CN211777744U - 推进剂交叉输送管路内剩余推进剂排放装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及航空航天技术领域，公开了一种推进剂交叉输送管路内剩余推进剂排放装置，包括：助推级燃料管路上连接有第一支路，芯级燃料管路上连接有第二支路，第一支路和第二支路通过燃料连接分离装置相连，助推级氧化剂管路上连接有第三支路，芯级氧化剂管路上连接有第四支路，第三支路和第四支路通过氧化剂连接分离装置相连；第一支路上设有燃料排放管路，第三支路上设有氧化剂排放管路。本实用新型提供的一种推进剂交叉输送管路内剩余推进剂排放装置，设置燃料排放管路和氧化剂排放管路，先对管路中剩余的燃料和氧化剂进行排放，然后再分离助推级，使连接分离装置在干工况下进行解锁分离，提高了输送管路的可靠性和安全性。

Description

推进剂交叉输送管路内剩余推进剂排放装置

技术领域

本实用新型涉及航空航天技术领域，特别是涉及一种推进剂交叉输送管路内剩余推进剂排放装置。

背景技术

液体推进剂在航空航天领域得到广泛应用。传统液体运载火箭的助推级和芯级的推进剂单独使用，一旦助推级出现动力停机，其助推级贮箱的推进剂将被弃用，剩余推进剂形成额外死重并可能引起全箭质心大幅横移，导致发射任务失败。现有技术中有提出助推级和芯级发动机之间推进剂合理共用的管路系统，在助推级的推进剂使用完时可分离助推级和芯级以减少死重，但是没有解决分离连接处的管路中剩余推进剂的排放管理问题。

液体推进剂输送管路通常口径较大(至少200mm)，剩余推进剂为液氧煤油、液氧甲烷、液氧液氢等易燃易爆的液体推进剂，燃料与氧化剂的输送管路布置间距较小。分离时剩余推进剂的泄漏，在空中混合极易引起爆炸，导致整个发射任务失败。

现有输送推进剂的管路系统，存在助推级管路分离时容易产生爆炸而对箭体的飞行造成影响的问题。尤其是对于输送介质是液氢、液氧等易燃易爆的流体，这些剩余推进剂的扩散排放，一旦与高速飞行的箭体接触过多，则巨大的瞬时冲击能量极易引爆系统。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种推进剂交叉输送管路内剩余推进剂排放装置，用于解决或部分解决现有输送推进剂的管路系统，存在助推级管路分离时容易产生爆炸而对箭体的飞行造成影响的问题。

本实用新型实施例提供一种推进剂交叉输送管路内剩余推进剂排放装置，包括助推级燃料管路、助推级氧化剂管路、芯级燃料管路和芯级氧化剂管路；所述助推级燃料管路上连接有第一支路，所述芯级燃料管路上连接有第二支路，所述第一支路和所述第二支路通过燃料连接分离装置相连，所述助推级氧化剂管路上连接有第三支路，所述芯级氧化剂管路上连接有第四支路，所述第三支路和所述第四支路通过氧化剂连接分离装置相连；所述第一支路上设有燃料排放管路，所述第三支路上设有氧化剂排放管路。

在上述方案的基础上，所述燃料排放管路上设有燃料放泄阀，所述氧化剂排放管路上设有氧化剂放泄阀。

在上述方案的基础上，所述燃料排放管路远离所述第一支路的一端以及所述氧化剂排放管路远离所述第三支路的一端分别连接至少一个排出口。

在上述方案的基础上，所述排出口包括喷嘴；所述排出口朝向远离箭体的方向设置；所述燃料排放管路和所述氧化剂排放管路的外侧分别设有保温结构。

在上述方案的基础上，所述第一支路和所述第三支路上分别设有第一隔离阀，且所述燃料排放管路设于所述第一支路上的第一隔离阀与燃料连接分离装置之间，所述氧化剂排放管路设于所述第三支路上的第一隔离阀与氧化剂连接分离装置之间；所述第二支路和所述第四支路上分别设有第二隔离阀。

