阅读说明：本技术 一种适用于大容量表面张力贮箱的补压式空间推进系统 (Pressure supplementing type space propulsion system suitable for high-capacity surface tension storage tank ) 是由 袁肖肖 顾帅华 陈开盈 刘建盈 金广明 沈一诺 于 2019-08-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适用于大容量表面张力贮箱的补压式空间推进系统,由气路增压系统和液路供给系统组成；气路增压系统连接至液路供给系统中的贮箱进口处；液路供给系统连接至发动机处；气路增压系统由主气瓶及其下游管路、补压气瓶及其下游管路组成,可实现推进系统方案的管路增压以及推进剂剩余量测量；液路供给系统由氧化剂贮箱及其下游管路、燃料贮箱及其下游管路组成,可实现系统贮箱的推进剂加注泄出以及发动机工作所需推进剂的供给。本发明提高了系统的安全性,可实现较高精度的、可靠的在轨推进剂剩余量测量,降低推进剂加注时间,提高推进剂加注效率,并解决了常规表面张力贮箱推进剂加注不到位的隐患。(The invention discloses a pressure supplementing type space propulsion system suitable for a high-capacity surface tension storage tank, which consists of a gas path pressurization system and a liquid path supply system; the gas path pressurization system is connected to an inlet of a storage tank in the liquid path supply system; the liquid path supply system is connected to the engine; the gas circuit pressurization system consists of a main gas cylinder and a downstream pipeline thereof, a pressure supplementing gas cylinder and a downstream pipeline thereof, and can realize the pipeline pressurization and propellant residual quantity measurement of the propulsion system scheme; the liquid path supply system consists of an oxidant storage tank and a downstream pipeline thereof, and a fuel storage tank and a downstream pipeline thereof, and can realize the filling and discharging of the propellant in the system storage tank and the supply of the propellant required by the work of the engine. The invention improves the safety of the system, can realize high-precision and reliable measurement of the residual quantity of the on-orbit propellant, reduces the propellant filling time, improves the propellant filling efficiency and solves the hidden trouble that the propellant in the conventional surface tension storage tank is not filled in place.)

一种适用于大容量表面张力贮箱的补压式空间推进系统

技术领域

本发明涉及航天领域，具体地，涉及一种适用于大容量表面张力贮箱的补压式空间推进系统。

背景技术

目前航天领域中，采用表面张力贮箱的推进系统，一般都难以实现较高精度的推进剂剩余量测量，而且表面张力贮箱的加注由于加注管路夹气，一直存在加注不到位的隐患，使得整个加注过程漫长，加注效率低，特别对于带有大容量表面张力贮箱的推进系统来说，显得尤为突出。因此需要设计一个可实现较高精度推进剂剩余量测量，加注效率高，不存在加注不到位隐患，同时系统安全性较高的推进系统。

发明内容

针对传统航天表面张力贮箱的推进系统缺陷，本发明提供了一种适用于大容量表面张力贮箱的补压式空间推进系统。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种适用于大容量表面张力贮箱的补压式空间推进系统，该推进系统由气路增压系统和液路供给系统组成，所述气路增压系统连接至液路供给系统中的贮箱进口处；所述液路供给系统连接至发动机处；所述气路增压系统由主气瓶及其下游管路、补压气瓶及其下游管路组成；所述液路供给系统由氧化剂贮箱及其下游管路、燃料贮箱及其下游管路组成。

进一步地，所述气路增压系统包含一个较大容积的主气瓶和一个较小容积的补压气瓶；所述主气瓶用于贮存整个推进系统的增压所需的高压气体，并作为贮箱增压的一级增压气源；所述补压气瓶用于辅助整个推进系统推进剂剩余量测量，并通过L3阀门联通一级增压气源作为贮箱增压的二级增压气源。

