CN102518939A - 一种板式推进剂管理装置的蓄液器 - Google Patents

一种板式推进剂管理装置的蓄液器 Download PDF

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一种板式推进剂管理装置的蓄液器，所述蓄液器包括蓄液器内锥(1)、蓄液器外锥(4)、蓄液器底座(5)、导气管(3)、蓄液器网片支压板(6)及蓄液器网片(7)；蓄液器内锥(1)与蓄液器外锥(4)焊接固定；蓄液器外锥(4)与蓄液器底座(5)焊接固定；利用表面张力通过所述蓄液器内锥(1)和所述蓄液器外锥(4)之间的夹角区域及所述蓄液器外锥(4)与所述贮箱壳体内壁面(8)之间的夹角区域来蓄留推进剂；利用所述导气管(3)将所述蓄液器内气体排出；所述蓄液器底座(5)为圆柱型；蓄液器网片支压板(6)及蓄液器网片(7)安装在蓄液器底座(5)的内圆柱上。本发明用简单可靠的结构形式来蓄留充足的液体，实现板式PMD对液体的全管理。

Description

一种板式推进剂管理装置的蓄液器
技术领域
本发明涉及一种推进剂管理装置的蓄液器，特别适用于空间微重力环境下推进剂管理。
背景技术
表面张力贮箱以其在失重环境下的高可靠性和长寿命特点，被广泛应用于卫星、飞船、空间站、运载火箭等各种航天器上。表面张力贮箱的核心技术是其内部的推进剂管理装置(简称PMD)。板式推进剂管理装置属于新一代可靠先进的管理装置。蓄液器设计的目标是设计出性能可靠、重量轻、结构简单的板式PMD核心组件之一。
现有的蓄液器属于辐射放置叶片型蓄液器，该类蓄液器存在一些缺点：结构强度低，安装工艺复杂，蓄液量小，承受力学环境能力稍差，适应性差，对卫星的控制能力要求较高，可靠性不高，且不易与导流板衔接。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种结构强度大、可靠性高、适应性强、蓄液量大的板式推进剂管理装置的蓄液器。
本发明包括如下技术方案：
一种板式推进剂管理装置的蓄液器，所述蓄液器包括蓄液器内锥、蓄液器外锥、蓄液器底座、导气管、蓄液器网片支压板及蓄液器网片；蓄液器内锥与蓄液器外锥焊接固定；蓄液器外锥与蓄液器底座焊接固定；利用表面张力通过所述蓄液器内锥和所述蓄液器外锥之间的夹角区域及所述蓄液器外锥与所述贮箱壳体内壁面之间的夹角区域来蓄留推进剂；利用所述导气管将所述蓄液器内气体排出；所述蓄液器底座为圆柱型；蓄液器网片支压板及蓄液器网片安装在蓄液器底座的内圆柱上。
所述蓄液器外锥的锥角为45°。
所述蓄液器外锥的下锥口内径与贮箱内径比例为1∶10，蓄液器外锥的高度与下锥口内径比例为1∶1.5。
所述蓄液器内锥和所述蓄液器外锥之间的夹角为40°。
所述蓄液器内锥相对于所述蓄液器外锥顶端的入口深度为所述蓄液器外锥高度的一半。
所述蓄液器内锥的过渡弧段半径为所述入口深度的0.8倍。
所述导气管通过两块导气管固定块与所述蓄液器内锥焊接固定，将导气管一端伸进所述蓄液器内锥与所述蓄液器外锥的夹角区域顶端，同时在所述导气管的该端打一个小孔。
在所述蓄液器底座的外圆柱上设置带孔的耳片。
在所述蓄液器底座的内圆柱设置一个台阶，蓄液器网片夹在两块蓄液器网片支压板之间，将蓄液器网片与两块蓄液器网片支压板焊接后的整体结构焊接到蓄液器底座的内圆柱的所述台阶上。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
(1)本发明的蓄液器主要采用了全新的薄板结构，结构强度大，可靠性高，适应性强，蓄液量大；
(2)本发明的蓄液器结构简单，质量轻；
(3)本发明的蓄液器可根据板式推进剂管理装置结构尺寸进行适应性修改，其容积可扩展性好；
(4)使用本发明的蓄液器，在加注时不会产生多层筛网造成的气堵问题，可以大大提高加注速度，实现推进剂的快速加注，同时有利于实现板式推进剂管理装置重复加注。