在上述方案的基础上，两个所述第一隔离阀通过连杆机构进行连锁，两个所述第二隔离阀同样通过连杆机构进行连锁。

在上述方案的基础上，所述助推级燃料管路的一端连接助推级燃料贮箱、另一端连接助推级发动机系统，所述助推级氧化剂管路的一端连接助推级氧化剂贮箱、另一端连接助推级发动机系统；所述芯级燃料管路的一端连接芯级燃料贮箱、另一端连接芯级发动机系统，所述芯级氧化剂管路的一端连接芯级氧化剂贮箱、另一端连接芯级发动机系统。

在上述方案的基础上，所述芯级燃料管路上、所述芯级燃料贮箱和第二支路之间设有切断阀，所述芯级氧化剂管路上、所述芯级氧化剂贮箱和第四支路之间同样设有切断阀。

本实用新型实施例提供的一种推进剂交叉输送管路内剩余推进剂排放装置，设置助推级燃料管路和芯级燃料管路通过第一支路和第二支路相连通，助推级氧化剂管路和芯级氧化剂管路通过第三支路和第四支路相连通，使得助推级推进剂和芯级推进剂形成交叉输送管路，从而可实现助推级和芯级推进剂的合理共用；第一支路和第二支路之间以及第三支路和第四支路之间分别通过连接分离装置相连，可快速实现助推级的分离；设置燃料排放管路和氧化剂排放管路，在助推级推进剂使用完毕需要分离助推级时，可先对管路中剩余的燃料和氧化剂进行排放，然后再解锁连接分离装置分离助推级，使得连接分离装置在干工况下进行解锁分离，提高了输送管路的可靠性和安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的推进剂交叉输送管路内剩余推进剂排放装置的示意图。

附图标记说明：

其中，1、第一隔离阀；2、燃料连接分离装置；3、第二隔离阀；4、分离端面；5、氧化剂连接分离装置；6、隔离阀动作信号；7、燃料放泄阀；8、排出口；9、氧化剂放泄阀；10、放泄信号；11、切断阀；12、切断阀动作信号；13、助推级发动机系统；14、芯级发动机系统；15、助推级燃料贮箱；16、助推级氧化剂贮箱；17、芯级燃料贮箱；18、芯级氧化剂贮箱。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型实施例提供一种推进剂交叉输送管路内剩余推进剂排放装置，参考图1，推进剂交叉输送管路内剩余推进剂排放装置包括助推级燃料管路、助推级氧化剂管路、芯级燃料管路和芯级氧化剂管路；助推级燃料管路上连接有第一支路，芯级燃料管路上连接有第二支路，第一支路和第二支路通过燃料连接分离装置2相连，助推级氧化剂管路上连接有第三支路，芯级氧化剂管路上连接有第四支路，第三支路和第四支路通过氧化剂连接分离装置5相连；第一支路上设有燃料排放管路，第三支路上设有氧化剂排放管路。

连接分离装置可实现分离端面4处的快速解锁分离。第一支路和第二支路之间以及第三支路和第四支路之间分别通过连接分离装置相连，可快速实现助推级的分离。该管路系统在第一支路上设置燃料排放管路，可在解锁燃料连接分离装置2之前通过打开燃料排放管路对剩余燃料进行排放；在第三支路上设置氧化剂排放管路，可在解锁氧化剂连接分离装置5之前通过打开氧化剂排放管路对剩余氧化剂进行排放。

从而在助推级推进剂使用完毕需要分离助推级时，可先对管路中剩余的燃料和氧化剂进行排放，然后再解锁连接分离装置从分离端面4处分离助推级，使得连接分离装置在干工况下进行解锁分离，提高了输送管路的可靠性和安全性。

