一種推進(jìn)劑貯箱自保護(hù)增壓系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種推進(jìn)劑貯箱自保護(hù)增壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在可重復(fù)使用運(yùn)載器的返回階段使貯箱維持一定的保護(hù)壓力，避免由于振動(dòng)、溫度、外壓等因素造成的失穩(wěn)，該系統(tǒng)可具有良好的冗余性能及通用性，可利用增壓結(jié)束后的剩余氣體完成貯箱保壓，具有較低的質(zhì)量成本和較高的經(jīng)濟(jì)性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種推進(jìn)劑貯箱自保護(hù)增壓系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種推進(jìn)劑貯箱保壓系統(tǒng)，尤其涉及一種可重復(fù)使用運(yùn)載器推進(jìn)劑貯箱自保護(hù)增壓系統(tǒng)，屬于推進(jìn)劑管理【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著空間運(yùn)輸特別是商業(yè)航天需求的發(fā)展，能大幅降低航天運(yùn)輸成本的可重復(fù)使用運(yùn)載器受到越來(lái)越多的關(guān)注，成為未來(lái)航天運(yùn)載器重要的發(fā)展趨勢(shì)之一。對(duì)于帶有液體推進(jìn)劑的可重復(fù)使用運(yùn)載器而言，在經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間在軌飛行后，其推進(jìn)劑貯箱的壓力通常很低，甚至接近零壓力，而可重復(fù)使用運(yùn)載器為了實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)化，一般采用薄壁貯箱結(jié)構(gòu)，在重返大氣層時(shí)，在外壓、振動(dòng)及熱流的作用下，貯箱極易發(fā)生失穩(wěn)破壞。因此，需要在運(yùn)載器的增壓系統(tǒng)上增加貯箱保護(hù)功能，使貯箱在返回過(guò)程中保持一定的壓力，避免失穩(wěn)破壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種推進(jìn)劑貯箱自保護(hù)增壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)可具有冗余性和通用性，可利用保壓結(jié)束后的剩余氣體完成貯箱保壓，降低了成本。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種推進(jìn)劑貯箱自保護(hù)增壓系統(tǒng)，由保壓氣瓶、過(guò)濾器、燃燒劑主保壓電磁閥、燃燒劑輔保壓電磁閥、氧化劑主保壓電磁閥、氧化劑輔保壓電磁閥、燃燒劑主保壓孔板、燃燒劑輔保壓孔板、氧化劑主保壓孔板、氧化劑輔保壓孔板、燃燒劑保壓控制器、氧化劑保壓控制器、氧化劑保險(xiǎn)閥、燃燒劑保險(xiǎn)閥、氧化劑貯箱壓力傳感器和燃燒劑貯箱壓力傳感器組成；
[0005]燃燒劑主保壓電磁閥與燃燒劑主保壓孔板串聯(lián)形成燃燒劑主保壓控制通路，燃燒劑輔保壓電磁閥與燃燒劑輔保壓孔板串聯(lián)形成燃燒劑輔保壓控制通路，燃燒劑主保壓控制通路與燃燒劑輔保壓控制通路并聯(lián)，其中燃燒劑主保壓孔板和燃燒劑輔保壓孔板接燃燒劑劑貯箱頂部，燃燒劑主保壓電磁閥和燃燒劑輔保壓電磁閥通過(guò)過(guò)濾器接保壓氣瓶，燃燒劑貯箱壓力傳感器安裝在燃燒劑貯箱頂部用于測(cè)量燃燒劑貯箱的壓力，燃燒劑保壓控制器根據(jù)燃燒劑貯箱壓力傳感器的測(cè)量結(jié)果控制燃燒劑主保壓電磁閥或燃燒劑輔保壓電磁閥的開(kāi)關(guān)，燃燒劑保險(xiǎn)閥設(shè)置在燃燒劑貯箱上。
