CN115199437B - 一种液位可控的蓄留阱结构 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种液位可控的蓄留阱结构，包括：贮箱、蓄留阱隔舱、推进剂喷口、增压气体喷口和控制装置。所述贮箱的内部设有蓄留阱隔舱，将所述贮箱分为贮存空间和蓄留阱；所述蓄留阱上安装有推进剂喷口，所述贮箱上安装有增压气体喷口和控制装置。所述控制装置包括：分别位于所述贮箱不同侧的第一连通管道和第二连通管道，所述第一连通管道和所述第二连通管道上分别设有第一电磁阀和第二电磁阀。能够根据火箭的飞行状态，控制所述第一电磁阀和第二电磁阀的开闭，使所述推进剂喷口始终没在推进剂的液面之下，杜绝所述推进剂喷口处出现气液混杂的情况。

Description

一种液位可控的蓄留阱结构

技术领域

本公开一般涉及液体贮箱技术领域，具体涉及一种液位可控的蓄留阱结构。

背景技术

随着我国航天事业不断发展进步，火箭发射次数逐渐增多，以往火箭均为一次性使用，发射结束后即抛弃，因此成本居高不下，为有效的降低发射成本，近些年来可回收的液体动力火箭成为主攻技术方向。可回收意味着发动机需要进行多次点火，但由于在空中飞行过程中，火箭姿态并不是一成不变的，可能水平飞行或者竖直飞行。因此发动机再点火时不能单纯依靠贮箱内气枕压力或者推进剂重力将推进剂压入燃烧室内，必须增加推进剂管理装置，确保再次点火时有充足、不夹杂气体的推进剂可以使用。

当前常见的推进剂管理方案有多种，主要是针对微重力环境下的解决方案，均存在一定问题。例如，被动式管理：在贮箱上增加蓄留网结构，原理为使用蓄留网隔开贮箱液体，网内利用毛细作用贮存一部分推进剂用于再次点火，但一般不能主动控制蓄留阱内的液位，也不能杜绝气液夹杂的状况。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种液位可控的蓄留阱结构。

本申请提供一种液位可控的蓄留阱结构，包括：

贮箱，所述贮箱内设有蓄留阱隔舱，将所述贮箱分隔为贮存空间和蓄留阱；所述贮箱具有水平状态和竖直状态；当所述贮箱处于水平状态时，所述贮存空间与所述蓄留阱沿水平方向排列；当所述贮箱处于竖直状态时，所述贮存空间与所述蓄留阱沿竖直方向排列，所述贮存空间位于所述蓄留阱的上方；

推进剂喷口，当所述贮箱处于水平状态时，所述推进剂喷口设在所述蓄留阱的下方且远离所述贮存空间的一侧，用于向所述蓄留阱内注入推进剂或向外喷出推进剂；

控制装置，所述控制装置包括：第一连通管道和第二连通管道，所述第一连通管道和所述第二连通管道均至少设有一个，用于连通所述贮存空间和蓄留阱；所述第一连通管道安装在所述贮箱远离所述推进剂喷口一侧的侧壁上，所述第二连通管道安装在所述贮箱靠近所述推进剂喷口一侧的侧壁上；每个所述第一连通管道上均设有第一电磁阀，每个所述第二连通管道上均设有第二电磁阀；

增压气体喷口，所述增压气体喷口安装在所述贮箱远离所述蓄留阱的一端，用于向所述贮存空间内注入增压气体；

所述蓄留阱隔舱为向所述贮存空间凸出的弧形结构；

其中，当火箭处于水平状态且二次点火的瞬间，所述控制装置用于控制关闭所述第二电磁阀，打开所述增压气体喷口、所述推进剂喷口和所述第一电磁阀，用于使推进剂从所述推进剂喷口喷出。

根据本申请实施例提供的技术方案，向所述贮箱内加注所述推进剂时，所述控制装置用于控制打开所述推进剂喷口、全部的所述第一电磁阀和所述第二电磁阀，用于向所述蓄留阱和所述贮存空间内加注推进剂。

