CN113250859A - 一种组合活塞式液体推进剂贮箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液体推进剂贮箱，具体涉及一种组合活塞式液体推进剂贮箱,目的是解决现有推进剂贮箱重量大、空间利用率低、排空效率低的技术问题。组合活塞式液体推进剂贮箱通过组合式活塞组件沿筒体往复运动实现贮箱加、排液功能；组合式活塞组件通过柔性膜实现气液隔离，在注满状态和排空状态下柔性膜与气腔封头、液腔封头紧密贴合，有效减小贮箱壳体不可用贮存空间和液体不可排出量，提高了贮箱内部空间利用率和排空效率，同时也使得贮箱重量更轻。

Description

一种组合活塞式液体推进剂贮箱

技术领域

本发明涉及液体推进剂贮箱，具体涉及一种组合活塞式液体推进剂贮箱。

背景技术

液体推进剂贮箱应用于液体火箭动力系统，主要作用是贮存和管理液体推进剂。液体推进剂贮箱工作时，贮箱在上游挤压气体的作用下向贮箱下游系统输送连续不夹气的液体推进剂。随着液体动力系统轻质化、小型化要求越来越高，液体动力系统内部空间越来越紧凑，贮箱安装空间不断收缩，且形状越来越复杂。相比较球形结构、球锥形结构，长径比比较大的细长形贮箱结构对安装空间的要求更低。

液体火箭动力系统目前常用的贮箱结构有金属半膜贮箱、非金属半膜贮箱、囊式贮箱、表面张力贮箱、膜盒贮箱、活塞贮箱，其中金属半膜贮箱、非金属半膜贮箱和囊式贮箱为球形结构、球锥形结构或长径比较小的球柱形结构；表面张力贮箱形状结构不受限制，但是主要应用在微重力环境；膜盒贮箱和活塞贮箱可以设计为细长型的柱形结构，但膜盒封头型面和活塞型面均需与液腔封头型面保持一致，膜盒封头和活塞与气腔封头之间的不可利用空间大，二者都存在重量大、空间利用率低、排空效率低的问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有的液体推进剂贮箱存在重量大、空间利用率低、排空效率低的技术问题，提出一种组合活塞式液体推进剂贮箱。

为实现上述目的，本发明提供的技术解决方案如下：

一种组合活塞式液体推进剂贮箱，其特殊之处在于：由气腔封头、组合式活塞组件、筒体、液腔封头组成。

所述气腔封头和筒体、液腔封头之间依次采用焊接连接，形成一个密闭容腔。

所述组合式活塞组件装配在所述密闭容腔的内部筒体内表面上；组合式活塞组件的左侧表面和筒体、气腔封头之间形成气腔空间，组合式活塞组件的右侧表面和筒体、液腔封头之间形成密闭的液腔空间；组合式活塞组件由活塞环、密封圈、柔性膜和压环组成，所述活塞环的外径大小与筒体的内径大小相适配，密封圈安装在活塞环外侧的密封沟槽内，使活塞环与筒体两者之间构成动密封结构，柔性膜根部通过压环安装固定在活塞环内侧，压环与活塞环之间通过螺纹结构连接，端部进行焊接固定。

所述气腔封头集成对外接嘴，所述液腔封头集成对外接嘴。

进一步地，所述柔性膜根部集成密封圈，活塞环的内壁设置有一圈凸台，压环的下端部设置有一圈凸沿，凸沿和凸台配合形成一个密封沟槽，柔性膜根部的密封圈安装在密封沟槽内，活塞环和压环通过柔性膜根部的密封圈构成静密封结构。此构造进一步提高了柔性膜和活塞环、压环之间的密封性。

进一步地，所述柔性膜采用橡胶或氟塑料制成。材料比较常见、易得，易于推广使用。

进一步地，气腔封头、筒体、液腔封头由同一种金属材料制成。焊接方便，且密闭容腔密闭性更好。

进一步地，所述金属材料为钛合金、铝合金或不锈钢。这些金属材料比较常见、易得，利于推广使用。

进一步地，所述活塞环、压环为钛合金、铝合金或不锈钢制成。组合式活塞结构对零件材料要求不高，简便易行。

本发明相比现有技术具有的有益效果：

1、本发明提供的组合活塞式液体推进剂贮箱，采用组合式活塞组件上的柔性膜实现气液分隔，推进剂注满时，组合式活塞组件位于气腔封头处，柔性膜向气腔空间翻转并与气腔封头紧密贴合，推进剂的存储空间实现最大化；推进剂排空时，组合式活塞组件位于液腔封头处，柔性膜向液腔空间翻转并与液腔封头紧密贴合，实现推进剂排空最大化。通过上述结构让该组合活塞式贮箱相较于现有技术，提高了内部空间利用率和推进剂排空效率。

2、本发明提供的组合活塞式液体推进剂贮箱，采用活塞环、密封圈、柔性膜和压环组成组合式活塞组件。其中密封圈位于筒体和活塞环之间，构成动密封结构，防止气体或液体通过组合式活塞组件和筒体之间渗漏；柔性膜根部集成设计密封圈，柔性膜根部、活塞环、压环之间构成静密封结构，防止气体或液体通过柔性膜、活塞环、压环之间的缝隙渗漏。通过上述动密封结构和静密封结构共同作用，实现了严密气液隔离。

3、本发明提供的组合活塞式液体推进剂贮箱，采用柔性膜作为液体推进剂贮箱活塞结构的主体结构，柔性膜相较于金属或其他材料制成的活塞结构重量更轻，从而使贮箱的重量更轻，更满足航天轻质化需求。

