阅读说明：本技术 一种低温姿态控制发动机推进剂供应管路系统 (Low-temperature attitude control engine propellant supply pipeline system ) 是由 程诚 田桂 熊靖宇 郭曼丽 刘国权 周国峰 周海清 于 2020-06-02 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种低温姿态控制发动机推进剂供应管路系统,包括低温燃料环状管路、低温氧化剂环状管路、低温隔热支架、低温姿态控制发动机、控制阀门组和节流孔板组；低温燃料环状管路和低温氧化剂环状管路均通过低温隔热支架与推进系统总装结构固定,低温姿态控制发动机的上方通过低温燃料控制阀与低温燃料环状管路连接,通过低温氧化剂控制阀与低温氧化剂环状管路连接,低温燃料环状管路和低温氧化剂环状管路的末端均设有分叉支路,分叉支路上设置控制阀门,控制阀门后串联了不同孔径的节流孔板。本发明供应管路系统,可以解决低温推进剂在管路输送过程漏热量大、低温姿态控制发动机入口条件控制、多工况条件下调节推进剂预冷消耗量的问题。(The invention provides a propellant supply pipeline system of a low-temperature attitude control engine, which comprises a low-temperature fuel annular pipeline, a low-temperature oxidant annular pipeline, a low-temperature heat insulation support, a low-temperature attitude control engine, a control valve group and a throttling orifice plate group, wherein the low-temperature fuel annular pipeline is connected with the low-temperature oxidant annular pipeline through a pipeline; the low-temperature fuel annular pipeline and the low-temperature oxidant annular pipeline are both fixed with a propulsion system assembly structure through low-temperature heat insulation supports, the upper portion of the low-temperature attitude control engine is connected with the low-temperature fuel annular pipeline through a low-temperature fuel control valve, the low-temperature attitude control engine is connected with the low-temperature oxidant annular pipeline through a low-temperature oxidant control valve, branch branches are arranged at the tail ends of the low-temperature fuel annular pipeline and the low-temperature oxidant annular pipeline, control valves are arranged on the branch branches, and throttle orifice plates with different apertures are connected behind the control valves in series. The supply pipeline system can solve the problems that the low-temperature propellant has large heat leakage in the pipeline conveying process, the low-temperature attitude control engine inlet condition is controlled, and the precooling consumption of the propellant is adjusted under the multi-working-condition.)

一种低温姿态控制发动机推进剂供应管路系统

技术领域

本发明涉及液体火箭发动机技术领域，具体地，涉及一种低温姿态控制发动机推进剂供应管路系统。

背景技术

随着航天科学技术的发展，载人登月、载人火星登陆等大型航天任务被提上议程，这对空间推进系统也提出了更高的要求。液氧/液氢、液氧/甲烷等低温推进剂组合由于比冲性能高、无毒无污染、具备原位资源利用潜力和成本低廉等特点，在运载火箭以及上面级上得到了广泛的应用。低温推进剂被认为是进入空间及轨道转移最经济、最高效的化学推进剂。针对姿态控制发动机或其机组，较小供应流量的低温推进剂在细长输送管路中会因热传导和外部辐照带来的热量而温度升高甚至汽化。因此，如何保障低温推进剂在姿态控制发动机入口处的状态是低温姿态控制发动机推进剂供应管路设计的重要内容。通过预冷排放来实现低温姿态控制发动机的入口推进剂条件是工程上常用的方法，但不同任务需求或者工况下，预冷消耗的推进剂量是不同的，能精确地调节低温姿态控制发动机或其机组的预冷消耗量，延长推进系统的使用寿命也是非常有意义的。

经过对现有技术的检索，申请公布号为CN 105298682 A的发明专利公开了一种航空发动机冷加力尾喷管，整流罩位于筒体内部，两者之间布置整流支板；纺锤***于整流罩出口处，从动蜗杆与纺锤体固连，主动蜗杆与从动蜗杆相啮合，步进电机与主动蜗杆相连；液氮容器位于整流罩内部，液氮喷射管的液氮喷射口伸出整流罩并朝向筒体，液氮注入管的液氮注入口与筒体外部相连通；在筒体与整流罩之间设有加力火焰稳定器；在整流罩内部、从动蜗杆末端设有冷加力触发器，通过冷加力触发器控制液氮喷射动作。该发动机的冷却结构不能进行多工况预冷调节能力，无法推进系统的使用寿命。

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低温姿态控制发动机推进剂供应管路系统。

本发明的目的是通过以下方案实现的：

一种低温姿态控制发动机推进剂供应管路系统，包括低温燃料环状管路、低温氧化剂环状管路、低温隔热支架、低温姿态控制发动机、控制阀门组和节流孔板组；所述低温燃料环状管路和低温氧化剂环状管路均通过低温隔热支架与推进系统总装结构连接固定，所述低温姿态控制发动机的上方通过低温燃料控制阀与所述低温燃料环状管路连接，通过低温氧化剂控制阀与所述低温氧化剂环状管路连接，所述低温燃料环状管路和低温氧化剂环状管路的末端均设有分叉支路，所述分叉支路上设置所述控制阀门组，所述控制阀门组后方串联了不同孔径的节流孔板组。低温燃料和低温氧化剂通过各自环状管路末端的节流孔板组进入预冷排放管路。用于在不同工况下开启或关闭不同的控制阀门，使得低温姿态控制发动机推进剂供应管路具有多工况预冷调节能力。

