一種表面張力貯箱低流阻通道的制作方法
【專利摘要】一種表面張力貯箱低流阻通道包括：用于收集貯箱下艙頂角處的推進(jìn)劑的角收集器、角收集器連接管、通道轉(zhuǎn)換接頭、方形連接管道、用于收集貯箱下艙中部的推進(jìn)劑中收集器和用于收集貯箱底部的推進(jìn)劑底收集器；所述角收集器位于通道的頂部，與通道轉(zhuǎn)換接頭通過角收集器連接管連接，中收集器、底收集器通過方形連接管道與通道轉(zhuǎn)換接頭連接，這樣就形成了表面張力貯箱低流阻通道。本發(fā)明能夠利用推進(jìn)劑的表面張力作用將貯箱局部區(qū)域內(nèi)推進(jìn)劑收集于該通道內(nèi)，并將推進(jìn)劑沿通道輸運(yùn)至特定位置，用于空間微重力環(huán)境下的推進(jìn)劑管理。
【專利說明】一種表面張力貯箱低流阻通道
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種表面張力貯箱低流阻通道，能夠利用表面張力將貯箱局部區(qū)域內(nèi)推進(jìn)劑收集于該通道內(nèi)，阻止增壓氣體流出通道，并將推進(jìn)劑沿通道輸運(yùn)至特定位置，用于空間微重力環(huán)境下的推進(jìn)劑管理。
【背景技術(shù)】
[0002]推進(jìn)劑貯箱是航天器上最重要的部件之一，它的作用是存儲(chǔ)和管理推進(jìn)劑，在規(guī)定的流量和加速度條件下，為發(fā)動(dòng)機(jī)或推力器提供不夾氣的推進(jìn)劑，其核心部件是推進(jìn)劑管理裝置(PMD)。
[0003]表面張力貯箱是目前世界上使用最為廣泛的推進(jìn)劑貯箱，它分為網(wǎng)式和板式兩種。我國現(xiàn)有的表面張力貯箱都是網(wǎng)式的，它利用液體的表面張力通過篩網(wǎng)來收集推進(jìn)劑，同時(shí)阻止氣體進(jìn)入管路通道，屬于第一代表面張力貯箱產(chǎn)品。DFH-4衛(wèi)星平臺(tái)用表面張力貯箱是世界上最大的表面張力貯箱之一，為滿足15年的衛(wèi)星壽命，需要攜帶3100kg的推進(jìn)齊U，單個(gè)貯箱的容積要求達(dá)到1400L以上，而之前我國已有的推進(jìn)劑貯箱最大容量為606L。為解決大容量貯箱的推進(jìn)劑貯存與管理問題，開展了大型貯箱PMD技術(shù)攻關(guān)工作，設(shè)計(jì)了一種表面張力貯箱方形低流阻通道，以滿足大容量貯箱的推進(jìn)劑管理需求。
[0004]DFH-3衛(wèi)星平臺(tái)用表面張力貯箱PMD通道采用角收集器、中收集器和原型通道構(gòu)成。由于DFH-4衛(wèi)星貯箱容積大，只有中收集器無法保證壽命末期，貯箱底部的推進(jìn)劑完全排出，且圓形通道流動(dòng)阻力較大，無法滿足大型衛(wèi)星大流量指標(biāo)要求，因此該P(yáng)MD通道布局不適合DFH-4衛(wèi)星貯箱任務(wù)需求。為此，設(shè)計(jì)了適合于大型表面張力貯箱的低流阻通道。國外表面張力貯箱的研制開始于70年代，到80年代末在軌道航天器上已占據(jù)絕對(duì)的主導(dǎo)地位，目前除了俄羅斯沒有使用外，其它靜止軌道通信衛(wèi)星都采用表面張力貯箱。歐美國家均生產(chǎn)了大量表面張力貯箱，代表性的文章如下:W.H.Tam, ff.D.Lay, M.S.Hersh, atall.Design, Development, Qualification, and Manufacture of the HS601PropellantTank.AIAA96-2748 ；ff.H.Tam,D.E.Jaekle, Jr.Design and Manufacture of theHS601Block II Propellant Tank Assembly.AIAA98-3199 ；ffalter H.Tam, D.E.JaekleJr.Design and Manufacture of a Propellant Tank Assembly.AIAA2000-3444 ；GastonNetter, Ulrich Renner, Michael Dreyer.Design and Verification of a StandardSurface Tension Propellant Tank AIAA99-2178。