CN113864645A - 轨控发动机地面试验用吹除系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轨控发动机地面试验用吹除系统，从吹除气源到轨控发动机之间分别具有燃烧剂吹除管路、氧化剂吹除管路，并沿吹除气源输出气体流动的方向上，所述燃烧剂吹除管路上依次设置有第一控制阀、第一单向阀，所述氧化剂吹除管路上依次设置有第二控制阀、第二单向阀，本发明在吹除控制阀下游设置了双阀座单向流动控制阀，可确保吹除控制阀的阀芯不会因为轨控发动机的开机或关机压力峰而发生位置改变，吹除系统内氧、燃推进剂的隔离更安全、可靠。

Description

轨控发动机地面试验用吹除系统

技术领域

本发明涉及航天器推进技术领域，具体地，涉及一种轨控发动机地面试验用吹除系统。

背景技术

液体推进剂轨控发动机在关机后头腔内通常仍残留较多的液体推进剂，若不对残留推进剂进行吹除，则还会持续燃烧较长时间，可能烧蚀喷注器，危及发动机安全。因此，对轨控发动机进行吹除非常必要。

液体火箭轨控发动机在开机或关机时，通常会在燃烧室和推进剂管路内产生非常高的瞬时压力峰，极端情况下会对与轨控发动机连接的管路和阀门产生极大的冲击，可能出现密封失效、推进剂泄漏或者吹除控制阀开关状态异常改变等问题，而推进剂泄漏或流体控制阀状态异常改变将影响轨控发动机正常工作，产生非预期后果，严重时导致地面试验或飞行任务失败。因瞬时压力峰的破坏性强，难以消除，历来受到广泛关注。抑制甚至消除瞬时压力峰对轨控发动机及吹除系统的危害，对提高轨控发动机工作可靠性具有重要意义。

液体推进剂轨控发动机吹除系统未见公开报道。

目前常规的做法是：方案A，仅采用电磁阀或电磁气动阀作为吹除系统的控制阀；方案B，仅采用自锁阀作为吹除系统的控制阀。实际上，对于方案A，电磁阀或电磁气动阀存在被轨控发动机开关机时产生的瞬时压力峰反向顶开的可能，导致氧、燃推进剂在吹除阀上游混合，若是自燃推进剂，则会燃烧甚至爆炸。对于方案B，若轨控发动机开机时产生的瞬时压力峰太高，可能导致自锁阀的阀芯被瞬时压力峰冲开，由关位置变为开位置，难以从现象上及时发现并采取措施，导致吹除气体进入轨控发动机发生夹气燃烧，偏离额定工况工作而损坏产品。虽然可通过加严产品质量控制降低故障发生概率，但无法保证吹除阀在不该开的时候始终保持关闭，因此，方案B在可靠性要求特别高的场合仍然存在风险。

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轨控发动机地面试验用吹除系统。

根据本发明提供的一种轨控发动机地面试验用吹除系统，从吹除气源到轨控发动机之间分别具有燃烧剂吹除管路、氧化剂吹除管路并沿吹除气源输出气体流动的方向上：

所述燃烧剂吹除管路上依次设置有第一控制阀、第一单向阀，所述氧化剂吹除管路上依次设置有第二控制阀、第二单向阀。

优选地，还包括控制单元，所述控制单元与所述第一控制阀、第二控制阀信号连接；

所述控制单元能够根据所述吹除气源的压力分别调整所述第一控制阀、第二控制阀的开度进而匹配所述第一单向阀、第二单向阀的开启压力以及流量。

优选地，所述第一单向阀、第二单向阀均采用双阀座单向流动控制阀，所述双阀座单向流动控制阀包括控制阀壳体以及分别设置在所述控制阀壳体两端的进口端、出口端；

所述控制阀壳体的内部设置有隔段且所述隔段将控制阀壳体的内部分割为相互连通的第一腔室以及第二腔室，所述第一腔室的内部设置有第一芯体结构，所述第二腔室内部设置有第二芯体结构；