根据本申请实施例提供的技术方案，当火箭处于竖直状态点火起飞时，所述控制装置用于控制打开所述增压气体喷口、所述推进剂喷口、全部的所述第一电磁阀和所述第二电磁阀，用于向所述蓄留阱内持续注入推进剂。

根据本申请实施例提供的技术方案，当火箭处于水平状态，进行二次点火后，所述控制装置用于控制打开所述增压气体喷口、所述推进剂喷口、全部的所述第一电磁阀和所述第二电磁阀；

其中，所述第二电磁阀用于向所述蓄留阱内注入推进剂，所述第一电磁阀用于向所述蓄留阱内注入增压气体。

根据本申请实施例提供的技术方案，当火箭二次点火后转体为竖直状态后，所述控制装置用于控制打开所述增压气体喷口、所述推进剂喷口、全部的所述第一电磁阀和所述第二电磁阀；用于将所述蓄留阱再次充满。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述蓄留阱隔舱为向所述贮存空间凸出的弧形结构。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述贮存空间内安装有防晃装置，所述防晃装置包括：

环形组件，所述环形组件安装在所述贮箱的内侧壁上且沿所述贮箱的轴线方向排列设置。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述环形组件包括：弧形板，所述弧形板设有多个且沿所述贮箱内侧壁的周向均匀分布；相邻所述环形组件的弧形板之间交错分布。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述增压气体喷口上安装有消能装置；所述消能装置具有多个同轴设置的锥形结构，所述锥形结构内部中空且侧壁上设有多个过气孔。

根据本申请实施例提供的技术方案，每个所述锥形结构上的所述过气孔沿所述锥形结构侧壁的周向均匀排列，相邻所述锥形结构上的所述过气孔交错分布。

本申请的有益效果在于：

由于在所述贮箱的内部设有蓄留阱隔舱，将所述贮箱分为贮存空间和蓄留阱；所述蓄留阱上安装有推进剂喷口，所述贮箱上安装有增压气体喷口和控制装置；所述控制装置包括：分别位于所述贮箱不同侧的第一连通管道和第二连通管道，所述第一连通管道和所述第二连通管道上分别设有第一电磁阀和第二电磁阀；使得当火箭处于水平状态二次点火的瞬间，所述控制装置控制关闭所述第二电磁阀，打开所述增压气体喷口、所述推进剂喷口和所述第一电磁阀。能够根据火箭的飞行状态，控制所述第一电磁阀和第二电磁阀的开闭，进而使得所述推进剂喷口始终没在推进剂的液面之下，杜绝所述推进剂喷口处出现气液混杂的情况。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本申请提供的一种液位可控的蓄留阱结构的竖直结构示意图；

图2为本申请提供的一种液位可控的蓄留阱结构的水平结构示意图；

图3为图1中A处的局部放大图；

图4为防晃装置的结构示意图；

图5为消能器的结构示意图；

其中：1、贮箱；2、蓄留阱隔舱；3、推进剂喷口；4、第一电磁阀；5、第二电磁阀；6、增压气体喷口；7、消能装置；8、弧形板；9、过气孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参考图1图2和图3，为本实施例提供的一种液位可控的蓄留阱结构示意图，包括：

贮箱1，所述贮箱1内设有蓄留阱隔舱2，将所述贮箱1分隔为贮存空间和蓄留阱；所述贮箱1具有水平状态和竖直状态；当所述贮箱 1处于水平状态时，所述贮存空间与所述蓄留阱沿水平方向排列；当所述贮箱1处于竖直状态时，所述贮存空间与所述蓄留阱沿竖直方向排列，所述贮存空间位于所述蓄留阱的上方；