优选地，所述低温燃料环状管路和低温氧化剂环状管路的表面均采用泡沫材料和多层隔热材料进行包覆。

优选地，所述泡沫材料推荐采用聚氨酯泡沫或者气凝胶泡沫，所述多层隔热材料由高反射率材料和涤纶网交替层铺构成。采用泡沫材料和多层隔热材料进行低温推进剂环状管路热控包覆，可以极大的减少环境对低温推进剂输送管路的漏热，从而减少预冷排放以及维持发动机入口条件的推进剂消耗量。

优选地，低温隔热支架包括管路固定部和总装连接部，所述总装连接部的底部与所述推进系统总装结构连接固定，所述总装连接部的顶部设有与所述管路固定部形状配合的凹槽，所述管路固定部穿过环状管路后通过箍带固定在所述总装连接部顶部的凹槽中。

优选地，所述管路固定部采用管路固定部采用耐低温且低热导率的材料制成，例如聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)，所述总装连接部采用具有高强度且低导热系数的材料制成，例如聚三氟氯乙烯、聚四氟氯乙烯或G10玻璃纤维复合材料(需采用耐低温树脂)等。

优选地，所述总装连接部为中部设有竖向腰型孔的工字形结构，所述管路固定部为中间设有通孔的腰形结构，所述总装连接部顶部的凹槽与所述管路固定部两端的弧度一致。

优选地，所述低温燃料控制阀通过燃料支路与低温姿态控制发动机上方的低温燃料环状管路连通，所述低温氧化剂控制阀通过氧化剂支路与低温姿态控制发动机上方的低温氧化剂环状管路连通。低温推进剂通过与环状管路间的连接管从上方进入相应的姿态控制发动机头部，预冷过程中连接管内的气泡可以向上游动进入环状管路，避免在发动机入口处形成气穴，从而影响发动机正常点火工作。

优选地，所述低温姿态控制发动机的数量为1至6个。

优选地，所述低温燃料环状管路和低温氧化剂环状管路均设有多个低温隔热支架。

本发明的工作原理为：在低温姿态控制发动机或其机组工作时，低温推进剂(低温燃料与低温氧化剂)由上游的推进剂输送管路供应，低温燃料与低温氧化剂分别进入低温燃料环状管路与低温氧化剂环状管路，通过两个环状管路，推进剂再进入多个低温姿态控制发动机。管路预冷过程中，发动机头部的推进剂控制阀门为关闭状态，低温推进剂不会进入发动机，在环状管路末端设置有多个分叉管路，每个分叉管路都设有控制阀门，其后连接不同孔径的节流孔板，根据不同的工况需求，可以开启不同岔路的控制阀门，使低温推进剂流经不同孔径的节流孔板，从而达到控制不同工况下预冷流量大小的目的。预冷完成后，环状管路末端的控制阀门组全部关闭，然后按系统控制指令打开相应的姿态控制发动机的推进剂控制阀门，低温推进剂进入发动机燃烧室燃烧后形成高温燃气从喷管喷出从而产生推力。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明的低温姿态控制发动机推进剂供应管路系统，采用泡沫材料和多层隔热材料进行低温推进剂环状管路热控包覆，可以极大的减少环境对低温推进剂输送管路的漏热，从而减少预冷排放以及维持发动机入口条件的推进剂消耗量。

2、本发明的低温姿态控制发动机推进剂供应管路系统，通过特制的低温隔热支架与推进系统总装框架连接固定，在保证隔热支架的结构强度基础上，可以进一步地减少低温推进剂输送管路与系统框架之间的换热量。

3、本发明的低温姿态控制发动机推进剂供应管路系统，在不同工作模式下开启或关闭环状管路末端的控制阀门，使得低温姿态控制发动机推进剂供应管路具有多工况预冷调节能力，延长推进系统的使用寿命。

4、本发明的低温姿态控制发动机推进剂供应管路系统，低温推进剂通过与环状管路间的连接管从上方进入相应的姿态控制发动机头部，预冷过程中连接管内的气泡可以向上游动进入环状管路，避免在发动机入口处形成气穴，保障发动机正常的推进剂供应。

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为本发明低温姿态控制发动机推进剂供应管路系统的结构示意图；

图2为本发明推进剂环状管路热控包覆剖面示意图；

图3为本发明低温隔热支架结构示意图。

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。

本发明的低温姿态控制发动机推进剂供应管路系统，可以解决低温推进剂在管路输送过程漏热量大、低温姿态控制发动机入口条件控制、多工况条件下调节推进剂预冷消耗量的问题。该发明可以减少推进剂损耗、延长发动机寿命，同时具有结构简单、多工况调节、操控简单、高效预冷等优点。