[0006]氧化劑主保壓電磁閥與氧化劑主保壓孔板串聯(lián)形成氧化劑主保壓控制通路，氧化劑輔保壓電磁閥與氧化劑輔保壓孔板串聯(lián)形成氧化劑輔保壓控制通路，氧化劑主保壓控制通路與氧化劑輔保壓控制通路并聯(lián)，其中氧化劑主保壓孔板和氧化劑輔保壓孔板接氧化劑貯箱頂部，氧化劑主保壓電磁閥和氧化劑輔保壓電磁閥通過(guò)過(guò)濾器接保壓氣瓶氧化劑壓力傳感器安裝在氧化劑貯箱頂部用于測(cè)量氧化劑貯箱的壓力，氧化劑保壓控制器根據(jù)氧化劑壓力傳感器的測(cè)量結(jié)果控制氧化劑主保壓電磁閥或氧化劑輔保壓電磁閥的開(kāi)關(guān)，氧化劑保險(xiǎn)閥設(shè)置在氧化劑貯箱上。
[0007]燃燒劑主保壓電磁閥、燃燒劑輔保壓電磁閥、氧化劑主保壓電磁閥和氧化劑輔保壓電磁閥均采用直動(dòng)式電磁閥。氧化劑貯箱壓力傳感器和燃燒劑貯箱壓力傳感器采用三路并聯(lián)備份設(shè)計(jì)。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果:本發(fā)明提出的推進(jìn)劑貯箱自保護(hù)增壓系統(tǒng)可以在可重復(fù)使用運(yùn)載器的返回階段使貯箱維持一定的保護(hù)壓力，避免由于振動(dòng)、溫度、外壓等因素造成的失穩(wěn)，該系統(tǒng)可具有良好的冗余性能及通用性，可利用保壓結(jié)束后的剩余氣體完成貯箱保壓，具有較低的質(zhì)量成本和較高的經(jīng)濟(jì)性。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)組成原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明:
[0011]本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路是:保壓電磁閥受貯箱壓力反饋控制，在運(yùn)載器開(kāi)始進(jìn)入返回階段時(shí)，保壓控制器即開(kāi)始控制保壓電磁閥并使貯箱內(nèi)維持一定的保護(hù)壓力，當(dāng)貯箱壓力高于設(shè)定保護(hù)上限時(shí)保壓電磁閥關(guān)閉，低于設(shè)定保護(hù)下限時(shí)保壓電磁閥打開(kāi)，在上下限之間時(shí)維持上一狀態(tài)；保壓孔板分別串聯(lián)于燃/氧箱主/輔電磁閥后，實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)作用；常溫氣瓶用于貯存保壓用氣體，一般采用高壓輕質(zhì)的氣瓶，保壓氣體一般采用分子量較小且與介質(zhì)相容性好的氣體，如氮?dú)?、氦氣、氫氣等，保壓氣瓶及保壓氣體可同時(shí)用于貯箱保壓；為了避免單點(diǎn)故障，防止由于電磁閥不開(kāi)啟造成的貯箱破壞，采用主輔電磁閥并聯(lián)的方案，輔電磁閥的設(shè)定下限略低于主電磁閥的設(shè)定下限，當(dāng)主電磁閥不打開(kāi)時(shí)，輔電磁閥打開(kāi)保壓，在達(dá)到設(shè)定上限后關(guān)閉；為了避免防止電磁閥開(kāi)啟后不關(guān)閉造成的貯箱破壞，在貯箱上設(shè)置有保險(xiǎn)閥，其設(shè)計(jì)打開(kāi)壓力低于貯箱的最高使用壓力，當(dāng)貯箱壓力超過(guò)打開(kāi)壓力時(shí)，保險(xiǎn)閥打開(kāi)排出箱內(nèi)氣體，直至箱內(nèi)壓力降至關(guān)閉壓力時(shí)保險(xiǎn)閥關(guān)閉；貯箱壓力傳感器為三路并聯(lián)，并將輸出結(jié)果進(jìn)行“三取二”穩(wěn)值處理，確保及時(shí)其中一個(gè)壓力傳感器出現(xiàn)故障，仍然可以正?？刂齐姶砰y；在某些情況下，保壓氣瓶、保壓電磁閥、保壓控制器可和保壓系統(tǒng)共用一套部件，并利用保壓結(jié)束后剩余氣體完成貯箱保壓。
[0012]具體的實(shí)現(xiàn)方式如圖1所示，本發(fā)明由保壓氣瓶1、過(guò)濾器2、燃燒劑主保壓電磁閥