推进剂喷口3，当所述贮箱1处于水平状态时，所述推进剂喷口3 设在所述蓄留阱的下方且远离所述贮存空间的一侧，用于向所述蓄留阱内注入推进剂或向外喷出推进剂；

控制装置，所述控制装置包括：第一连通管道和第二连通管道，所述第一连通管道和所述第二连通管道均至少设有一个，用于连通所述贮存空间和蓄留阱；所述第一连通管道安装在所述贮箱1远离所述推进剂喷口3一侧的侧壁上，所述第二连通管道安装在所述贮箱1靠近所述推进剂喷口3一侧的侧壁上；每个所述第一连通管道上均设有第一电磁阀4，每个所述第二连通管道上均设有第二电磁阀5；

增压气体喷口6，所述增压气体喷口6安装在所述贮箱1远离所述蓄留阱的一端，用于向所述贮存空间内注入增压气体；

所述蓄留阱隔舱2为向所述贮存空间凸出的弧形结构；

其中，当火箭处于水平状态且二次点火的瞬间，所述控制装置用于控制关闭所述第二电磁阀5，打开所述增压气体喷口6、所述推进剂喷口3和所述第一电磁阀4，用于使推进剂从所述推进剂喷口3喷出。

工作过程包括：

一、加注推进剂阶段，所述贮箱1处于竖直状态，所述控制装置打开所述排气阀、所述推进剂喷口3、所述第一电磁阀4和所述第二电磁阀5。通过所述推进剂喷口3向所述蓄留阱内注入推进剂，使推进剂充满所述蓄留阱，并且通过所述第一电磁阀4和所述第二电磁阀5注入所述贮存空间。继续注入所述推进剂，使所述贮存空间内的推进剂达到指定液位。加注完毕后所述控制装置关闭所述排气阀和所述推进剂喷口3。

二、点火起飞阶段，所述控制装置打开所述增压气体喷口6、所述推进剂喷口3、所述第一电磁阀4、所述第二电磁阀5和发动机。所述增压气体喷口6向所述贮存空间内喷入增压气体，使所述推进剂从所述推进剂喷口3喷出，所述贮存空间内的所述推进剂在重力和气压作用下经过所述第一电磁阀4和所述第二电磁阀5不断流入所述蓄留阱，使所述蓄留阱始终保持充满状态。

三、随着火箭的飞行，所述贮箱1随火箭变为水平状态，由于发动机处于开启状态，所述贮箱1整体具有水平方向的加速度，所述推进剂在重力与水平方向加速度的共同作用下依旧能够没过所述第一电磁阀4和所述第二电磁阀5。同时在增压气体的作用下持续向所述蓄留阱内注入推进剂，使所述蓄留阱保持充满状态。

四、水平飞行指定距离后，所述控制装置关闭所述增压气体喷口 6、所述推进剂喷口3、所述第一电磁阀4、所述第二电磁阀5和发动机；使火箭水平滑翔，由于存在空气阻力，所述贮存空间内的液位向远离所述蓄留阱隔舱2的一侧倾斜；所述蓄留阱内依旧充满推进剂。

五、当所述贮箱1需要随火箭由水平变为竖直状态，二次点火时，所述控制装置再次打开所述增压气体喷口6、所述推进剂喷口3、所述第一电磁阀4和发动机，所述第二电磁阀5保持关闭。随着所述推进剂从所述推进剂喷口3喷出，所述增压气体通过所述第一电磁阀4进入所述蓄留阱。

六、当发动机二次启动，再次产生水平方向的加速度时，所述贮存空间内的推进剂继续没过所述第二电磁阀5。所述控制装置打开所述第二电磁阀5，使所述推进剂在增压气体的作用下持续通过所述第二电磁阀5流入所述蓄留阱。

七、随着发动机的加速，所述贮箱1随火箭变为竖直状态，所述贮存空间内的推进剂在重力和增压气体的作用下经过所述第一电磁阀 4流入所述蓄留阱，再次充满所述蓄留阱。所述蓄留阱内的气体通过所述第一电磁阀4回到所述贮存空间内。