进一步地，燃料排放管路和氧化剂排放管路间隔打开，对剩余燃料和剩余氧化剂先后进行排放。可实现推进剂的可控排放，有效阻止管路内氧化剂和燃料的混合爆炸，实现系统的可靠运行，提高系统的可靠性和安全性。

本实施例提供的一种推进剂交叉输送管路内剩余推进剂排放装置，第一支路和第二支路之间以及第三支路和第四支路之间分别通过连接分离装置相连，可快速实现助推级的分离；设置燃料排放管路和氧化剂排放管路，在助推级推进剂使用完毕需要分离助推级时，可先对管路中剩余的燃料和氧化剂进行排放，然后再解锁连接分离装置分离助推级，使得连接分离装置在干工况下进行解锁分离，提高了输送管路的可靠性和安全性。

在上述实施例的基础上，进一步地，燃料排放管路上设有燃料放泄阀7，氧化剂排放管路上设有氧化剂放泄阀9。便于控制燃料排放管路和氧化剂排放管路的通断。

在上述实施例的基础上，进一步地，燃料排放管路远离第一支路的一端以及氧化剂排放管路远离第三支路的一端分别连接至少一个排出口8。设置排出口8，有利于实现剩余燃料和剩余氧化剂的定向排放。排出口8的数量包括一个或多个，可根据交叉输送管路中剩余推进剂的流量灵活设置。

在上述实施例的基础上，进一步地，排出口8包括喷嘴；使得剩余燃料和剩余氧化剂排放时出射方向扩散角度小，射流速度大，可迅速远离箭体。排出口8朝向与箭体移动方向相背的一侧；有利于排放的剩余燃料和剩余氧化剂迅速远离箭体。

燃料排放管路和氧化剂排放管路的外侧分别设有保温结构。减少液氧气化产生气态氧，避免发生气态氧的绝热压缩。进一步地，排出口8处排放流速设计应满足撞击场合下氧气最高允许流速。

在上述实施例的基础上，进一步地，第一支路和第三支路上分别设有第一隔离阀1，且燃料排放管路设于第一支路上的第一隔离阀1与燃料连接分离装置2之间，氧化剂排放管路设于第三支路上的第一隔离阀1与氧化剂连接分离装置5之间；第二支路和第四支路上分别设有第二隔离阀3。

在助推级推进剂使用完毕时，可关闭第一隔离阀1和第二隔离阀3，从而剩余燃料即为第一支路上的第一隔离阀1与第二支路上的第二隔离阀3之间管路中的燃料，剩余氧化剂即为第三支路上的第一隔离阀1与第四支路上的第二隔离阀3之间管路中的燃料。设置第一隔离阀1和第二隔离阀3有利于在分离助推级时，有效控制和降低需要排放的剩余推进剂的量，有利于顺利进行剩余推进剂的排放，顺利实现助推级的分离。

进一步地，第一隔离阀1和第二隔离阀3可靠近连接分离装置设置。

在上述实施例的基础上，进一步地，两个第一隔离阀1通过连杆机构进行连锁，两个第二隔离阀3同样通过连杆机构进行连锁。避免了隔离阀关闭不及时或者不同时的现象，简化了控制策略，使得系统设计更紧凑。

在上述实施例的基础上，进一步地，助推级燃料管路的一端连接助推级燃料贮箱15、另一端连接助推级发动机系统13，助推级氧化剂管路的一端连接助推级氧化剂贮箱16、另一端连接助推级发动机系统13；芯级燃料管路的一端连接芯级燃料贮箱17、另一端连接芯级发动机系统14，芯级氧化剂管路的一端连接芯级氧化剂贮箱18、另一端连接芯级发动机系统14。