如图1至图3所示，下面结合具体实施例对本发明进行详细的说明：

实施例1

一种低温姿态控制发动机推进剂供应管路系统，包括低温燃料环状管路1、低温氧化剂环状管路2、低温隔热支架3、低温姿态控制发动机4、控制阀门5和节流孔板6；低温燃料环状管路1和低温氧化剂环状管路2均通过低温隔热支架3与推进系统总装结构连接固定，低温姿态控制发动机4的上方通过低温燃料控制阀41与低温燃料环状管路1连接，通过低温氧化剂控制阀42与低温氧化剂环状管路2连接，低温燃料环状管路1的末端设有多个分叉支路，每个分叉支路上都设有控制阀门5，其后串联节流孔板6；低温氧化剂环状管路2的末端设有多个分叉支路，每个分叉支路上都设置控制阀门5，其后串联节流孔板6，每个分叉支路上的节流孔板6的孔径各不相同。

低温燃料和低温氧化剂通过各自环状管路末端的节流孔板组6进入预冷装置，然后再通过环状管路的入口进入各自环状管路。在不同工作模式下开启或关闭环状管路末端不同分叉支路的控制阀门，使得低温姿态控制发动机推进剂供应管路系统具有多工况预冷调节能力。例如，在较大漏热条件下，开启串联大孔径节流孔板的控制阀门，增加环状管路中预冷推进剂的流量，能够实现快速的低温姿态控制发动机或其机组的预冷；在较小漏热环境下，开启串联小孔径节流孔板的控制阀门，降低环状管路中预冷推进剂的流量，能够减少预冷用推进剂的消耗量，从而延长推进系统的使用寿命。

低温燃料控制阀41通过燃料支路11与低温姿态控制发动机4上方的低温燃料环状管路1连通，低温氧化剂控制阀42通过氧化剂支路21与低温姿态控制发动机4上方的低温氧化剂环状管路2连通。低温推进剂(低温燃料和低温氧化剂)通过管路从上方进入相应的发动机头部，预冷过程中连接管内的气泡可以向上游动进入环状管路，避免在发动机入口处形成气穴，从而影响发动机正常点火工作。

实施例2

实施例2是实施例1的优选例：

在实施例2中，低温燃料环状管路1和低温氧化剂环状管路2的表面均采用泡沫材料8和多层隔热材料9进行包覆。泡沫材料8可以为聚氨酯泡沫或者气凝胶泡沫，多层隔热材料9一般由高反射率材料(一般为双面镀铝薄膜)和涤纶网交替层铺构成。

低温隔热支架3由采用不同材料的零件组成，包括管路固定部31和总装连接部32，管路固定部31为中间设有通孔的腰形结构，管路固定部31采用耐低温材料制成，总装连接部32为中部设有竖向腰型孔的工字形结构，总装连接部32的底部与推进系统总装结构连接固定，总装连接部32采用具有较高强度且低导热系数的材料制成，总装连接部32的顶部设有与管路固定部31形状配合的凹槽，管路固定部31穿过环状管路后通过箍带7固定在总装连接部32顶部的凹槽中，凹槽与管路固定部31两端的弧度一致。通过特制的低温隔热支架与推进系统总装框架连接固定，在保证隔热支架的结构强度基础上，可以进一步地减少低温推进剂输送管路与系统框架之间的换热量。

低温姿态控制发动机4的数量n可以根据实际系统使用需求进行调整，数量n一般为1至6个。低温燃料环状管路1和低温氧化剂环状管路2均设有多个低温隔热支架3。

本发明提供的低温姿控推进系统的工作原理如下：

由于燃料路与氧路流向相类似，本例以燃料路为例。在低温姿态控制发动机或其机组工作时，低温燃料由上游的燃料输送管路供应，低温燃料进入低温燃料环状管路1，通过低温燃料环状管路1，低温燃料再进入多个低温姿态控制发动机4。在管路预冷过程中，发动机头部的推进剂控制阀门为关闭状态，低温的燃料不会进入发动机。在低温燃料环状管路1末端设置有多个分叉管路，根据不同的工况需求，可以开启不同分叉支路的控制阀门5，使低温燃料流经不同孔径的节流孔板6，从而达到控制不同工况下预冷流量大小的目的。预冷完成后，环状管路末端的控制阀门5全部关闭，然后按系统控制指令打开相应的姿态控制发动机4的推进剂控制阀门，低温燃料与低温氧化剂进入发动机燃烧室燃烧后形成高温燃气从喷管喷出从而产生推力。

本发明的低温姿态控制发动机推进剂供应管路系统，可以解决低温推进剂在管路输送过程漏热大、低温姿态控制发动机入口条件控制、多工况条件下调节推进剂预冷消耗量的问题，从而可以减少推进剂损耗、延长发动机寿命，具有结构清晰、多工况调节、操控简单，高效预冷等优点，能够满足姿态控制发动机或其机组的使用要求。适用于低温***式的发动机系统，尤其适用于小推力的***式姿控发动机。

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。