置；所述运动膜盒内形成有容积可变的液侧，所述密封外壳内具有与所述第二快断接口连通且容积随液侧容积变化的气侧；所述运动膜盒包括波纹膜片，所述波纹膜片呈可伸缩的筒状结构，所述波纹膜片一端为敞口的连接端，所述波纹膜片另一端为密封的自由端；所述自由端端面为平面结构；所述密封外壳采用刚性结构；所述连接端焊接在所述密封外壳的内壁上；

加注系统在使用时，需要配合航天器上实验柜的气体接口以及真空接口，利用这两个接口配合可以重复利用加注装置实现液体系统的补液以及空腔产品的液体加注；

对内部存在液体的液体系统进行补液，包括以下步骤：

S1，使用加注管将密封外壳的第一快断接口与实验柜真空接口进行连接，将运动膜盒内液侧抽至真空负压状态；

S2，将加注管从实验柜真空接口取下后与储液袋相连接，使储液袋内液体加注到运动膜盒液侧；

S3，将加注管从储液袋上取下后与需补液的液体系统连接，用另一根加注管将密封外壳的第二快断接口与实验柜气体接口连接，通过调节通入密封外壳气侧的气体压力，将运动膜盒液侧的液体压入到液体系统内部，并可利用实验柜气体接口通入的气体调节液体系统的压力；

对内部为空腔的空腔产品进行加注液体，包括以下步骤：

S1，将需加注液体的空腔产品通过加注管与实验柜真空接口连接，将空腔产品内部气体抽出，使空腔产品内部抽至真空负压状态；

S2，通过加注管将运动膜盒液侧与实验柜真空接口连接，将运动膜盒液侧抽至真空负压状态；

S3，将加注管从实验柜真空接口取下后与储液袋进行连接，使储液袋内液体自然压入运动膜盒液侧；

S4，将加注管从储液袋上取下，并与真空状态的空腔产品进行连接，使运动膜盒液侧的液体自然流入到空腔产品内部；

S5，用另一根加注管将运动膜盒气侧的第二快断接口与实验柜气体接口连接，通过调节实验柜气体接口的压力，可以调节产品内部压力。

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