当所述进口端的气体压力达到设定压力时，进口端通过所述隔段上的通孔与出口端连通；

当所述进口端的气体压力低于设定压力时，进口端与第一腔室被第一芯体结构阻断，所述第一腔室与第二腔室被第二芯体结构阻断。

优选地，所述第一芯体结构包括第一弹簧以及第一阀芯，所述第二芯体结构包括第二弹簧以及第二阀芯；

所述第一腔室、第二腔室的内部分别设置有第一阀座、第二阀座；

所述第一弹簧的一端连接所述隔段，所述第一阀芯安装在第一弹簧的另一端，所述第二弹簧的一端连接所述控制阀壳体的内壁，所述第二阀芯安装在第二弹簧的另一端；

当所述进口端的气体压力达到设定压力时，从所述进口端进入的气体推动所述第一阀芯朝向所述隔段运动进而使进口端与所述第一腔室连通，第一腔室内的气体推动第二阀芯朝向第二弹簧运动进而使第一腔室通过通孔连通第二腔室；

当所述进口端的气体压力低于设定压力时，第一阀芯与第一阀座贴合相抵，第二阀芯与第二阀座贴合相抵。

优选地，所述第一控制阀、第二控制阀采用气动阀或电动阀。

优选地，所述气动阀或电动阀为开关阀或调节阀。

优选地，所述第一控制阀、第二控制阀以脉冲方式同步通电开启和关闭。

优选地，所述轨控发动机关机后3s内开始第1次吹除，第1个脉冲宽度5s，第2～5个脉冲宽度2s，各脉冲之间的间隔均为2s。

优选地，所述控制单元与所述轨控发动机信号连接。

优选地，所述第一单向阀、第二单向阀均与所述轨控发动机所用的推进剂长期相容。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明在吹除控制阀下游设置了双阀座单向流动控制阀，可确保吹除控制阀的阀芯不会因为轨控发动机的开机或关机压力峰而发生位置改变，吹除系统内氧、燃推进剂的隔离更安全、可靠。

2、本发明中轨控发动机点火时无需给吹除控制阀加电，简化了控制单元设计及指令编排。

3、本发明中轨控发动机地面试验用吹除系统简单可靠、成本低、易于工程实现。

4、本发明提供的吹除程序简洁、实用，可用较少的气量达到良好的吹除效果。

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为本发明的结构示意图；

图2为双阀座单向流动控制阀的结构示意图。

图中示出：

燃烧剂吹除管路1 出口端12

氧化剂吹除管路2 隔段13

吹除气源3 第一腔室14

轨控发动机4 第二腔室15

第一控制阀5 通孔16

第一单向阀6 第一弹簧17

第二控制阀7 第一阀芯18

第二单向阀8 第二弹簧19

双阀座单向流动控制阀9 第二阀芯20

控制阀壳体10 第一阀座21

进口端11 第二阀座22

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。

实施例1：

本发明提供了一种轨控发动机地面试验用吹除系统，如图1所示，从吹除气源3到轨控发动机4之间分别具有燃烧剂吹除管路1、氧化剂吹除管路2，燃烧剂吹除管路1用于轨控发动机4内燃烧剂的吹除，氧化剂吹除管路2用于轨控发动机4内氧化剂的吹除，沿吹除气源3输出气体流动的方向上，所述燃烧剂吹除管路1上依次设置有第一控制阀5、第一单向阀6，所述氧化剂吹除管路2上依次设置有第二控制阀7、第二单向阀8。

所述第一控制阀5、第二控制阀7采用气动阀或电动阀，所述第一单向阀6、第二单向阀8均优选电动控制阀，在一个变化例中，第一单向阀6、第二单向阀8均采用气动控制阀。所述气动阀或电动阀为开关阀或调节阀，开关阀仅有完全打开和关闭两种状态，调节阀可根据实际的需求调整阀门的开度，如打开30％，再如开度为90％等。

所述第一单向阀6、第二单向阀8均与所述轨控发动机4所用的推进剂长期相容，即第一单向阀6、第二单向阀8与推进剂接触的部位的材质不会与推进剂发生化学反应，进而能够增加系统的稳定性，延长使用寿命。

本发明中还包括控制单元，所述控制单元与所述第一控制阀5、第二控制阀7信号连接，控制单元与所述轨控发动机4信号连接，控制单元能够根据得到的轨控发动机4开机与停机的信号进而根据预设的程序控制第一控制阀5、第二控制阀7开启或关闭。

