CN116507840A - 具有破裂隔膜的燃料隔离系统 - Google Patents

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Abstract

燃料隔离系统包括阀体，所述阀体限定从入口延伸到出口的流动通道、在流动通道中并且使入口相对出口流体密封的破裂隔膜，以及定位成邻近破裂隔膜的致动器。破裂隔膜与阀体一体化。致动器包括柱塞，所述柱塞被配置为移动并且引起破裂隔膜的破坏，且由此使入口和入口流体连接。

Description

具有破裂隔膜的燃料隔离系统
背景技术
运载工具燃烧燃料以便推进和/或调整取向。在某些类型的运载工具中，直到“启动”，燃料才可以被包含在运载工具的燃料系统的隔离部段内。隔离部段是坚固的，以便确保无泄漏的控制。当启动时，燃料从隔离部段释放，使得运载工具变得可操作以便推进和/或调整取向。
发明内容
根据本公开的示例，燃料隔离系统包括阀体，该阀体限定从入口延伸到出口的流动通道，以及与阀体一体化的破裂隔膜。破裂隔膜在流动通道中，并且使入口相对出口流体密封。致动器定位成邻近破裂隔膜。致动器包括柱塞，该柱塞被配置为移动并且引起破裂隔膜的破坏，并且由此使入口和出口流体连接。推进剂罐具有附接到阀体的入口或与之一体化的出口。
在任何前述实施例中的另一实施例中，致动器是热致动器。
在任何前述实施例中的另一实施例中，致动器是蜡式致动器。
在任何前述实施例中的另一实施例中，柱塞是活塞。
在任何前述实施例中的另一实施例中，柱塞被配置为刺穿破裂隔膜。
在任何前述实施例中的另一实施例中，破裂隔膜具有至少一条刻痕线。
在任何前述实施例中的另一实施例中，破裂隔膜是弯曲的。
任何前述实施例中的另一实施例包括邻近破裂隔膜的刀刃，并且其位于隔膜的与致动器相对的一侧上。
在任何前述实施例中的另一实施例中，破裂隔膜被焊接到阀体。
在任何前述实施例中的另一实施例中，破裂隔膜是金属的。
在任何前述实施例中的另一实施例中，除了入口以及出口之外，阀体限定测试端口，该测试端口通入流动通道中，并且与出口而非入口流体连接。
在任何前述实施例中的另一实施例中，出口包含过滤器。
在任何前述实施例中的另一实施例中，出口包含文丘里管。
任何前述实施例中的另一实施例包括与入口连接的燃料罐。
在任何前述实施例中的另一实施例中，推进剂罐包含加压的肼。
在另一实施例中，任何前述实施例中的燃料隔离系统均处于运载工具中。
附图说明
对于本领域技术人员来说，本公开的各种特征和优势将从以下详细描述中变得显而易见。伴随详细描述的附图可以简要描述如下。
图1图示了在航天器中的示例燃料系统。
图2图示了燃料系统的隔离阀，并且其中隔离阀处于致动状态以破坏破裂隔膜。
图3图示了示例破裂隔膜的独立视图。
图4图示了配置有测试端口的另一示例隔离阀。
图5图示了另一示例隔离阀，其中存在邻近隔膜部段的刀刃。
具体实施方式
控制燃料从运载工具中的燃料系统的隔离部段释放的机构可能相对复杂。这类机构必须被可靠地控制以及操作，以仅在期望的时间启动燃料的释放。如能够理解的，为了满足这些要求，此类机构可能有相对复杂的设计。尽管这些解决方案是有效的，但其可能增加费用，不仅来自设计本身，而且还来自安装步骤以及品质保证措施。按照这些思路，如从本公开将显而易见到的，本文中独特的燃料隔离系统试图提供一种可靠的、成本低廉的选项以控制燃料的释放的启动。
图1示意性地图示了示例燃料系统20(“系统20”)。如图所示，系统20在运载工具中，其大体在22处标示。例如，运载工具22是卫星，尽管本公开可适用于其他类型的运载工具。
系统20包括隔离阀24，其与燃料罐26的出口25流体连接，燃料罐26可能含有燃料26a，诸如肼。例如，出口25附接到隔离阀24或与之一体化。隔离阀24作用为隔离燃料26a以免受燃料系统20的其余部分(其大体在28处标示)的影响。如将理解的那样，燃料系统28的其余部分可以包括流体线、阀、喷射器以及在本领域中众所周知的其他发动机或推进器部件。
隔离阀24由阀体30形成。阀体30由金属合金形成，并且可以具有单件式或多件式构造，只要其在压力下以及在使用状况下无泄漏即可。阀体30包括入口32、出口34，以及从入口32延伸到出口34的流动通道36。入口32被焊接于燃料罐26的出口25。在该示例中，隔离阀具有“弯头”配置，使得流动通道36转向大约90度。然而，应理解的是，隔离阀24和流动通道36路径的几何形状可以改变。