进一步地，所述主气瓶的容积需满足整个推进任务全程的增压气体需求量，其数量可根据总装布局设置成若干个；所述补压气瓶的容积要求在直接给贮箱增压过程中，贮箱中推进剂液位较小的变化，都可以使得补压气瓶形成明显的压力变化；从而可以依据高精度压力传感器测量补压气瓶的压力变化值，通过PVT法就可以实现贮箱推进剂的剩余量测量。

进一步地，所述气路增压系统中设有具备较高的测量精度的压力传感器P2、压力传感器P3、压力传感器P4。

进一步地，所述气路增压系统中，在氧化剂贮箱入口上游设置有一个单向阀C1，在燃料贮箱入口上游设置有一个单向阀C2，该单向阀C1和单向阀C2允许管路工质的正向流通，并阻断管路工质的反向流通。

进一步地，所述气路增压系统中，在氧化剂贮箱和燃料贮箱上游各设置有一个气路加排阀D3和气路加排阀D4,气加排阀D3和气路加排阀D4一方面用于推进剂加注时贮箱气腔气体的排出，便于推进剂加注到位；另一方面用于推进剂加注完毕后贮箱气腔预增压。

进一步地，所述液路供给系统中，在氧化剂贮箱出口处设置有一个气动截止阀K1，在燃料贮箱出口处设置有一个气动截止阀K2，用于辅助贮箱下游K1至D5之间，以及K2至D6之间的加注管路抽真空；所述气动截止阀K1、K2正常工况下处于常开状态，只有在通过地面配气台给K1、K2提供驱动压力时，气动截止阀K1、K2才处于关闭状态；在加注前，通过地面配气台驱动K1、K2关闭后，通过加排阀D5、D6可实现对贮箱下游加注管路的抽真空。

进一步地，所述液路供给系统中，在氧化剂贮箱和燃料贮箱下游各设置有一个电爆阀B1和电爆阀B2；所述电爆阀B1、电爆阀B2为常闭电爆阀，即正常情况下处于关闭状态。用于阻断贮箱下游加注管路与电爆阀下游至发动机管路之间的联通。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

对于带有大容量表面张力贮箱的推进系统，该方案提高系统的安全性，可实现较高精度的、可靠的在轨推进剂剩余量测量，降低推进剂加注时间，提高推进剂加注效率，并解决了常规表面张力贮箱推进剂加注不到位的隐患。

附图说明

图1为本发明实施例一种适用于大容量表面张力贮箱的补压式空间推进系统的系统框图。

具体实施方式

下面结合摘要附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明实施例提供了一种适用于大容量表面张力贮箱的补压式空间推进系统，该推进系统由气路增压系统和液路供给系统组成，所述气路增压系统连接至液路供给系统中的贮箱进口处；所述液路供给系统连接至发动机处。

所述气路增压系统包括主气瓶及其下游管路子系统(由P1、D1、L1、R1组件及连接管路组成)、补压气瓶及其下游管路子系统(由P2、D2、L2、R2、C1～C2、D3～D4、P3～P4组件及连接管路组成)两个子系统；所述主气瓶与补压气瓶通过截止阀L3进行联通。

所述液路供给系统包括氧化剂贮箱及其下游管路子系统(由K1、D5、P5、B1及连接管路组成)、燃料贮箱及其下游管路子系统(由K2、D6、P6、B2及连接管路组成)两个子系统。所述氧化剂贮箱及其下游管路子系统与燃料贮箱及其下游管路子系统之间相互物理隔离。