八、转体结束关闭发动机时，所述控制装置关闭所述增压气体喷口6、所述推进剂喷口3、所述第一电磁阀4、所述第二电磁阀5。所述贮箱1随火箭自由落体，由于有空气阻力，所述推进剂位于所述贮存空间内靠近所述蓄留阱隔舱的一部分，并没过所述第一电磁阀4和所述第二电磁阀5。

九、当火箭自由落体到指定高度时，所述控制装置打开所述增压气体喷口6、所述推进剂喷口3、所述第一电磁阀4、所述第二电磁阀 5和发动机，对火箭进行减速。所述贮存空间内的推进剂在重力和增压气体的作用下继续流入所述蓄留阱，使所述蓄留阱保持充满状态。

十、成功着陆后，所述控制装置关闭所述增压气体喷口6、所述推进剂喷口3、所述第一电磁阀4、所述第二电磁阀5和发动机。

在一些实施方式中，所述控制装置还包括：控制模块，所述控制模块，能够根据火箭当前的飞行状态控制所述增压气体喷口6、所述推进剂喷口3、所述第一电磁阀4和所述第二电磁阀5的开闭。能够根据火箭的飞行状态，控制所述第一电磁阀4和第二电磁阀5的开闭，使所述推进剂喷口3始终没在推进剂的液面之下，杜绝所述推进剂喷口3处出现气液混杂的情况。

在一些实施方式中，所述第一连通管道和所述第二连通管道均设有多个且分别设置在所述贮箱1相对的两侧，能够加快推进剂流入所述蓄留阱的速度，当发动机点火时满足推进剂的供应需求。设置在所述贮箱1相对的两侧，能够方便控制推进剂的流动与所述蓄留阱内气压平衡。

在一些实施方式中，所述贮箱1上设有液位计，所述液位计能够同时测量所述贮箱1水平状态与竖直状态的液位，加设所述液位计能够方便水平和竖直飞行状态下检测所述贮箱1内部推进剂的液位情况。

在一些实施方式中，所述贮箱上设有温度传感器和气压传感器，能够实时观测所述贮箱1内部的温度和气压，使所述贮箱1工作在安全环境之中，及时排查故障。

在一些实施方式中，所述贮箱1上安装有安全阀，所述安全阀能够根据所述贮箱1内的气压情况自动排出增压气体。保证所述贮箱1 内的气压平衡，避免出现输入过多增压气体导致箱体破裂的情况。

在一些实施方式中，所述贮箱1上设有排气阀，当向所述贮箱1 内加注推进剂时，打开所述排气阀，使所述贮箱1内的气体通过所述排气阀排出。避免出现内部气体无法排出，压力过大难以加注推进剂的情况。

进一步地，向所述贮箱1内加注所述推进剂时，所述控制装置用于控制打开所述推进剂喷口3、全部的所述第一电磁阀4和所述第二电磁阀5，用于向所述蓄留阱和所述贮存空间内加注推进剂。

在一些实施方式中，设置多个所述第一连通管道和所述第二连通管道，能够方便快速向所述贮箱1内加注推进剂，减少加注时间，提高效率。

进一步地，当火箭处于竖直状态点火起飞时，所述控制装置用于控制打开所述增压气体喷口6、所述推进剂喷口3、全部的所述第一电磁阀4和所述第二电磁阀5，用于向所述蓄留阱内持续注入推进剂。

在一些实施方式中，打开全部的所述第一电磁阀4、所述第二电磁阀5，能够加快推进剂流入所述蓄留阱的速度，当发动机点火时满足推进剂的供应需求。

进一步地，当火箭处于水平状态，进行二次点火后，所述控制装置用于控制打开所述增压气体喷口6、所述推进剂喷口3、全部的所述第一电磁阀4和所述第二电磁阀5。

其中，所述第二电磁阀5用于向所述蓄留阱内注入推进剂，所述第一电磁阀4用于向所述蓄留阱内注入增压气体。

在一些实施方式中，所述增压气体喷口6向所述贮存空间内喷入增压气体，所述增压气体通过第一电磁阀4进入所述蓄留阱内，所述增压气体挤压所述贮存空间与蓄留阱内的推进剂，使推进剂从所述第二电磁阀5流入所述蓄留阱，并从所述推进剂喷口3喷出。

