CN113404619B - 一种削能减振的液体火箭推进剂管路间交叉输送系统 - Google Patents

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Abstract

一种削能减振的液体火箭推进剂管路间交叉输送系统，包括第一助推级贮箱、第二助推级贮箱和芯级贮箱；第一助推级贮箱出口与第一助推级发动机连接；第二助推级贮箱出口与第二助推级发动机连接；芯级贮箱出口与第一芯级发动机、第二芯级发动机连接；第一助推级贮箱出口通过交叉路隔离阀、第一缓冲罐和第一芯级发动机连接；第二助推级贮箱出口通过交叉路隔离阀、第二缓冲罐和第二芯级发动机连接；交叉输送过程中，助推级贮箱先向缓冲罐供应推进剂，再由缓冲罐向芯级发动机供应推进剂，等助推级脱落之后再由芯级贮箱向芯级发动机供应推进剂；本发明缓冲罐的消能作用不受隔离阀类型限制，在造成最大水击强度的快开阀应用时也可起到良好的缓冲效果。

Description

一种削能减振的液体火箭推进剂管路间交叉输送系统
技术领域
本发明涉及推进剂供应系统交叉输送技术领域，具体涉及一种削能减振的液体火箭推进剂管路间交叉输送系统。
背景技术
随着重型运载火箭、可重复使用运载器、航天飞机等飞行器的大量应用，交叉输送技术作为一种新型推进剂供应系统受到广泛关注。推进剂交叉输送技术，是助推级与芯级之间通过交叉输送管路使各级贮箱及其发动机之间实现推进剂共享的技术。通过该技术，助推器或下一级贮箱可在自身工作的同时向芯级或上一级发动机供应推进剂，使后者少消耗或不消耗原有推进剂，因而能大幅度提高火箭运载能力，优化箭体总体布局，减小起飞推重比，提高火箭的经济性与安全性。
交叉输送技术的常见系统有贮箱间交叉输送和管路间交叉输送。贮箱间交叉输送的贮箱增压系统及其气枕控制系统的设计是个极大的挑战，实现难度大。管路间交叉输送仅需要通过阀门启闭就可以实现，其作为结构及实现方式最为简单的交叉输送系统被国内学者广泛研究。
在交叉输送过程中助推级贮箱利用交叉输送管路直接将推进剂输送到包括芯级发动机在内的所有发动机前，保证芯级贮箱不出流或少出流；在交叉输送结束时，交叉路阀门关闭助推级脱落，芯级发动机推进剂供应源由助推级贮箱转为芯级贮箱使得其流量出现波动，同时阀门动作使整个系统出现压力振荡现象。该系统对阀门类型也有要求，当采用快开阀作为交叉路隔离阀时，系统中将会出现空化现象，严重影响芯级发动机的燃烧特性。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种削能减振的液体火箭推进剂管路间交叉输送系统，缓冲罐的消能作用不受隔离阀类型限制，在造成最大水击强度的快开阀应用时也可起到良好的缓冲效果。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种削能减振的液体火箭推进剂管路间交叉输送系统，包括第一助推级贮箱1、第二助推级贮箱2和芯级贮箱3；第一助推级贮箱1出口通过第一泵前阀10与第一助推级发动机14连接；第二助推级贮箱2出口通过第二泵前阀13与第二助推级发动机17连接；芯级贮箱3出口通过第三泵前阀11与第一芯级发动机15连接；芯级贮箱3出口通过第四泵前阀12与第二芯级发动机16连接；
第一助推级贮箱1出口通过第一交叉路隔离阀4、第二交叉路隔离阀5、第一缓冲罐6和第三泵前阀11、第四泵前阀12的入口连通管路连接；
第二助推级贮箱2出口通过第三交叉路隔离阀7、第四交叉路隔离阀8、第二缓冲罐9和第三泵前阀11、第四泵前阀12的入口连通管路连接；
交叉输送过程中，助推级贮箱先向缓冲罐供应推进剂，再由缓冲罐向芯级发动机供应推进剂，等助推级脱落之后再由芯级贮箱向芯级发动机供应推进剂。
一种削能减振的液体火箭推进剂管路间交叉输送系统，包括第一助推级贮箱1、第二助推级贮箱2和芯级贮箱3；第一助推级贮箱1出口通过第一泵前阀10与第一助推级发动机14连接；第二助推级贮箱2出口通过第二泵前阀13与第二助推级发动机17连接；芯级贮箱3出口通过第一缓冲罐6、第三泵前阀11与第一芯级发动机15连接；芯级贮箱3出口通过第二缓冲罐9、第四泵前阀12与第二芯级发动机16连接；
第一助推级贮箱1出口通过第一交叉路隔离阀4、第二交叉路隔离阀5和第一缓冲罐6、第二缓冲罐9入口连通管路连接；
第二助推级贮箱2出口通过第三交叉路隔离阀7、第四交叉路隔离阀8和第一缓冲罐6、第二缓冲罐9入口连通管路连接；
交叉输送过程中，助推级贮箱先向缓冲罐供应推进剂，再由缓冲罐向芯级发动机供应推进剂，等助推级脱落之后再由芯级贮箱向芯级发动机供应推进剂。
本发明的有益效果为：
第一缓冲罐6、第二缓冲罐9可对管路间交叉输送助推级分离时第一交叉路隔离阀4、第二交叉路隔离阀5、第三交叉路隔离阀7、第四交叉路隔离阀8动作导致的压力波动现象起到明显的缓冲作用，吸收其关闭产生的水击振荡能量。在交叉输送结束时刻，第一芯级发动机15、第二芯级发动机16的推进剂来源始终为第一缓冲罐6、第二缓冲罐9，因此推进剂流量可一直保持稳定。缓冲罐的缓冲作用不受隔离阀类型限制，在造成最大水击强度的快开阀应用时也可起到良好的消能效果。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图。
图2是本发明实施例2的结构示意图。
