CN114394261B - 串并联减压推进系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种串并联减压推进系统及方法，包括：充气阀输出端与电爆阀的输入端连接；气瓶与充气阀输出端与电爆阀的输入端连接；电爆阀的输出端与主减压阀的输入端连接；主减压阀的一级输出端与副减压阀的输入端连接；副减压阀的输出端与电磁气动阀的输入端连接；主减压阀的二级输出端与推进剂贮箱的输入端连接；推进剂贮箱的输出端与电磁气动阀的输入端连接；电磁气动阀的输出端与发动机连接。
Description
技术领域
本发明涉及液体空间推进领域，具体地，涉及串并联减压推进系统及方法，更为具体地，涉及液体空间推进领域一种双组元推进系统。
背景技术
在空间液体推进领域，推进系统一般由充气阀、气瓶、电爆阀、减压阀、推进剂贮箱以及发动机及其之间的连接导管组成。其工作原理为，系统电爆后，气瓶内的高压气体经减压阀减压，进入推进剂贮箱，通过挤压贮箱内推进剂，使推进剂进入发动机控制阀门液腔，由发动机控制阀门执行开、关动作，实现发动机推力输出。
一般而言，推进系统中仅采用一个减压阀，且仅用于为推进剂贮箱供给压力，挤压推进剂贮箱内的推进剂流向发动机，从而保障发动机在控制阀的开、关动作下，按指令实现推力输出。
当发动机控制阀门为电磁气动阀时，则减压阀同时为推进剂贮箱和电磁气动阀提供工作气，电磁气动阀气腔建压，克服液阀芯所受压力，驱动液阀芯运动，使得推进剂通过电磁气动阀液腔进入发动机内部，实现发动机推力输出。
然而在某些推进系统工作过程中，由于电磁气动阀开关动作频率要求很高，连续进行5ms开5ms关的密集脉冲程序，导致系统导管内推进剂水击振荡严重，造成电磁气动阀液阀芯不能稳定、可靠动作，从而发动机推力输出达不到设计值，仅为设计值的60％左右，严重影响系统工作可靠性，不能满足使用需求的现象。究其原因是受推进系统液路内水击现象的影响，液阀芯前压力震荡，偏离设计值，导致气液路不能协同工作，液阀芯不能处于稳定打开状态。
通过常规的减小水击的方法，如增加管路通径、减小推进剂流速、调整管路长度和方向等措施，仅在一定程度上减小了水击压力的量值，但并未消除水击现象对电磁气动阀工作的影响，系统仍然不能稳定、可靠工作。
专利文献CN109131944A(申请号：201810936931.0)公开了一种模块化空间推进系统，包括气瓶模块(1)、气路模块组、贮箱模块(4)、液路模块(5)以及发动机模块(6)；本发明采用模块化设计便于科研测试和实际使用时的模块替换和/或模块增减，有利于整个推进系统的快速组装和测试，缩短装配测试周期，同时使得整个系统具备重复使用条件，降低生产、发射和维护成本；各个模块设置灵活、体积小巧，有利于提高总装布局的空间利用率，对于不同布局方式的兼容性好；另外，由于使用单组元无毒污染的推进剂，对操作测试人员的健康保护和环境保护有利。
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串并联减压推进系统及方法。
根据本发明提供的一种串并联减压推进系统，包括：充气阀1、气瓶2、电爆阀3、主减压阀4、副减压阀5、推进剂贮箱6、电磁气动阀7以及发动机8；
所述充气阀1输出端与所述电爆阀3的输入端连接；所述气瓶2与所述充气阀1输出端与所述电爆阀3的输入端连接；所述电爆阀3的输出端与所述主减压阀4的输入端连接；所述主减压阀4的一级输出端与所述副减压阀5的输入端连接；所述副减压阀5的输出端与所述电磁气动阀7的输入端连接；所述主减压阀4的二级输出端与所述推进剂贮箱6的输入端连接；所述推进剂贮箱6的输出端与所述电磁气动阀7的输入端连接；所述电磁气动阀7的输出端与所述发动机8连接。