其中，比較典型的《HS601 平臺(tái)》衛(wèi)星表面張力貯箱，其PMD包括導(dǎo)流板、蓄液器、陷阱、管狀收集器和毛細(xì)網(wǎng)窗口，但其管狀收集器不適合，不適合DFH-4衛(wèi)星平臺(tái)用大型表面張力貯箱低流阻、大流量的任務(wù)需求；ETS-VIII貯箱是PSI公司2001年為勞拉公司研制的，其PMD由四條導(dǎo)流板和一個(gè)蓄液器/氣泡陷阱組建構(gòu)成，導(dǎo)流板從底部延伸到柱段的頂部。PMD采用了陷阱-導(dǎo)流板-蓄液器式的結(jié)構(gòu)是目前最流行的形式，但板式收集器繼承性差，焊接和裝配工藝存在難點(diǎn)，這些與DFH-4衛(wèi)星緊迫的進(jìn)度不適應(yīng)，無法滿足當(dāng)時(shí)我國大型貯箱的推進(jìn)劑管理需求。盡管國外在公開貢獻(xiàn)上發(fā)表了一些文章，這些文獻(xiàn)都是關(guān)于貯箱的一些整體結(jié)構(gòu)和裝置的原理及功能介紹，沒有關(guān)于針對(duì)實(shí)際貯箱詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的描述，不能作為我國貯箱設(shè)計(jì)的依據(jù)，因此必須根據(jù)我國衛(wèi)星實(shí)際需求，開展適合于大型貯箱PMD通道的詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。
[0005]一種表面張力貯箱底流阻通道是國內(nèi)第一個(gè)大型表面張力貯箱推進(jìn)劑管理裝置的通道，其工作方式和結(jié)構(gòu)均是全新的，國內(nèi)沒有相關(guān)的文獻(xiàn)和資料可以借鑒，整個(gè)部件的研制是在DFH-3貯箱和國外極少公開文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上做了大量的創(chuàng)新工作而完成的。為了實(shí)現(xiàn)貯箱內(nèi)推進(jìn)劑的收集和輸運(yùn)，在通道形狀、收集器分布、流阻分析等方面進(jìn)行了開創(chuàng)性的工作，最終完成了適用于大型表面張力貯箱低流阻通道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適合于大型表面張力貯箱的低流阻通道，能夠利用推進(jìn)劑的表面張力作用將貯箱局部區(qū)域內(nèi)推進(jìn)劑收集于該通道內(nèi)，并將推進(jìn)劑沿通道輸運(yùn)至特定位置，用于空間微重力環(huán)境下的推進(jìn)劑管理。
[0007]本發(fā)明技術(shù)解決方案:一種表面張力貯箱低流阻通道，包括:用于收集貯箱下艙頂角處的推進(jìn)劑的角收集器、角收集器連接管、通道轉(zhuǎn)換接頭、方形連接管道、用于收集貯箱下艙中部的推進(jìn)劑中收集器和用于收集貯箱底部的推進(jìn)劑底收集器；所述角收集器位于表面張力貯箱低流阻通道的頂部，與通道轉(zhuǎn)換接頭通過角收集器連接管連接，中收集器、底收集器通過方形連接管道與通道轉(zhuǎn)換接頭連接，這樣就形成了表面張力貯箱低流阻通道。
[0008]所述角收集器包括角收集器小圓柱、角收集器壓板、收集器網(wǎng)片、角收集器支板、角收集器骨架和角片用小圓柱；收集器網(wǎng)片置于角收集器壓板與角收集器支板之間，采用電子束將三個(gè)部件焊接；角收集器小圓柱的數(shù)量為3?6個(gè)，固定于角收集器壓板頂端，用于連接通道與貯箱的其它部件；將角收集器支板、角收集器骨架焊接，形成了一個(gè)封閉式環(huán)形蓄液槽，由此構(gòu)成了角收集器；角片用小圓柱位于角收集器骨架底端，用于固定角收集器于貯箱下艙地板；角收集器能夠收集貯箱下艙頂角處的推進(jìn)劑，并將其輸運(yùn)至通道內(nèi)。
[0009]所述中收集器和底收集器的結(jié)構(gòu)相同，但安裝位置不同，中收集器固定于方形連接管道中部位置的通道蓋板上，底收集器固定于方形連接管道底部位置；所述中收集器包括底收集器骨架、底收集器支壓板、底收集器網(wǎng)片；底收集器網(wǎng)片位于底收集器支壓板之間，采用電子束焊將其與底收集器骨架焊接。
[0010]所述方形連接管道的截面由U型截面弧形通道骨架和通道蓋板焊接而成，通道蓋板上焊接中收集器和底收集器。