在实际应用中，根据实际的需求，可以通过修改预设程序中的参数调整控制第一控制阀5、第二控制阀7开启或关闭的时间间隔等，以获得更优的吹除效果。

进一步地，所述控制单元能够根据所述吹除气源3的压力分别调整所述第一控制阀5、第二控制阀7的开度进而匹配所述第一单向阀6、第二单向阀8的开启压力以及流量，满足实际吹除作业的需求。

所述第一控制阀5、第二控制阀7以脉冲方式同步通电开启和关闭。所述轨控发动机4关机后3s内开始第1次吹除，第1个脉冲宽度5s，第2～5个脉冲宽度2s，各脉冲之间的间隔均为2s，通过以脉冲方式设定脉冲宽度、时间间隔，提高了吹除效率，节约了用气量，且能够保证吹除质量。

实施例2：

本实施例为实施例1的优选例。

本实施例中，所述第一单向阀6、第二单向阀8均采用双阀座单向流动控制阀9，如图2所示，所述双阀座单向流动控制阀9包括控制阀壳体10以及分别设置在所述控制阀壳体10两端的进口端11、出口端12，进口端11通过管路与第一控制阀5或第二控制阀7连接，出口端12通过管路与轨控发动机4连接。

所述控制阀壳体10的内部设置有隔段13且所述隔段13将控制阀壳体10的内部分割为相互连通的第一腔室14以及第二腔室15，所述第一腔室14的内部设置有第一芯体结构，所述第二腔室15内部设置有第二芯体结构，当所述进口端11的气体压力达到设定压力时，第一芯体结构受到气压推动运动进而使进口端11通过所述隔段13上的通孔16与出口端12连通，通孔16优选为圆形通孔。当所述进口端11的气体压力低于设定压力时，进口端11与第一腔室14被第一芯体结构阻断，所述第一腔室14与第二腔室15被第二芯体结构阻断，气体不能从进口端11到达出口端12。

本实施例中，所述第一芯体结构包括第一弹簧17以及第一阀芯18，所述第二芯体结构包括第二弹簧19以及第二阀芯20，所述第一腔室14、第二腔室15的内部分别设置有第一阀座21、第二阀座22，所述第一弹簧17的一端连接所述隔段13，所述第一阀芯18安装在第一弹簧17的另一端，所述第二弹簧19的一端连接所述控制阀壳体10的内壁，所述第二阀芯20安装在第二弹簧19的另一端，当所述进口端11的气体压力达到设定压力时，从所述进口端11进入的气体推动所述第一阀芯18朝向所述隔段13运动并压缩第一弹簧17，第一弹簧17被压缩后变短进而使进口端11与所述第一腔室14连通，气体通过进口端11进入第一腔室14，第一腔室14内的压力气体推动第二阀芯20朝向第二弹簧19运动进而压缩第二弹簧19，第二弹簧19被压缩后变短使第一腔室14通过通孔16连通第二腔室15，第一腔室14中的气体通过通孔16进入第二腔室15并从出口端12进入轨控发动机4中，当所述进口端11的气体压力低于设定压力时，在第一弹簧17、第二弹簧19弹力的作用下，推动第一阀芯18运动并与第一阀座21贴合相抵，进口端11与第一腔室14隔断，第二阀芯20也被推动与第二阀座22贴合相抵，第一腔室14与第二腔室15隔断。

本发明的工作原理如下：

轨控发动机4关机后，控制单元获得关机信号，按本发明提供的吹除程序，控制单元控制第一控制阀5、第二控制阀7打开，一部分吹除气体经第一控制阀5、第一单向阀6进入轨控发动机4的燃烧剂吹除口，对残留燃烧剂进行吹除，另一部分吹除气体经第二控制阀7、第二单向阀8进入轨控发动机4的氧化剂吹除口，对残留氧化剂进行吹除，达到设定的吹除时间后，控制单元控制第一控制阀5、第二控制阀7关闭，吹除停止。

如果第一控制阀5后没有设置第一单向阀6、第二控制阀7后没有设置第二单向阀8，当轨控发动机4开机或关机时，开机或关机产生的启动压力峰可能使得第一控制阀5、第二控制阀7的开关状态发生改变，即轨控发动机4不需要吹除的时候，吹除气体进入了轨控发动机4，严重时导致轨控发动机4夹气点火甚至轨控发动机烧毁。

本发明所述的吹除系统已用于推进系统热试车和着陆验证点火试验，效果良好。

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 (10)