优选地，所述主减压阀4为两级串联减压结构。
优选地，所述主减压阀4和副减压阀5为串并联连接。
优选地，所述主减压阀4一级出口分为两路，一路提供所述副减压阀5入口压力，另一路提供所述主减压阀4二级入口压力。
优选地，所述主减压阀4二级出口压力和所述副减压阀5出口压力不同，互不影响。
优选地，所述发动机8控制阀门为电磁气动阀7。
优选地，所述主减压阀4二级出口气体通过挤压所述推进剂贮箱6内推进剂，使推进剂进入所述电磁气动阀7；所述副减压阀5为所述电磁气动阀7提供驱动液路阀芯所需工作压力。
优选地，所述电磁气动阀7的气路和液路压力不同，从而抑制密集脉冲工况下系统管路内水击现象造成液阀芯振荡的情况，使得液路阀芯可靠动作，实现密集脉冲工况下发动机推力可靠、稳定输出。
优选地，通过连接导管将串并联减压推进系统中各部件进行连接。
根据本发明提供的一种串并联减压推进方法，运用上述所述的串并联减压推进系统执行如下步骤：
步骤S1：推进系统工作前，由所述充气阀1将高压气体充入并贮存在所述气瓶(2)内；
步骤S2：推进系统工作时，所述电爆阀3导通，高压气体进入下游减压阀；
步骤S3：经过所述主减压阀4一级减压后的气体分为两部分，一部分作为所述副减压阀5的入口压力，经过所述副减压阀5再次减压后，为所述电磁气动阀7提供工作气；另一部分作为所述主减压阀4二级减压的入口压力，经过二级减压后，作为工作气将所述推进剂贮箱6中的推进剂挤压至所述电磁气动阀7液路进口；
步骤S4：当所述发动机8需要工作时，所述副减压阀5使电磁气动阀7气路压力足以驱动液路阀芯可靠动作；所述主减压阀4使所示推进剂贮箱6内推进剂持续进入发动机电磁气动阀7液路；从而实现所述发动机8推力稳定可靠输出。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、根本解决了使用一路减压阀的推进系统，电磁气动阀密集脉冲工作时，系统管路水击，引起上游增压路气体包括电磁气动阀控制气路压力震荡，造成电磁气动阀液阀芯动作不稳，导致发动机推力输出达不到设计值的问题，提高了系统工作稳定性和可靠性，保障了空间推进任务需求；
2、通过副减压阀与主减压阀的串并联连接，利用了主减压阀的一级减压功能，减少了一个高压管路分支，从而系统结构简单，密封可靠，且结构重量轻；
3、可以选用或调节适当的减压阀出口压力，通过调整主减压阀和副减压阀出口压力差值来保障不同电磁气动阀的可靠动作，具有很强的通用性，扩展了系统适用范围。
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为本发明提出的一种串并联减压推进系统的原理图。
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。
本文发明提供了一种串并联减压推进系统，在电爆阀下游设置了两个减压阀，主减压阀和副减压阀为串并联连接，其中主减压阀一级出口分为两路，一路提供副减压阀入口压力，另一路经主减压阀二次减压后作为工作气，将推进剂贮箱内的推进剂挤压至电磁气动阀液路进口；经副减压阀减压后的气体进入电磁气动阀气腔。由于主减压阀二级出口压力与副减压阀出口压力不同，因此可实现电磁气动阀的气路和液路压力的差异化控制，从而抑制密集脉冲工况下系统管路内水击现象造成液阀芯振荡的情况，使得液路阀芯可靠动作，实现密集脉冲工况下发动机推力可靠、稳定输出。