在上述实施例的基础上，进一步地，芯级燃料管路上、芯级燃料贮箱17和第二支路之间设有切断阀11，芯级氧化剂管路上、芯级氧化剂贮箱18和第四支路之间设有切断阀11。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供一种基于上述任一实施例所述推进剂交叉输送管路内剩余推进剂排放装置的推进剂交叉输送管路内剩余推进剂排放方法，该方法工作流程包括：打开第一隔离阀1和第二隔离阀3、关闭切断阀11，利用助推级推进剂向助推级发动机系统13和芯级发动机系统14输送推进剂；助推级推进剂使用完毕时，关闭第二隔离阀3、打开切断阀11，利用芯级推进剂向芯级发动机系统14输送推进剂，同时间隔打开燃料排放管路和氧化剂排放管路对剩余燃料和剩余氧化剂进行先后排放；剩余燃料和剩余氧化剂均排放完成后，断开燃料连接分离装置2和氧化剂连接分离装置5，分离助推级。

可在使用助推级推进剂预设时间后，判定助推级推进剂使用完毕；也可在助推级燃料贮箱15和助推级氧化剂贮箱16中设置液位传感器，通过液位传感器的监测来判定助推级推进剂使用完毕的时刻；也可采用其他方法来判定助推级推进剂使用完毕的时刻，不做限定。

剩余燃料和剩余氧化剂的排放可根据管路中能够存储的推进剂的量预设排放时间，在剩余燃料和剩余氧化剂分别排放至预设时间时，即剩余燃料和剩余氧化剂排放完成。

在上述实施例的基础上，进一步地，助推级推进剂使用完毕时，关闭第二隔离阀3、打开切断阀11，利用芯级推进剂向芯级发动机系统14输送推进剂还包括：关闭第一隔离阀1。在排放剩余燃料和剩余氧化剂时，关闭第一隔离阀1，可切断助推级燃料贮箱15与燃料排放管路，以及切断助推级氧化剂贮箱16与氧化剂排放管路，有利于控制减少需要排放的剩余推进剂的量，顺利快速实现剩余推进剂的排放。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例涉及航空航天领域中液体运载火箭、航天飞机的推进剂交叉输送管路系统中剩余推进剂的排放管理。推进剂交叉输送管路系统主要包括推进剂输送管路、推进剂贮箱、剩余推进剂排放单元、动力推进单元、控制信号单元。其中推进剂输送管路包括助推级燃料第一隔离阀1、助推级氧化剂第一隔离阀1、芯级燃料第二隔离阀3、芯级氧化剂第二隔离阀3、氧化剂连接分离装置5、燃料连接分离装置2、芯级氧化剂管路切断阀11、芯级燃料管路切断阀11及相应的管路。

推进剂贮箱包括助推级燃料贮箱15、助推级氧化剂贮箱16、芯级燃料贮箱17、芯级氧化剂贮箱18；剩余推进剂排放单元包括燃料放泄阀7、燃料排出口8、氧化剂放泄阀9、氧化剂排出口8；动力推进单元包括助推级发动机系统13和芯级发动机系统14；控制信号单元包括隔离阀动作控制模块，切断阀11动作控制模块、连接分离装置动作控制模块、剩余推进剂排放控制模块。

系统助推级未分离时，通过从助推级贮箱输出推进剂，开启助推级第一隔离阀1和芯级第二隔离阀3，剩余推进排放单元处于关闭状态，芯级推进剂管路切断阀11处于关闭状态，推进剂经过输送管路供应至动力推进单元，分别输送到助推级和芯级发动机系统14。

当助推级推进剂消耗完后，剩余推进剂排放单元运行，分别按时序排放氧化剂和燃料；助推级第一隔离阀1和芯级第二隔离阀3关闭；芯级推进剂切断阀11打开，芯级贮箱为芯级发动机系统14供应推进剂。排放结束后，进行助推分离，抛离助推级的死重结构。

剩余推进剂放泄信号10、切断阀动作信号12、隔离阀动作信号6将由各自控制系统同时发出动作指令信号；也可集成为一个总控制系统。剩余推进剂放泄信号10通过箭上电源为放泄阀提供动力，进行开启排放推进剂，两者信号按时序先后发出，避免出现同时排放氧化剂和燃料的现象。