[0011]所述角收集器、中收集器、底收集器均采用中間部位加工有10?20個(gè)圓孔的壓板和200X1400?350X2300目小孔的不銹鋼網(wǎng)片構(gòu)成，不銹鋼網(wǎng)片位于兩層壓板之間，采用電子束焊焊接；角收集器、中收集器、底收集器內(nèi)部形成了一個(gè)圓柱形蓄液腔體；在微重力環(huán)境下，分布在貯箱內(nèi)的推進(jìn)劑在表面張力的作用下通過不銹鋼網(wǎng)片傳輸?shù)礁鱾€(gè)收集器內(nèi)，由于表面張力作用，氣泡過濾器外部的氣體無法進(jìn)入各個(gè)收集器。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0013](I)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)能夠利用推進(jìn)劑的表面張力作用將貯箱局部區(qū)域內(nèi)推進(jìn)劑收集于該通道內(nèi)，并將推進(jìn)劑沿通道輸運(yùn)至特定位置，實(shí)現(xiàn)了空間微重力環(huán)境下的推進(jìn)劑管理。
[0014](2)本發(fā)明的角收集器、中收集器、底收集器的結(jié)構(gòu)布局，使得任務(wù)周期內(nèi)貯箱內(nèi)的推進(jìn)劑都能通過收集器進(jìn)入通道，保證了貯箱具備較高的擠出效率> 99.5%的任務(wù)需求，延長了貯箱的使用壽命；
[0015](3)本發(fā)明的方形連接管道能夠有效降低流動(dòng)阻力，提高流體傳輸速度，且在遠(yuǎn)地點(diǎn)工作時(shí)流量> 200ml/s。方形連接管道采用U型截面弧形上通道和薄板弧形下通道焊接而成，通道為整體焊接成型，變形小，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度得到較大提高，加強(qiáng)了 PMD的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明表面張力貯箱低流阻通道結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為角收集器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為中收集器、低收集器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4a為方形連接管道的通道骨架截面圖；
[0020]圖4b為方形連接管道的通道蓋板截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明是一種適合于大型表面張力貯箱的低流阻通道置于表面張力貯箱內(nèi)表面且與內(nèi)表面保持一定間隙，其作用是收集貯箱內(nèi)推進(jìn)劑，阻止增壓氣體流出通道，并將推進(jìn)劑沿著通道內(nèi)表面輸送至貯箱出口。
[0022]如圖1所示的表面張力貯箱低流阻通道包括:角收集器1、角收集器連接管2、通道轉(zhuǎn)換接頭3、方形連接管道4、中收集器5、底收集器6。角收集器I與通道轉(zhuǎn)換接頭3通過角收集器連接管2連接，中收集器5、底收集器6通過方形連接管道4與通道轉(zhuǎn)換接頭3連接，這樣就形成了該表面張力貯箱低流阻通道。其中，角收集器連接管2為圓管，方形連接管道4為U型通道，利用通道轉(zhuǎn)換接頭3可將兩類管道連接。角收集器I主要用于收集貯箱下艙頂角處的推進(jìn)劑，中收集器5用于收集下艙中部的推進(jìn)劑，而底收集器6用于收集貯箱底部的推進(jìn)劑。它們共同作用確保貯箱內(nèi)的推進(jìn)劑沿著通道流入貯箱出口而進(jìn)入推力器，能夠?qū)Υ笕萘抠A箱內(nèi)的推進(jìn)劑進(jìn)行有效管理。
[0023]如圖2所示，角收集器I位于通道的頂部，由以下部件組成:角收集器小圓柱7、角收集器壓板8、收集器網(wǎng)片9、角收集器支板10、角收集器骨架11、角片用小圓柱12。收集器網(wǎng)片9置于角收集器壓板8與角收集器支板10之間，采用電子束將三個(gè)部件焊接。角收集器小圓柱7的數(shù)量為3?6個(gè)，固定于角收集器壓板8頂端，用于連接通道與貯箱的其它部件。將角收集器支板10、角收集器骨架11焊接，形成了一個(gè)封閉式環(huán)形蓄液槽，由此構(gòu)成了交收集器。角片用小圓柱12位于角收集器骨架11低端，用于固定角收集器I于貯箱下艙地板。角收集器I能夠收集貯箱下艙頂角處的推進(jìn)劑，并將其輸運(yùn)至通道內(nèi)。