实施例1
根据本发明提供的一种串并联减压推进系统，如图1所示，包括：充气阀1、气瓶2、电爆阀3、主减压阀4、副减压阀5、推进剂贮箱6、电磁气动阀7以及发动机8；
所述充气阀1输出端与所述电爆阀3的输入端连接；所述气瓶2与所述充气阀1输出端与所述电爆阀3的输入端连接；所述电爆阀3的输出端与所述主减压阀4的输入端连接；所述主减压阀4的一级输出端与所述副减压阀5的输入端连接；所述副减压阀5的输出端与所述电磁气动阀7的输入端连接；所述主减压阀4的二级输出端与所述推进剂贮箱6的输入端连接；所述推进剂贮箱6的输出端与所述电磁气动阀7的输入端连接；所述电磁气动阀7的输出端与所述发动机8连接。
具体地，所述主减压阀4为两级串联减压结构。
具体地，所述主减压阀4和副减压阀5为串并联连接。
具体地，所述主减压阀4一级出口分为两路，一路提供所述副减压阀5入口压力，另一路提供所述主减压阀4二级入口。
具体地，所述主减压阀4二级出口压力和所述副减压阀5出口压力不同，互不影响。
具体地，所述发动机8控制阀门为电磁气动阀7。
具体地，所述主减压阀4二级出口气体通过所述推进剂贮箱6内推进剂，使推进剂进入所述电磁气动阀7；所述副减压阀5为所述电磁气动阀7提供驱动液路阀芯所需工作压力。
具体地，所述电磁气动阀7的气路和液路压力不同，从而抑制密集脉冲工况下系统管路内水击现象造成液阀芯振荡的情况，使得液路阀芯可靠动作，实现密集脉冲工况下发动机推力可靠、稳定输出。
具体地，通过连接导管将串并联减压推进系统中各部件进行连接。
根据本发明提供的一种串并联减压推进方法，运用上述所述的串并联减压推进系统执行如下步骤：
步骤S1：推进系统工作前，由所述充气阀1将高压气体充入并贮存在所述气瓶2内；
步骤S2：推进系统工作时，所述电爆阀3导通，高压气体进入下游减压阀；
步骤S3：经过所述主减压阀4一级减压后的气体分为两部分，一部分作为所述副减压阀5的入口压力，经过所述副减压阀5再次减压后，为所述电磁气动阀7提供工作气；另一部分作为所述主减压阀4二级减压的入口压力，经过二级减压后，作为工作气将所述推进剂贮箱6中的推进剂挤压至所述电磁气动阀7液路进口；
步骤S4：当所述发动机8需要工作时，所述副减压阀5使电磁气动阀7气路压力足以驱动液路阀芯可靠动作；所述主减压阀4使所示推进剂贮箱6内推进剂持续进入发动机电磁气动阀7液路；从而实现所述发动机8推力稳定可靠输出。
本发明通过串并联减压推进系统，实现在发动机工作时，发动机电磁阀气路和液路的不同压力控制，根本解决了使用电磁气动阀的推进系统受水击影响，电磁气动阀不能正常打开、发动机推力输出达不到正常值的问题，提高了系统工作稳定性和可靠性。同时，串并联减压形式相比较并联减压形式，具有系统简便、管路接头少、密封可靠性高、结构重量轻的优点。
实施例2
实施例2是实施例1的优选例
某串并联减压推进系统配套的发动机8中，其中姿控发动机采用了电磁气动阀7。系统中气瓶2压力为60MPa，即主减压阀4和副减压阀8入口压力均为60MPa。主减压阀出口压力6MPa，即贮箱工作压力6MPa。减去推进剂贮箱6及下游管路9流阻，发动机电磁气动阀7液路工作压力5.8MPa。考虑系统水击压力峰值，经计算副减压阀5出口压力应不小于为7.5MPa，即电磁气动阀7气路工作压力不小于7.5MPa。电磁气动阀7气路压力比液路压力高1.7MPa。实际系统工作过程中，发动机电磁气动阀7开关动作正常，按照控制程序指令要求完成了开、关动作，系统水击未引起的发动机电磁气动阀动作不正常现象，发动机8全程推力稳定，实际推力输出为偏差±5N，满足推力输出偏差≤±14N的指标要求。