芯级切断阀动作信号12的开启信号由芯级结构上的控制系统进行控制。隔离阀动作信号6的关闭信号将由箭上的伺服机构提供动力，例如液压、气压以及电磁。其中采用两个连杆机构将四个隔离阀的关闭动作进行连锁，避免了隔离阀关闭不及时或者不同时的现象，简化了控制策略，使得系统设计更紧凑。连接分离装置分离动作信号将在剩余推进剂排放结束后，由芯级系统的伺服机构提供动力进行解锁分离。

系统的时序控制在交叉输送系统的流程为：助推级和芯级的隔离阀由连杆机构等执行机构连锁关闭，芯级管路切断阀11同时打开，剩余推进剂排放单元同时工作，其中氧化剂排放管路和燃料排放管路的剩余推进剂排放按时序先后单独完成，当全部剩余推进剂排放完成后，进行连接分离装置的解锁分离，抛离助推级死重结构。

系统排出口8数量包括一个及多个，应按具体交叉输送管路剩余推进剂流量确定。其形状最好是喷嘴，出射方向扩散角度小，射流速度大，迅速远离箭体。因为交叉输送管路的管径较大，排放管路与输送主管即第一支路或第三支路的连接为异径三通，或者直接焊接连接。此外，排放管路应有良好的绝热保温结构，减少液氧气化产生气态氧，避免发生气态氧的绝热压缩。排放管路流速设计应满足撞击场合下氧气最高允许流速。

系统放泄阀可以是安全阀、泄压阀、电动遥控阀、电磁阀等具有快速响应开启信号并具有良好低温密封的阀门，同时应保证安装方便紧凑。系统的隔离阀可以是蝶阀或者球阀，其执行机构可以是气压驱动、液压驱动以及电磁驱动，具体结构可以为连杆机构、凸轮机构等，其动力源可以是箭体系统的增压气体、液压油或者箭上电源，也可以是单独设置的一套动力源系统。

系统中的隔离阀、切断阀11、连接分离装置和剩余推进剂排放单元的时序控制逻辑可按运载火箭或者航天飞机总体设计进行适当调整，从而匹配。系统所述的放泄阀和排出口8安装方向与箭体飞行方向相反或者远离箭体周围，利用3g左右的重力加速度和管内压力，将剩余推进剂放泄。

系统的剩余推进剂排放串行管理技术，优先按时序排放剩余推进剂，实现了连接分离装置在干工况下进行解锁分离，避免了连接分离装置在带液情况下进行工作，防止低温流体在分离端面迅速蒸发气化产生水汽冻结的现象，提高了系统的安全可靠性。

系统中隔离阀优先选蝶阀、球阀，启闭迅速。隔离阀、连接器驱动动力源优先选择使用液压驱动方式，控制平稳，可无级调速。放泄阀优先选择使用电磁阀，所用电源与箭上电源匹配。

在飞行高度较低情况下，剩余推进剂排放时优先排放温度相对较高的推进剂，降低大气中的水汽结冰使得排出口8产生冰堵的风险。

助推级未分离时，通过从助推级燃料贮箱15和氧化剂贮箱中输出推进剂，开启助推级燃料和氧化剂第一隔离阀1，开启芯级燃料和氧化剂第二隔离阀3，剩余推进排放单元处于关闭状态，芯级燃料管路切断阀11和氧化剂管路切断阀11处于关闭状态，推进剂经过输送管路供应至动力推进单元，分别输送到助推级发动机系统13和芯级发动机系统14。

当助推级推进剂消耗完时，关闭助推级燃料和氧化剂第一隔离阀1，关闭芯级燃料和氧化剂第二隔离阀3；开启芯级燃料管路切断阀11和氧化剂管路切断阀11；此时芯级燃料贮箱17和氧化剂贮箱为芯级发动机系统14供应推进剂，继续上升飞行；与此同时，输入放泄信号，打开放泄阀，通过排出口8排放剩余燃料，经过一定时间后，剩余燃料排放结束；再次输入放泄信号，打开放泄阀，通过排出口8排放剩余氧化剂，经过一定时间后，剩余氧化剂排放结束。当剩余推进剂分别按时序排尽后，输入连接分离动作信号，燃料连接分离装置2和氧化剂连接分离装置5接收到分离信号后进行解锁分离，抛离助推级死重，芯级继续消耗推进剂向进行推进飞行。