[0024]中收集器5和底收集器6的結(jié)構(gòu)相同，但安裝位置不同，中收集器5固定于方形連接管道4中部位置的通道蓋板17上，底收集器6固定于方形連接管道4底部位置。中收集器5的結(jié)構(gòu)如圖3所示，具體包括以下部件:底收集器骨架13、底收集器支壓板14、底收集器網(wǎng)片15。底收集器網(wǎng)片15位于底收集器支壓板14之間，采用電子束焊將其與底收集器骨架13焊接。中收集器5和底收集器6的主要功能是收集貯箱中部和底部位置的推進(jìn)劑。
[0025]方形連接管道4的截面形狀見圖4，由U型截面弧形通道骨架16和通道蓋板17焊接而成，通道蓋板17上焊接中收集器5和底收集器6。該結(jié)構(gòu)形式便于焊接和成型，保證了方形連接通道4具備高強(qiáng)度性能，且流動(dòng)阻力較小。[0026]本發(fā)明未公開技術(shù)屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。
【權(quán)利要求】
1.一種表面張力貯箱低流阻通道，其特征在于包括:用于收集貯箱下艙頂角處的推進(jìn)劑的角收集器、角收集器連接管、通道轉(zhuǎn)換接頭、方形連接管道、用于收集貯箱下艙中部的推進(jìn)劑中收集器和用于收集貯箱底部的推進(jìn)劑底收集器；所述角收集器位于表面張力貯箱低流阻通道的頂部，與通道轉(zhuǎn)換接頭通過角收集器連接管連接，中收集器、底收集器通過方形連接管道與通道轉(zhuǎn)換接頭連接，這樣就形成了表面張力貯箱低流阻通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面張力貯箱低流阻通道，其特征在于:所述角收集器包括角收集器小圓柱、角收集器壓板、收集器網(wǎng)片、角收集器支板、角收集器骨架和角片用小圓柱；收集器網(wǎng)片置于角收集器壓板與角收集器支板之間，采用電子束將三個(gè)部件焊接；角收集器小圓柱的數(shù)量為3?6個(gè)，固定于角收集器壓板頂端，用于連接通道與貯箱的其它部件；將角收集器支板、角收集器骨架焊接，形成了一個(gè)封閉式環(huán)形蓄液槽，由此構(gòu)成了角收集器；角片用小圓柱位于角收集器骨架底端，用于固定角收集器于貯箱下艙地板；角收集器能夠收集貯箱下艙頂角處的推進(jìn)劑，并將其輸運(yùn)至通道內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面張力貯箱低流阻通道，其特征在于:所述中收集器和底收集器的結(jié)構(gòu)相同，但安裝位置不同，中收集器固定于方形連接管道中部位置的通道蓋板上，底收集器固定于方形連接管道底部位置；所述中收集器包括底收集器骨架、底收集器支壓板、底收集器網(wǎng)片；底收集器網(wǎng)片位于底收集器支壓板之間，采用電子束焊將其與底收集器骨架焊接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面張力貯箱低流阻通道，其特征在于:所述方形連接管道的截面由U型截面弧形通道骨架和通道蓋板焊接而成，通道蓋板上焊接中收集器和底收集器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面張力貯箱低流阻通道，其特征在于:所述角收集器、中收集器、底收集器均采用中間部位加工有10?20個(gè)圓孔的壓板和200X1400?350X2300目小孔的不銹鋼網(wǎng)片構(gòu)成，不銹鋼網(wǎng)片位于兩層壓板之間，采用電子束焊焊接；角收集器、中收集器、底收集器內(nèi)部形成了一個(gè)圓柱形蓄液腔體；在微重力環(huán)境下，分布在貯箱內(nèi)的推進(jìn)劑在表面張力的作用下通過不銹鋼網(wǎng)片傳輸?shù)礁鱾€(gè)收集器內(nèi)，由于表面張力作用，氣泡過濾器外部的氣體無法進(jìn)入各個(gè)收集器。
【文檔編號(hào)】F02K9/44GK103590922SQ201310533461
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】魏延明, 李永, 莊保堂, 白建軍, 姚燦, 胡齊, 王娟, 夏繼霞 申請(qǐng)人:北京控制工程研究所