所述气路增压系统包含一个较大容积的主气瓶和一个较小容积的补压气瓶。所述主气瓶用于贮存整个推进系统的增压所需的高压气体，并作为四个贮箱增压的一级增压气源；所述补压气瓶用于辅助整个推进系统推进剂剩余量测量，并通过L3阀门联通一级增压气源(主气瓶)作为四个贮箱增压的二级增压气源。所述主气瓶作为一级气源，不直接通过下游管路给贮箱直接增压，而是通过作为二级气源的补压气瓶对贮箱进行间接增压。所述主气瓶，其特征在于，具备较大的容积，要满足整个推进任务全程的增压气体需求量，另外，其数量不局限一个，可根据总装布局优化，主气瓶数量可以设置成若干个；所述补压气瓶，特征在于，具备较小的容积，要求在直接给贮箱增压过程中，贮箱中推进剂液位较小的变化，都可以给补压气瓶形成明显的压力变化。因此，依据高精度压力传感器测量补压气瓶的压力变化值，通过PVT法就可以实现贮箱推进剂的剩余量测量。所述增压气瓶压力不足时，可打开L3阀，通过主气瓶(一级气源)对补压气瓶(二级气源)进行补气，待补压气瓶补气完成后关闭L3阀，可继续通过补压气瓶的压力变化实现对贮箱剩余推进剂的持续测量。

所述气路增压系统中的压力传感器P2、压力传感器P3、压力传感器P4应具备较高的测量精度，在通过补压气瓶的压力变化进行推进剂剩余量测量时，可实现较高精度和可靠性的测量。

所述气路增压系统中，在氧化剂贮箱入口上游设置有一个单向阀C1，在燃料贮箱入口上游设置有一个单向阀C2。该单向阀C1和单向阀C2允许所属管路工质的正向流通(图示单向阀箭头指示方向)，并阻断所属管路工质的反向流通。设置单向阀的原因为：因为表面张力贮箱气、液腔是相通的，在贮箱上游设置单向阀可避免氧化剂和燃料的饱和蒸汽在气路管路中相遇，并发生化学反应产生***。因此增加C1、C2单向阀可有效提高系统的安全性。

所述气路增压系统中，在氧化剂贮箱和燃料贮箱上游各设置有一个气路加排阀D3和D4。气路加排阀可通过手动控制贮箱内腔与外界的联通和关闭。设置气路加排阀D3和D4原因在于：一方面用于推进剂加注时贮箱气腔气体的排出，便于推进剂加注到位；另一方面用于推进剂加注完毕后贮箱气腔预增压，可有效提高结构系统刚度，降低贮箱液面晃动。

所述液路供给系统中，在氧化剂贮箱出口处设置有一个气动截止阀K1，在燃料贮箱出口处设置有一个气动截止阀K2，用于辅助贮箱下游K1至D5之间，以及K2至D6之间的加注管路抽真空。所述气动截止阀K1、K2正常工况下处于常开状态，只有在通过地面配气台给K1、K2提供驱动压力时，气动截止阀K1、K2才处于关闭状态。在推进剂加注前，通过地面配气台驱动K1、K2关闭后，通过加排阀D5、D6可实现对贮箱下游加注管路的抽真空。设置K1、K2截止阀及其抽真空的原因如下：大容量表面张力贮箱加注时，若下游的加注管路(D5至K1之间，D6至K2之间管路)产生夹气，则难以把推进剂加入到表面张力贮箱中去，从而产生推进剂加注不到位的风险。因此在加注之前需要对贮箱下游的加注管路进行抽真空，避免加注过程中加注管路夹气，规避推进剂加注不到位的隐患。另外表面张力贮箱内部的气体对推进剂加注无影响，为提高抽真空效率，节省抽真空时间，避免对大容量表面张力贮箱内腔抽真空，所以在抽真空前需要通过关闭K1、K2阻断贮箱下游管路与贮箱内部的联通。

所述液路供给系统中，在氧化剂贮箱和燃料贮箱下游各设置有一个电爆阀B1和B2。所述电爆阀B1、B2为常闭电爆阀，即正常情况下处于关闭状态。电爆阀B1、B2用于阻断贮箱下游加注管路与电爆阀下游至发动机管路之间的联通，一方面可避免贮箱下游加注管路抽真空时对至发动机管路进行抽真空，另一方面可避免推进剂过早的进入发动机，提高系统的安全性。

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形或修改，这并不影响本发明的实质内容。