附图说明

图1为本发明的整体结构主视图；

图2为本发明中组合式活塞组件的剖视图；

图3为本发明的液体推进剂排空过程示意图；

图4为本发明的液体推进剂加注过程示意图。

附图标记说明：

1-气腔封头，2-组合式活塞组件，3-筒体，4-液腔封头，5-活塞环，6-密封圈，7-柔性膜，8-压环，9-气腔空间，10-液腔空间。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地说明。

如图1所示，一种组合活塞式液体推进剂贮箱，由气腔封头1、组合式活塞组件2、筒体3、液腔封头4组成；气腔封头1、筒体3、液腔封头4采用相同的金属材料制成并由左至右依次焊接连接形成一个密闭容腔，金属材料可采用钛合金、铝合金或不锈钢；组合式活塞组件2装配在该密闭容腔的内部筒体3表面上，其可以位于筒体内部任意位置；组合式活塞组件2的左侧表面和筒体3、气腔封头1之间形成气腔空间9，组合式活塞组件2的右侧表面和筒体3、液腔封头4之间形成密闭的液腔空间10；气腔封头1集成对外接嘴，用于挤压气体进入和排出，液腔封头4集成对外接嘴，用于液体推进剂加注和排空。

如图2所示，组合式活塞组件2由活塞环5、密封圈6、柔性膜7和压环8组成，所述活塞环5的外径大小与筒体3的内径大小相适配，使组合式活塞组件2可以沿筒体3往复运动。密封圈6安装在活塞环5外侧的密封沟槽内，在活塞环5与筒体3之间起密封作用，防止气体和推进剂通过活塞环5与筒体3之间的缝隙接触；柔性膜7根部通过压环8安装固定在活塞环5内侧，压环8与活塞环5之间通过螺纹结构连接并进行焊接固定，活塞环5的内壁设置有一圈凸台，压环8的下端部设置有一圈凸沿，凸沿和凸台配合形成一个密封沟槽，柔性膜7根部集成密封圈，密封圈安装在密封沟槽内，活塞环5和压环8通过柔性膜7根部的密封圈构成静密封结构，防止气体和推进剂通过活塞环5和压环8之间的缝隙接触；柔性膜7采用橡胶或氟塑料制成，能够反复翻折，压力作用下能够改变表面形状，活塞环5、压环8为钛合金、铝合金或不锈钢制成。

如图3所示，组合活塞式液体推进剂贮箱处于液体推进剂注满状态，即①状态，此时柔性膜7与气腔封头1紧密贴合。通过气腔封头1上集成的对外接嘴注入气体，在气体的挤压作用下，组合式活塞组件2向液腔封头4处移动，组合式活塞组件2依次经历②、③状态，直至柔性膜7在气体压力作用下与液腔封头4紧密贴合，达到④状态，此时液腔空间10最小，气腔空间9最大且基本与密闭容腔空间一致，液体推进剂排空率约为100％。

如图4所示，组合活塞式液体推进剂贮箱处于液体推进剂排空状态，即④状态，此时柔性膜7与液腔封头4紧密贴合。通过液腔封头4上集成的对外接嘴注入推进剂，在推进剂的挤压作用下，组合式活塞组件2向气腔封头1处移动，组合式活塞组件2依次经历③、②状态，直至柔性膜7在液体推进剂压力作用下与气腔封头1紧密贴合，达到①状态，此时气腔空间9最小，液腔空间10最大且基本与密闭容腔空间一致，贮箱内部空间利用率约为100％。

Claims (6)

1.一种组合活塞式液体推进剂贮箱，其特征在于：包括气腔封头(1)、组合式活塞组件(2)、筒体(3)及液腔封头(4)；

所述气腔封头(1)和筒体(3)、液腔封头(4)之间依次采用焊接连接，形成一个密闭容腔；

所述组合式活塞组件(2)装配在所述密闭容腔的内部筒体(3)内表面上；组合式活塞组件(2)的左侧表面和筒体(3)、气腔封头(1)之间形成气腔空间(9)，组合式活塞组件(2)的右侧表面和筒体(3)、液腔封头(4)之间形成密闭的液腔空间(10)；组合式活塞组件(2)由活塞环(5)、密封圈(6)、柔性膜(7)和压环(8)组成，所述活塞环(5)的外径大小与筒体(3)的内径大小相适配，密封圈(6)安装在活塞环(5)外侧的密封沟槽内，使活塞环(5)与筒体(3)两者之间构成动密封结构，柔性膜(7)根部通过压环(8)固定在活塞环(5)内侧，压环(8)与活塞环(5)之间通过螺纹结构连接，端部进行焊接固定；

所述气腔封头(1)集成对外接嘴，所述液腔封头(4)集成对外接嘴。

2.根据权利要求1所述的组合活塞式液体推进剂贮箱，其特征在于：所述柔性膜(7)根部集成密封圈，活塞环(5)的内壁设置有一圈凸台，压环(8)的下端部设置有一圈凸沿，凸沿和凸台配合形成一个密封沟槽，柔性膜(7)根部的密封圈安装在密封沟槽内，活塞环(5)和压环(8)通过柔性膜(7)根部的密封圈构成静密封结构。

3.根据权利要求

任一所述的组合活塞式液体推进剂贮箱，其特征在于：所述柔性膜(7)采用橡胶或氟塑料制成。

4.根据权利要求3所述的组合活塞式液体推进剂贮箱，其特征在于：气腔封头(1)、筒体(3)、液腔封头(4)为同一种金属材料制成。

5.根据权利要求4所述的组合活塞式液体推进剂贮箱，其特征在于：所述金属材料为钛合金、铝合金或不锈钢。

6.根据权利要求5所述的组合活塞式液体推进剂贮箱，其特征在于：所述活塞环(5)、压环(8)为钛合金、铝合金或不锈钢制成。

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