3、燃燒劑輔保壓電磁閥4、氧化劑主保壓電磁閥5、氧化劑輔保壓電磁閥6、燃燒劑主保壓孔板7、燃燒劑輔保壓孔板8、氧化劑主保壓孔板9、氧化劑輔保壓孔板10、燃燒劑保壓控制器12、氧化劑保壓控制器11、氧化劑保險(xiǎn)閥13、燃燒劑保險(xiǎn)閥14、氧化劑貯箱壓力傳感器15和燃燒劑貯箱壓力傳感器16組成；
[0013]燃燒劑主保壓電磁閥3與燃燒劑主保壓孔板7串聯(lián)形成燃燒劑主保壓控制通路，燃燒劑輔保壓電磁閥4與燃燒劑輔保壓孔板8串聯(lián)形成燃燒劑輔保壓控制通路，燃燒劑主保壓控制通路與燃燒劑輔保壓控制通路并聯(lián)，其中燃燒劑主保壓孔板7和燃燒劑輔保壓孔板8接燃燒劑劑貯箱頂部，燃燒劑主保壓電磁閥3和燃燒劑輔保壓電磁閥4通過(guò)過(guò)濾器2接保壓氣瓶1，燃燒劑貯箱壓力傳感器16安裝在燃燒劑貯箱頂部用于測(cè)量燃燒劑貯箱的壓力，燃燒劑保壓控制器12根據(jù)燃燒劑貯箱壓力傳感器16的測(cè)量結(jié)果控制燃燒劑主保壓電磁閥3或燃燒劑輔保壓電磁閥4的開(kāi)關(guān)，燃燒劑保險(xiǎn)閥14設(shè)置在燃燒劑貯箱上。
[0014]氧化劑主保壓電磁閥5與氧化劑主保壓孔板9串聯(lián)形成氧化劑主保壓控制通路，氧化劑輔保壓電磁閥6與氧化劑輔保壓孔板10串聯(lián)形成氧化劑輔保壓控制通路，氧化劑主保壓控制通路與氧化劑輔保壓控制通路并聯(lián)，其中氧化劑主保壓孔板9和氧化劑輔保壓孔板10接氧化劑貯箱頂部，氧化劑主保壓電磁閥5和氧化劑輔保壓電磁閥6通過(guò)過(guò)濾器2接保壓氣瓶1，氧化劑壓力傳感器15安裝在氧化劑貯箱頂部用于測(cè)量氧化劑貯箱的壓力，氧化劑保壓控制器11根據(jù)氧化劑壓力傳感器15的測(cè)量結(jié)果控制氧化劑主保壓電磁閥5或氧化劑輔保壓電磁閥6的開(kāi)關(guān)，氧化劑保險(xiǎn)閥13設(shè)置在氧化劑貯箱上。
[0015]燃燒劑主保壓電磁閥3、燃燒劑輔保壓電磁閥4、氧化劑主保壓電磁閥5和氧化劑輔保壓電磁閥6均采用直動(dòng)式電磁閥。氧化劑貯箱壓力傳感器15和燃燒劑貯箱壓力傳感器16采用三路并聯(lián)備份設(shè)計(jì)。
[0016]實(shí)施例:燃燒劑貯箱容積約為2500L，為常溫推進(jìn)劑，氧化劑貯箱容積約4000L，為低溫推進(jìn)劑，其溫度約為90K，貯箱保護(hù)壓力為0.13MPa?0.20MPa (絕壓)；保壓氣瓶I采用輕質(zhì)高壓復(fù)合材料氣瓶，其單個(gè)容積為40L、工作壓力為23MPa，保壓氣體采用高純常溫氦氣；過(guò)濾器2安裝于保壓氣瓶I及保壓電磁閥之間，對(duì)氦氣進(jìn)行過(guò)濾，防止多余物進(jìn)入電磁閥造成卡滯或進(jìn)入貯箱造成污染；燃燒劑貯箱主保壓電磁閥3與燃燒劑貯箱輔保壓電磁閥4并聯(lián)，由燃燒劑保壓控制器12控制其啟閉，燃燒劑貯箱主保壓電磁閥3的壓力控制帶略窄于燃燒劑貯箱輔保壓電磁閥4，當(dāng)燃燒劑貯箱主保壓電磁閥3出現(xiàn)未開(kāi)啟的故障時(shí)，燃燒劑貯箱輔保壓電磁閥4打開(kāi)并為燃燒劑貯箱保壓，為保證電磁閥動(dòng)作靈敏可靠，該例中采用直動(dòng)式電磁閥；氧化劑貯箱主保壓電磁閥5與氧化劑貯箱輔保壓電磁閥6并聯(lián)，由氧化劑保壓控制器11控制其啟閉，氧化劑貯箱主保壓電磁閥3的壓力控制帶略窄于氧箱輔保壓電磁閥4，當(dāng)氧化劑貯箱主保壓電磁閥3出現(xiàn)未開(kāi)啟的故障時(shí)，氧化劑貯箱輔保壓電磁閥4打開(kāi)并為氧化劑貯箱保壓，為保證電磁閥動(dòng)作靈敏可靠，該例中采用直動(dòng)式電磁閥；燃燒劑貯箱主保壓孔板7、燃燒劑輔保壓孔板8、氧化劑貯箱主保壓孔板9、氧化劑貯箱主保壓孔板