隔离阀24还包括位于流动通道36中的破裂隔膜38以及定位成邻近破裂隔膜38的致动器40。破裂隔膜38使入口32相对出口34流体密封。致动器40包括柱塞40a，该柱塞40a被配置为以延伸方式移动(如箭头42处所展示)。致动器40被定位成使得柱塞40a能够在与破裂隔膜38相交的行程上延伸。例如，行程约为半英寸并且施加约100磅的力。破裂隔膜38在柱塞40a的冲击下是脆弱的，使得柱塞40a的延伸引起破裂隔膜38的破坏。
在一个示例中，致动器40是热致动器。一个示例热致动器是蜡式致动器，诸如石蜡式致动器。热致动器将热能转化为呈柱塞40a的延伸的形式的机械能。在一个基于石蜡的示例中，致动器40包括可操作以加热石蜡的加热器，诸如加热石蜡到高于石蜡的熔化温度(约176°F)的温度。蜡熔化并且膨胀，并且该膨胀引起柱塞40a的延伸。如将理解的那样，可以使用其他类型的致动器，然而，蜡式致动器具有相对简单的二元式开/关操作以启动加热器，并且成本低廉。
在破裂之前(图1)，破裂隔膜38使入口32相对于出口34密封，使得燃料26a在系统20中保持隔离。当系统20将被启动以释放燃料时，致动器40被致动以延伸柱塞40a，使得航天器22变得可操作以便推进和/或调整取向。如图2所示，在致动时，柱塞40a延伸并且破坏破裂隔膜38。一旦破裂，入口32和出口34就变得流体连接，从而容许燃料通过隔离阀24流动到系统20的其余部分28，以便推进和/或调整取向。在另一个示例中，隔离阀24可以通过移除破坏的破裂隔膜38，并且用新的、未破坏的破裂隔膜38取而代之来重新使用。
图3图示了破裂隔膜38的示例的独立视图。破裂隔膜38包括隔膜部段38a和边缘38b。本示例中的隔膜部段38a是金属的，并且可以由钛或铝合金形成。有鉴于此，破裂隔膜38大体是刚性的，尽管其替代地也可以是柔性的，只要其能够维持燃料26a的隔离即可。
在该示例中，隔膜部段38a是部分球形和凸形的(朝向柱塞40a)。这样的几何形状容许隔膜部段38a相对靠近柱塞40a，从而减少了用于破坏所要求的行程长度。如果设计范围(designenvelope)和行程长度允许，隔膜部段38a可以替代地具有锥形、金字塔形或其他几何形状，并且可以是凹形或甚至平面的。
在图示的示例中，隔膜部段38a的表面具有至少一条刻痕线38c。刻痕线38c是表面中的凹槽，其作用以削弱隔膜部段38a，以便促进由柱塞40a进行的破坏。边缘38b容许隔膜38以无泄漏的方式固定在隔离阀24的阀体30中。比如，如图1中所示，隔膜38经由被焊接到入口32的凸缘32a的边缘38b被一体化到阀体30中(即与其一体化)。额外地或替代地，隔膜38的一部分或全部被加工于阀体30中。
图4图示了另一示例隔离阀124。在本公开中，类似的附图标记在适当的情况下标示类似的元件，并且添加一百或其倍数的附图标记标示修改的元件，其中这些修改的元件被理解为并入了对应元件的相同特征以及益处。在该示例中，隔离阀124被配置为用于流动测试。有鉴于此，除了入口32和出口34之外，阀体30还限定了通入流动通道36中的测试端口46，并且该测试端口46与出口34而非入口32流体连接(至少在破裂隔膜38的破坏之前)。测试端口46可以适应于用于附接各种测试装备的连接器的期望形式。出口34包含过滤器48和文丘里管50。过滤器48作用为促进测试流体中的杂质的移除，并且文丘里管有助于减少水锤。
图5图示了另一示例隔离阀224。在该示例中，隔离阀224包括邻近破裂隔膜38的至少一个刀刃52。刀刃52位于破裂隔膜38的与致动器40的柱塞140a相对的一侧上。当柱塞140a延伸时，其使隔膜部段38a朝向刀刃52偏转。当刀刃52和隔膜部段38a之间发生冲击时，刀刃52破坏隔膜部段38a。这种破坏可以通过切割、刺穿、撕裂或足以使破裂隔膜38破裂的其他方式发生，使得入口32以及出口34变为流体连接，从而容许燃料流动通过隔离阀224，以便推进和/或调整取向。
尽管在图示的示例中示出了特征的结合，但并不是所有特征都需要被结合以实现本公开的各种实施例的益处。换言之，根据本公开的实施例设计的系统将不必然包括任何一个图中所示的所有特征或图中示意性示出的所有部分。此外，一个示例实施例的选定特征可以与其他示例实施例的选定特征相结合。
前述描述在本质上是示例性的，而非限制性的。对于本领域技术人员来说，对公开的示例的变型和改型可以变得显而易见，这些变型和改型不必然偏离本公开。赋予本公开的法律保护的范围仅能够通过研究以下权利要求来确定。