1.一种轨控发动机地面试验用吹除系统，其特征在于，从吹除气源(3)到轨控发动机(4)之间分别具有燃烧剂吹除管路(1)、氧化剂吹除管路(2)并沿吹除气源(3)输出气体流动的方向上：

所述燃烧剂吹除管路(1)上依次设置有第一控制阀(5)、第一单向阀(6)，所述氧化剂吹除管路(2)上依次设置有第二控制阀(7)、第二单向阀(8)。

2.根据权利要求1所述的轨控发动机地面试验用吹除系统，其特征在于，还包括控制单元，所述控制单元与所述第一控制阀(5)、第二控制阀(7)信号连接；

所述控制单元能够根据所述吹除气源(3)的压力分别调整所述第一控制阀(5)、第二控制阀(7)的开度进而匹配所述第一单向阀(6)、第二单向阀(8)的开启压力以及流量。

3.根据权利要求1所述的轨控发动机地面试验用吹除系统，其特征在于，所述第一单向阀(6)、第二单向阀(8)均采用双阀座单向流动控制阀(9)，所述双阀座单向流动控制阀(9)包括控制阀壳体(10)以及分别设置在所述控制阀壳体(10)两端的进口端(11)、出口端(12)；

所述控制阀壳体(10)的内部设置有隔段(13)且所述隔段(13)将控制阀壳体(10)的内部分割为相互连通的第一腔室(14)以及第二腔室(15)，所述第一腔室(14)的内部设置有第一芯体结构，所述第二腔室(15)内部设置有第二芯体结构；

当所述进口端(11)的气体压力达到设定压力时，进口端(11)通过所述隔段(13)上的通孔(16)与出口端(12)连通；

当所述进口端(11)的气体压力低于设定压力时，进口端(11)与第一腔室(14)被第一芯体结构阻断，所述第一腔室(14)与第二腔室(15)被第二芯体结构阻断。

4.根据权利要求3所述的轨控发动机地面试验用吹除系统，其特征在于，所述第一芯体结构包括第一弹簧(17)以及第一阀芯(18)，所述第二芯体结构包括第二弹簧(19)以及第二阀芯(20)；

所述第一腔室(14)、第二腔室(15)的内部分别设置有第一阀座(21)、第二阀座(22)；

所述第一弹簧(17)的一端连接所述隔段(13)，所述第一阀芯(18)安装在第一弹簧(17)的另一端，所述第二弹簧(19)的一端连接所述控制阀壳体(10)的内壁，所述第二阀芯(20)安装在第二弹簧(19)的另一端；

当所述进口端(11)的气体压力达到设定压力时，从所述进口端(11)进入的气体推动所述第一阀芯(18)朝向所述隔段(13)运动进而使进口端(11)与所述第一腔室(14)连通，第一腔室(14)内的气体推动第二阀芯(20)朝向第二弹簧(19)运动进而使第一腔室(14)通过通孔(16)连通第二腔室(15)；

当所述进口端(11)的气体压力低于设定压力时，第一阀芯(18)与第一阀座(21)贴合相抵，第二阀芯(20)与第二阀座(22)贴合相抵。

5.根据权利要求1所述的轨控发动机地面试验用吹除系统，其特征在于，所述第一控制阀(5)、第二控制阀(7)采用气动阀或电动阀。

6.根据权利要求5所述的轨控发动机地面试验用吹除系统，其特征在于，所述气动阀或电动阀为开关阀或调节阀。

7.根据权利要求2所述的轨控发动机地面试验用吹除系统，其特征在于，所述第一控制阀(5)、第二控制阀(7)以脉冲方式同步通电开启和关闭。

8.根据权利要求7所述的轨控发动机地面试验用吹除系统，其特征在于，所述轨控发动机(4)关机后3s内开始第1次吹除，第1个脉冲宽度5s，第2～5个脉冲宽度2s，各脉冲之间的间隔均为2s。

9.根据权利要求7所述的轨控发动机地面试验用吹除系统，其特征在于，所述控制单元与所述轨控发动机(4)信号连接。

10.根据权利要求1所述的轨控发动机地面试验用吹除系统，其特征在于，所述第一单向阀(6)、第二单向阀(8)均与所述轨控发动机(4)所用的推进剂长期相容。

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