图3是不同缓冲罐体积下第三泵前阀11、第四泵前阀12入口处压力比较图。
图4是现有系统与本发明采用缓冲罐的芯级流量波动率对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
实施例1：如图1所示，一种削能减振的液体火箭推进剂管路间交叉输送系统，包括第一助推级贮箱1、第二助推级贮箱2和芯级贮箱3；第一助推级贮箱1出口通过第一泵前阀10与第一助推级发动机14连接，形成左侧助推级支路；第二助推级贮箱2出口通过第二泵前阀13与第二助推级发动机17连接，形成右侧助推级支路；芯级贮箱3出口通过第三泵前阀11与第一芯级发动机15连接，形成第一芯级支路；芯级贮箱3出口通过第四泵前阀12与第二芯级发动机16连接，形成第二芯级支路；
第一助推级贮箱1出口通过第一交叉路隔离阀4、第二交叉路隔离阀5、第一缓冲罐6和第三泵前阀11、第四泵前阀12的入口连通管路连接，第一交叉路隔离阀4、第二交叉路隔离阀5、第一缓冲罐6形成左侧交叉输送支路；
第二助推级贮箱2出口通过第三交叉路隔离阀7、第四交叉路隔离阀8、第二缓冲罐9和第三泵前阀11、第四泵前阀12的入口连通管路连接，第三交叉路隔离阀7、第四交叉路隔离阀8、第二缓冲罐9形成右侧交叉输送支路；
交叉输送过程中，助推级贮箱先向缓冲罐供应推进剂，再由缓冲罐向芯级发动机供应推进剂，等助推级脱落之后再由芯级贮箱向芯级发动机供应推进剂。
实施例1的工作原理为：交叉输送过程中，第一助推级贮箱1将推进剂输送至第一助推级发动机14的同时向第一缓冲罐6填充推进剂，第二助推级贮箱2将推进剂输送至第二助推级发动机17的同时向第二缓冲罐9填充推进剂；第一助推级贮箱1、第二助推级贮箱2和芯级贮箱3间的气枕压力差使芯级贮箱3不出流，第一芯级发动机15、第二芯级发动机16的推进剂分别来源于第一缓冲罐6、第二缓冲罐9；在交叉输送结束时，第一泵前阀10、第二泵前阀13和第一交叉路隔离阀4、第二交叉路隔离阀5、第三交叉路隔离阀7、第四交叉路隔离阀8关闭，助推级脱落，转为芯级贮箱3向第一芯级发动机15、第二芯级发动机16供应推进剂，在芯级贮箱3供应推进剂完毕后，第三泵前阀11、第四泵前阀12关闭。
实施例2：如图2所示，一种削能减振的液体火箭推进剂管路间交叉输送系统，包括第一助推级贮箱1、第二助推级贮箱2和芯级贮箱3；第一助推级贮箱1出口通过第一泵前阀10与第一助推级发动机14连接，形成左侧助推级支路；第二助推级贮箱2出口通过第二泵前阀13与第二助推级发动机17连接，形成右侧助推级支路；芯级贮箱3出口通过第一缓冲罐6、第三泵前阀11与第一芯级发动机15连接，形成第一芯级支路；芯级贮箱3出口通过第二缓冲罐9、第四泵前阀12与第二芯级发动机16连接，形成第二芯级支路；
第一助推级贮箱1出口通过第一交叉路隔离阀4、第二交叉路隔离阀5和第一缓冲罐6、第二缓冲罐9入口连通管路连接，第一交叉路隔离阀4、第二交叉路隔离阀5形成左侧交叉输送支路；
第二助推级贮箱2出口通过第三交叉路隔离阀7、第四交叉路隔离阀8和第一缓冲罐6、第二缓冲罐9入口连通管路连接，第三交叉路隔离阀7、第四交叉路隔离阀8形成右侧交叉输送支路；
交叉输送过程中，助推级贮箱先向缓冲罐供应推进剂，再由缓冲罐向芯级发动机供应推进剂，等助推级脱落之后再由芯级贮箱向芯级发动机供应推进剂。
实施例2的工作原理为：交叉输送过程中，第一助推级贮箱1将推进剂输送至第一助推级发动机14的同时向第一缓冲罐6填充推进剂，第二助推级贮箱2将推进剂输送至第二助推级发动机17的同时向第二缓冲罐9填充推进剂；第一助推级贮箱1、第二助推级贮箱2和芯级贮箱3间的气枕压力差使芯级贮箱3不出流，第一芯级发动机15、第二芯级发动机16的推进剂分别来源于第一缓冲罐6、第二缓冲罐9；在交叉输送结束时，第一泵前阀10、第二泵前阀13和第一交叉路隔离阀4、第二交叉路隔离阀5、第三交叉路隔离阀7、第四交叉路隔离阀8关闭，助推级脱落，转为芯级贮箱3向第一缓冲罐6供应推进剂，再由第一缓冲罐6向第一芯级发动机15供应推进剂，芯级贮箱3向第二缓冲罐9供应推进剂，再由第二缓冲罐9向第二芯级发动机16供应推进剂，在芯级贮箱3供应推进剂完毕后，第三泵前阀11、第四泵前阀12关闭。
实施例1与实施例2对交叉输送结束时的压力波动均具有消能减振效果。采用不同缓冲罐体积对芯级压力波动的缓冲作用如图3所示，随着缓冲罐体积增加，芯级压力波动越来越小。在缓冲罐体积为0.1m3时，压力会先降低到一个较低值再缓慢上升至稳定压力，但不再出现多次振荡；在缓冲罐体积为0.5m3时芯级压力振荡消失，由助推级供液压力平缓过渡到芯级供液压力，缓冲罐体积越大，芯级压力过渡越平缓。
在采用快开阀作为交叉路隔离阀时会在交叉输送系统中产生巨大的水击强度，甚至在交叉路靠芯级侧产生空化现象，使得芯级流量不连续，采用缓冲罐可起到明显的消能减振作用。采用快开阀及应用缓冲罐时的芯级流量波动率如图4所示，采用快开阀时流量波动率达25％，在采用缓冲罐后流量波动率仅有0.02％。
本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的，在本发明方案的基础上，凡根据本发明的原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (1)