进一步地，当火箭二次点火后转体为竖直状态后，所述控制装置用于控制打开所述增压气体喷口6、所述推进剂喷口3、全部的所述第一电磁阀4和所述第二电磁阀5；用于将所述蓄留阱再次充满。

在一些实施方式中，打开全部的所述电磁阀，能够加快推进剂流入所述蓄留阱的速度，满足推进剂的供应需求，避免出现单连通管道流速有限，推进剂供应不足的情况。

进一步地，所述蓄留阱隔舱2为向所述贮存空间凸出的弧形结构。

在一些实施方式中，所述蓄留阱隔舱2为弧形结构，能够使所述蓄留阱隔舱2具有良好的承力效果。

在一些实施方式中，所述蓄留阱隔舱2为鞍形结构，所述鞍形结构具有两个高点与两个低点，所述高点与所述低点沿所述贮箱1内侧壁的周向间隔设置，所述第一电磁阀4和所述第二电磁阀5分别与所述鞍形结构的两高点对应设置。鞍形结构能够使所述贮箱1由水平状态转体到竖直状态，所述蓄留阱再次充满时，完全排出所述蓄留阱内的增压气体。能够使所述蓄留阱完全充满推进剂，不残留气体。

进一步地，参考图4，所述贮存空间内安装有防晃装置，所述防晃装置包括：

环形组件，所述环形组件安装在所述贮箱1的内侧壁上且沿所述贮箱1的轴线方向排列设置。

在一些实施方式中，在所述贮箱1内设置所述防晃装置，能够在火箭转体的过程中，使推进剂减少晃动，维持所述贮箱1整体的质心稳定。

进一步地，所述环形组件包括：弧形板8，所述弧形板8设有多个且沿所述贮箱1内侧壁的周向均匀分布；相邻所述环形组件的弧形板8之间交错分布。

在一些实施方式中，所述环形组件包括三个所述弧形板8，所述弧形板8沿所述贮箱1的内侧壁均匀分布；相邻所述环形组件的所述弧形板8之间交错分布，对流动的推进剂进行多次减速，能够起到更好的防晃效果。

进一步地，参考图5，所述增压气体喷口6上安装有消能装置7；所述消能装置7具有多个同轴设置的锥形结构，所述锥形结构内部中空且侧壁上设有多个过气孔9。

在一些实施方式中，所述增压气体喷口6喷出的增压气体先进入所述锥形结构，再通过所述过气孔9进入所述贮箱1。能够有效削弱所述增压气体的流速，避免推进剂产生不可控波动导致质心不稳的情况。

进一步地，每个所述锥形结构上的所述过气孔9沿所述锥形结构侧壁的周向均匀排列，相邻所述锥形结构上的所述过气孔9交错分布。

在一些实施方式中，相邻所述锥形结构上交错分布的所述过气孔 9能够避免所述增压气体直接进入所述贮箱1，能够有效对所述增压气体进行缓冲，提高消能效果。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于) 具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (9)

1.一种液位可控的蓄留阱结构，其特征在于，包括:

贮箱(1)，所述贮箱(1)内设有蓄留阱隔舱(2)，将所述贮箱(1)分隔为贮存空间和蓄留阱；所述贮箱(1)具有水平状态和竖直状态；当所述贮箱(1)处于水平状态时，所述贮存空间与所述蓄留阱沿水平方向排列；当所述贮箱(1)处于竖直状态时，所述贮存空间与所述蓄留阱沿竖直方向排列，所述贮存空间位于所述蓄留阱的上方；