Claims (16)

1.一种燃料隔离系统，包括：
阀体，所述阀体限定从入口延伸到出口的流动通道；
破裂隔膜，所述破裂隔膜与所述阀体一体化，所述破裂隔膜位于所述流动通道中并且使所述入口相对所述出口流体密封；
致动器，所述致动器定位成邻近所述破裂隔膜，所述致动器包括柱塞，所述柱塞被配置为移动并且引起所述破裂隔膜的破坏，并且由此使所述入口和所述出口流体连接；以及
推进剂罐，所述推进剂罐具有附接到所述阀体的入口或与所述阀体的入口一体化的出口。
2.如权利要求1所述的燃料隔离系统，其中，所述致动器是热致动器。
3.如权利要求1所述的燃料隔离系统，其中，所述致动器是蜡式致动器。
4.如权利要求1所述的燃料隔离系统，其中，所述柱塞是活塞。
5.如权利要求1所述的燃料隔离系统，其中，所述柱塞被配置为刺穿所述破裂隔膜。
6.如权利要求1所述的燃料隔离系统，其中，所述破裂隔膜具有至少一条刻痕线。
7.如权利要求1所述的燃料隔离系统，其中，所述破裂隔膜是弯曲的。
8.如权利要求1所述的燃料隔离系统，还包括邻近所述破裂隔膜的刀刃，并且所述刀刃位于所述隔膜的与所述致动器相对的一侧上。
9.如权利要求1所述的燃料隔离系统，其中，所述破裂隔膜被焊接到所述阀体。
10.如权利要求1所述的燃料隔离系统，其中，所述破裂隔膜是金属的。
11.如权利要求1所述的燃料隔离系统，其中，除了所述入口和所述出口之外，所述阀体还限定了测试端口，所述测试端口通入所述流动通道中，并且与所述出口而非所述入口流体连接。
12.如权利要求1所述的燃料隔离系统，其中，所述出口包含过滤器。
13.如权利要求12所述的燃料隔离系统，其中，所述出口包含文丘里管。
14.如权利要求1所述的燃料隔离系统，还包括与所述入口相连的燃料罐。
15.如权利要求14所述的燃料隔离系统，其中，所述推进剂罐包含加压的肼。
16.一种包括如权利要求1所述的燃料隔离系统的运载工具。
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