1.一种削能减振的液体火箭推进剂管路间交叉输送系统，其特征在于：包
括第一助推级贮箱(1)、第二助推级贮箱(2)和芯级贮箱(3)；第一助推级贮箱(1)出口通过第一泵前阀(10)与第一助推级发动机(14)连接；第二助推级贮箱(2)出口通过第二泵前阀(13)与第二助推级发动机(17)连接；芯级贮箱(3)出口通过第一缓冲罐(6)、第三泵前阀(11)与第一芯级发动机(15)连接；芯级贮箱(3)出口通过第二缓冲罐(9)、第四泵前阀(12)与第二芯级发动机(16)连接；
第一助推级贮箱(1)出口通过第一交叉路隔离阀(4)、第二交叉路隔离阀(5)和第一缓冲罐(6)、第二缓冲罐(9)入口连通管路连接；
第二助推级贮箱(2)出口通过第三交叉路隔离阀(7)、第四交叉路隔离阀(8)和第一缓冲罐(6)、第二缓冲罐(9)入口连通管路连接；
交叉输送过程中，助推级贮箱先向缓冲罐供应推进剂，再由缓冲罐向芯级发动机供应推进剂，等助推级脱落之后再由芯级贮箱向芯级发动机供应推进剂；
交叉输送过程中，第一助推级贮箱(1)将推进剂输送至第一助推级发动机(14)的同时向第一缓冲罐(6)填充推进剂，第二助推级贮箱(2)将推进剂输送至第二助推级发动机(17)的同时向第二缓冲罐(9)填充推进剂；第一助推级贮箱(1)、第二助推级贮箱(2)和芯级贮箱(3)间的气枕压力差使芯级贮箱(3)不出流，第一芯级发动机(15)、第二芯级发动机(16)的推进剂分别来源于第一缓冲罐(6)、第二缓冲罐(9)；在交叉输送结束时，第一泵前阀(10)、第二泵前阀(13)和第一交叉路隔离阀(4)、第二交叉路隔离阀(5)、第三交叉路隔离阀(7)、第四交叉路隔离阀(8)关闭，助推级脱落，转为芯级贮箱(3)向第一缓冲罐(6)供应推进剂，再由第一缓冲罐(6)向第一芯级发动机(15)供应推进剂，芯级贮箱(3)向第二缓冲罐(9)供应推进剂，再由第二缓冲罐(9)向第二芯级发动机(16)供应推进剂，在芯级贮箱(3)供应推进剂完毕后，第三泵前阀(11)、第四泵前阀(12)关闭。
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