推进剂喷口(3)，当所述贮箱(1)处于水平状态时，所述推进剂喷口(3)设在所述蓄留阱的下方且远离所述贮存空间的一侧，用于向所述蓄留阱内注入推进剂或向外喷出推进剂；

控制装置，所述控制装置包括：第一连通管道和第二连通管道，所述第一连通管道和所述第二连通管道均至少设有一个，用于连通所述贮存空间和蓄留阱；所述第一连通管道安装在所述贮箱(1)远离所述推进剂喷口(3)一侧的侧壁上，所述第二连通管道安装在所述贮箱(1)靠近所述推进剂喷口(3)一侧的侧壁上；每个所述第一连通管道上均设有第一电磁阀(4)，每个所述第二连通管道上均设有第二电磁阀(5)；

增压气体喷口(6)，所述增压气体喷口(6)安装在所述贮箱(1)远离所述蓄留阱的一端，用于向所述贮存空间内注入增压气体；

所述蓄留阱隔舱(2)为向所述贮存空间凸出的弧形结构；

其中，当火箭处于水平状态且二次点火的瞬间，所述控制装置用于控制关闭所述第二电磁阀(5)，打开所述增压气体喷口(6)、所述推进剂喷口(3)和所述第一电磁阀(4)，用于使推进剂从所述推进剂喷口(3)喷出。

2.根据权利要求1所述的一种液位可控的蓄留阱结构，其特征在于，向所述贮箱(1)内加注所述推进剂时，所述控制装置用于控制打开所述推进剂喷口(3)、全部的所述第一电磁阀(4)和所述第二电磁阀(5)，用于向所述蓄留阱和所述贮存空间内加注推进剂。

3.根据权利要求1所述的一种液位可控的蓄留阱结构，其特征在于，当火箭处于竖直状态点火起飞时，所述控制装置用于控制打开所述增压气体喷口(6)、所述推进剂喷口(3)、全部的所述第一电磁阀(4)和所述第二电磁阀(5)，用于向所述蓄留阱内持续注入推进剂。

4.根据权利要求1所述的一种液位可控的蓄留阱结构，其特征在于，当火箭处于水平状态，进行二次点火后，所述控制装置用于控制打开所述增压气体喷口(6)、所述推进剂喷口(3)、全部的所述第一电磁阀(4)和所述第二电磁阀(5)；

其中，所述第二电磁阀(5)用于向所述蓄留阱内注入推进剂，所述第一电磁阀(4)用于向所述蓄留阱内注入增压气体。

5.根据权利要求1所述的一种液位可控的蓄留阱结构，其特征在于，当火箭二次点火后转体为竖直状态后，所述控制装置用于控制打开所述增压气体喷口(6)、所述推进剂喷口(3)、全部的所述第一电磁阀(4)和所述第二电磁阀(5)；用于将所述蓄留阱再次充满。

6.根据权利要求1所述的一种液位可控的蓄留阱结构，其特征在于，所述贮存空间内安装有防晃装置，所述防晃装置包括：

环形组件，所述环形组件安装在所述贮箱(1)的内侧壁上且沿所述贮箱(1)的轴线方向排列设置。

7.根据权利要求6所述的一种液位可控的蓄留阱结构，其特征在于，所述环形组件包括：弧形板(8)，所述弧形板(8)设有多个且沿所述贮箱(1)内侧壁的周向均匀分布；相邻所述环形组件的弧形板(8)之间交错分布。

8.根据权利要求1所述的一种液位可控的蓄留阱结构，其特征在于，所述增压气体喷口(6)上安装有消能装置(7)；所述消能装置(7)具有多个同轴设置的锥形结构，所述锥形结构内部中空且侧壁上设有多个过气孔(9)。

9.根据权利要求8所述的一种液位可控的蓄留阱结构，其特征在于，每个所述锥形结构上的所述过气孔(9)沿所述锥形结构侧壁的周向均匀排列，相邻所述锥形结构上的所述过气孔(9)交错分布。

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