10分別串聯(lián)于相應(yīng)電磁閥后，起到流量調(diào)節(jié)作用；燃燒劑保險(xiǎn)閥13、氧化劑貯箱保險(xiǎn)閥14分別安裝于燃燒劑貯箱及氧化劑貯箱上底，在貯箱內(nèi)壓力過(guò)高時(shí)，保險(xiǎn)閥打開(kāi)排出多余氣體；燃燒劑貯箱壓力傳感器16、氧化劑壓力傳感器15分別安裝于燃燒劑貯箱及氧化劑貯箱上底，均為三路并聯(lián)，將貯箱內(nèi)氣枕壓力測(cè)量結(jié)果分別反饋至燃燒劑保壓控制器12和氧化劑保壓控制器11，進(jìn)行“三取二”穩(wěn)值計(jì)算后對(duì)保壓電磁閥實(shí)施控制。
[0017]本發(fā)明未詳細(xì)描述內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種推進(jìn)劑貯箱自保護(hù)增壓系統(tǒng)，其特征在于:由保壓氣瓶(I)、過(guò)濾器(2)、燃燒劑主保壓電磁閥(3)、燃燒劑輔保壓電磁閥(4)、氧化劑主保壓電磁閥(5)、氧化劑輔保壓電磁閥(6)、燃燒劑主保壓孔板(7)、燃燒劑輔保壓孔板(8)、氧化劑主保壓孔板(9)、氧化劑輔保壓孔板(10)、燃燒劑保壓控制器(12)、氧化劑保壓控制器(11)、氧化劑保險(xiǎn)閥(13)、燃燒劑保險(xiǎn)閥(14)、氧化劑貯箱壓力傳感器(15)和燃燒劑貯箱壓力傳感器(16)組成； 燃燒劑主保壓電磁閥(3)與燃燒劑主保壓孔板(7)串聯(lián)形成燃燒劑主保壓控制通路，燃燒劑輔保壓電磁閥(4)與燃燒劑輔保壓孔板(8)串聯(lián)形成燃燒劑輔保壓控制通路，燃燒劑主保壓控制通路與燃燒劑輔保壓控制通路并聯(lián)，其中燃燒劑主保壓孔板(7)和燃燒劑輔保壓孔板(8 )接燃燒劑劑貯箱頂部，燃燒劑主保壓電磁閥(3 )和燃燒劑輔保壓電磁閥(4 )通過(guò)過(guò)濾器(2 )接保壓氣瓶(I)，燃燒劑貯箱壓力傳感器(16 )安裝在燃燒劑貯箱頂部用于測(cè)量燃燒劑貯箱的壓力，燃燒劑保壓控制器(12)根據(jù)燃燒劑貯箱壓力傳感器(16)的測(cè)量結(jié)果控制燃燒劑主保壓電磁閥(3)或燃燒劑輔保壓電磁閥(4)的開(kāi)關(guān)，燃燒劑保險(xiǎn)閥(14)設(shè)置在燃燒劑貯箱上。 氧化劑主保壓電磁閥(5)與氧化劑主保壓孔板(9)串聯(lián)形成氧化劑主保壓控制通路，氧化劑輔保壓電磁閥(6)與氧化劑輔保壓孔板(10)串聯(lián)形成氧化劑輔保壓控制通路，氧化劑主保壓控制通路與氧化劑輔保壓控制通路并聯(lián)，其中氧化劑主保壓孔板(9)和氧化劑輔保壓孔板(10)接氧化劑貯箱頂部，氧化劑主保壓電磁閥(5)和氧化劑輔保壓電磁閥(6)通過(guò)過(guò)濾器(2)接保壓氣瓶(1)，氧化劑壓力傳感器(15)安裝在氧化劑貯箱頂部用于測(cè)量氧化劑貯箱的壓力，氧化劑保壓控制器(11)根據(jù)氧化劑壓力傳感器(15)的測(cè)量結(jié)果控制氧化劑主保壓電磁閥(5)或氧化劑輔保壓電磁閥(6)的開(kāi)關(guān)，氧化劑保險(xiǎn)閥(13)設(shè)置在氧化劑貯箱上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種推進(jìn)劑貯箱自保護(hù)增壓系統(tǒng)，其特征在于:所述燃燒劑主保壓電磁閥(3)、燃燒劑輔保壓電磁閥(4)、氧化劑主保壓電磁閥(5)和氧化劑輔保壓電磁閥(6 )均采用直動(dòng)式電磁閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種推進(jìn)劑貯箱自保護(hù)增壓系統(tǒng)，其特征在于:所述氧化劑貯箱壓力傳感器(15)和燃燒劑貯箱壓力傳感器(16)采用三路并聯(lián)備份設(shè)計(jì)。
【文檔編號(hào)】G05D16/20GK103676992SQ201310577059
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】滿(mǎn)滿(mǎn), 張立強(qiáng), 劉敏, 周浩洋, 杜正剛, 吳姮, 孫善秀, 廖傳軍 申請(qǐng)人:北京宇航系統(tǒng)工程研究所, 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院