本实施例能够实现液体推进剂交叉输送管路系统可靠连接分离，分离时通过精确的动作指令对连接分离管路内剩余推进剂定向排放，有效阻止管路内氧化剂和燃料的混合爆炸，实现系统的可靠运行，提高系统的可靠性和安全性。

本实施例能够有效阻止剩余推进剂的混合爆炸，实现推进剂的可控排放，降低了与箭体相互接触的可能性，连接分离装置干工况下进行解锁分离，提高了交叉输送管路的可靠性和安全性，在现有输送管路系统基础上进行优化改进，技术成熟度较高，技术要求较易实现。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种推进剂交叉输送管路内剩余推进剂排放装置，包括助推级燃料管路、助推级氧化剂管路、芯级燃料管路和芯级氧化剂管路；其特征在于，所述助推级燃料管路上连接有第一支路，所述芯级燃料管路上连接有第二支路，所述第一支路和所述第二支路通过燃料连接分离装置相连，所述助推级氧化剂管路上连接有第三支路，所述芯级氧化剂管路上连接有第四支路，所述第三支路和所述第四支路通过氧化剂连接分离装置相连；所述第一支路上设有燃料排放管路，所述第三支路上设有氧化剂排放管路。

2.根据权利要求1所述的推进剂交叉输送管路内剩余推进剂排放装置，其特征在于，所述燃料排放管路上设有燃料放泄阀，所述氧化剂排放管路上设有氧化剂放泄阀。

3.根据权利要求1所述的推进剂交叉输送管路内剩余推进剂排放装置，其特征在于，所述燃料排放管路远离所述第一支路的一端以及所述氧化剂排放管路远离所述第三支路的一端分别连接至少一个排出口。

4.根据权利要求3所述的推进剂交叉输送管路内剩余推进剂排放装置，其特征在于，所述排出口包括喷嘴；所述排出口朝向远离箭体的方向设置；所述燃料排放管路和所述氧化剂排放管路的外侧分别设有保温结构。

5.根据权利要求1所述的推进剂交叉输送管路内剩余推进剂排放装置，其特征在于，所述第一支路和所述第三支路上分别设有第一隔离阀，且所述燃料排放管路设于所述第一支路上的第一隔离阀与燃料连接分离装置之间，所述氧化剂排放管路设于所述第三支路上的第一隔离阀与氧化剂连接分离装置之间；所述第二支路和所述第四支路上分别设有第二隔离阀。

6.根据权利要求5所述的推进剂交叉输送管路内剩余推进剂排放装置，其特征在于，两个所述第一隔离阀通过连杆机构进行连锁，两个所述第二隔离阀同样通过连杆机构进行连锁。

7.根据权利要求1所述的推进剂交叉输送管路内剩余推进剂排放装置，其特征在于，所述助推级燃料管路的一端连接助推级燃料贮箱、另一端连接助推级发动机系统，所述助推级氧化剂管路的一端连接助推级氧化剂贮箱、另一端连接助推级发动机系统；所述芯级燃料管路的一端连接芯级燃料贮箱、另一端连接芯级发动机系统，所述芯级氧化剂管路的一端连接芯级氧化剂贮箱、另一端连接芯级发动机系统。

8.根据权利要求7所述的推进剂交叉输送管路内剩余推进剂排放装置，其特征在于，所述芯级燃料管路上、所述芯级燃料贮箱和第二支路之间设有切断阀，所述芯级氧化剂管路上、所述芯级氧化剂贮箱和第四支路之间同样设有切断阀。

Images