上述串并联减压推进系统已经过多次飞行试验，系统工作稳定、可靠，发动机推力输出正常。
本发明的串并联减压推进系统技术同样经过其它型号的飞行试验验证。
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)
1.一种串并联减压推进系统，其特征在于，包括：充气阀(1)、气瓶(2)、电爆阀(3)、主减压阀(4)、副减压阀(5)、推进剂贮箱(6)、电磁气动阀(7)以及发动机(8)；
所述充气阀(1)输出端与所述电爆阀(3)的输入端连接；所述气瓶(2)与所述充气阀(1)输出端与所述电爆阀(3)的输入端连接；所述电爆阀(3)的输出端与所述主减压阀(4)的输入端连接；所述主减压阀(4)的一级输出端与所述副减压阀(5)的输入端连接；所述副减压阀(5)的输出端与所述电磁气动阀(7)的输入端连接；所述主减压阀(4)的二级输出端与所述推进剂贮箱(6)的输入端连接；所述推进剂贮箱(6)的输出端与所述电磁气动阀(7)的输入端连接；所述电磁气动阀(7)的输出端与所述发动机(8)连接；
所述主减压阀(4)为两级串联减压结构；
所述主减压阀(4)和副减压阀(5)为串并联连接；
所述主减压阀(4)一级出口分为两路，一路提供所述副减压阀(5)入口压力，另一路提供所述主减压阀(4)二级入口压力。
2.根据权利要求1所述的串并联减压推进系统，其特征在于，所述主减压阀(4)二级出口压力和所述副减压阀(5)出口压力不同，互不影响。
3.根据权利要求1所述的串并联减压推进系统，其特征在于，所述发动机(8)控制阀门为电磁气动阀(7)。
4.根据权利要求1所述的串并联减压推进系统，其特征在于，所述主减压阀(4)二级出口气体通过挤压所述推进剂贮箱(6)内推进剂，使推进剂进入所述电磁气动阀(7)；所述副减压阀(5)为所述电磁气动阀(7)提供驱动液路阀芯所需工作压力。
5.根据权利要求1所述的串并联减压推进系统，其特征在于，所述电磁气动阀(7)的气路和液路压力不同，从而抑制密集脉冲工况下系统管路内水击现象造成液阀芯振荡的情况，使得液路阀芯可靠动作，实现密集脉冲工况下发动机推力可靠、稳定输出。
6.根据权利要求1所述的串并联减压推进系统，其特征在于，通过连接导管将串并联减压推进系统中各部件进行连接。
7.一种串并联减压推进方法，其特征在于，运用权利要求1至6任一权利要求所述的串并联减压推进系统执行如下步骤：
步骤S1：推进系统工作前，由所述充气阀(1)将高压气体充入并贮存在所述气瓶(2)内；
步骤S2：推进系统工作时，所述电爆阀(3)导通，高压气体进入下游减压阀；
步骤S3：经过所述主减压阀(4)一级减压后的气体分为两部分，一部分作为所述副减压阀(5)的入口压力，经过所述副减压阀(5)再次减压后，为所述电磁气动阀(7)提供工作气；另一部分作为所述主减压阀(4)二级减压的入口压力，经过二级减压后，作为工作气将所述推进剂贮箱(6)中的推进剂挤压至所述电磁气动阀(7)液路进口；
步骤S4：当所述发动机(8)需要工作时，所述副减压阀(5)使电磁气动阀(7)气路压力足以驱动液路阀芯可靠动作；所述主减压阀(4)使所示推进剂贮箱(6)内推进剂持续进入发动机电磁气动阀(7)液路；从而实现所述发动机(8)推力稳定可靠输出。
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