附图说明
图1为本发明蓄液器结构示意图；
图2为本发明蓄液器45度剖面图；
图3为本发明蓄液器局部立体放大图；
图4为本发明蓄液器立体仰视图；
图5为在寿命初期贮箱内液体分布示意图
图6为在寿命中期贮箱内液体分布示意图
图7为在寿命末期贮箱内液体分布示意图
图8为零重力下蓄液器液体分布示意图
图9为侧向微重力下蓄液器液体分布示意图
图10为反向加速度下蓄液器液体分布示意图
图11为轴向旋转下蓄液器液体分布示意图
具体实施方式
如图1～4所示，板式推进剂管理装置蓄液器包括如下组成部分：蓄液器内锥1、蓄液器外锥4、蓄液器底座5、导气管3、两块导气管固定块2、两块蓄液器网片支压板6、蓄液器网片7。蓄液器内锥1与蓄液器外锥4电子束焊接；蓄液器外锥4与蓄液器底座5电子束焊接。
蓄液器采用了内外两个完整的锥形结构，即所述蓄液器内锥1和所述蓄液器外锥4组成的锥形结构，利用表面张力通过所述蓄液器内锥和所述蓄液器外锥之间的夹角区域及所述蓄液器外锥4与所述贮箱壳体内壁面8之间的夹角区域来蓄留充足推进剂，采用了所述导气管将所述蓄液器内气体排出，采用圆柱型的所述蓄液器底座作为气泡陷阱的主要组成部分。
为了使所述蓄液器蓄液效果达到最好，优化设计了所述蓄液器外锥的锥角，锥角为45°。
根据卫星进行位保时推力器所需的推进剂量，优化设计了所述蓄液器外锥的高度及体积，确定了所述蓄液器最大蓄液量。所述蓄液器外锥的下锥口内径与贮箱内径比例为1∶10，高度与下锥口内径比例为1∶1.5。
在微重力环境下，在所述蓄液器内锥和所述蓄液器外锥之间的夹角区域将蓄留一部分推进剂，最终表面张力与微重力达到平衡。为使该区域的蓄液量尽可能多，优化设计了所述蓄液器内锥和所述蓄液器外锥之间的夹角，所述夹角为40°。
考虑到所述蓄液器在正常工况及反向微重力工况下的工作需求，优化设计了所述蓄液器内锥的入口深度H，所述入口深度为所述蓄液器外锥高度的一半。
优化设计了所述蓄液器内锥的过渡弧段，弧段半径为入口深度H的0.8倍。若弧段半径过大，表面张力难以支撑推进剂分布到所述蓄液器内锥入口处，影响所述蓄液器的蓄液量；若弧段半径过小，推进剂偏向蓄留在该弧段附近，容易使所述收集器暴露在气体中，从而影响所述蓄液器的有效蓄液量。
为了在加注过程中将所述蓄液器内气体排出，专门设计了新型的所述导气管，如图3所示，导气管3通过两块导气管固定块2与蓄液器内锥1电阻点焊连接并固定，将导气管3的一端尽量伸进蓄液器内锥与蓄液器外锥之间的夹角区域的最顶端，同时在导气管3的该端打一个小孔，以便最大限度地进行排气保证了所述板式PMD高的挤出效率，也提高了其承受微重力水平的能力。
如图2所示，在所述蓄液器底座5外圆柱设计了带孔的耳片，所述蓄液器底座5支撑整个所述蓄液器。在所述蓄液器底座的内圆柱设计了一个台阶，便于所述蓄液器网片支压板6和蓄液器网片7的安装固定，在所述蓄液器底部就形成了一个蓄液槽。所述蓄液器网片7可以有效地拦截气泡，提高了所述板式推进剂管理装置的加注速度而且易吹干，有利于实现所述板式推进剂管理装置重复加注的功能。所述蓄液器网片的使用解决了焊接材料不相容的问题。
如图2所示，蓄液器网片7夹在两块蓄液器网片支压板6之间，将其电子束焊接，且要保证两块蓄液器网片支压板6的孔完全对齐。将蓄液器网片7与两块蓄液器网片支压板6焊接后的整体结构电子束焊接到蓄液器底座5的内圆柱台阶上。
蓄液器9位于贮箱出口处，在不同的工作环境下，蓄液器都能起到蓄留液体的功能。在贮箱寿命初期，在微重力环境下，贮箱内液体不在处于沉底状态，蓄液器内充满液体，如图5所示。随着蓄液器内液体被消耗，蓄液器外液体通过蓄液器内锥1入口不断地充液。当蓄液器内锥1露出液面时，如图6所示，液体靠近贮箱表面分布，液体在表面张力作用下沿着导流板10通过收集器给蓄液器9充液。
在贮箱寿命末期，在微重力环境下，液体基本蓄留在导流板10与贮箱壳体内壁面8之间区域以及蓄液器区域，如图7所示。随着蓄液器内液体基本排空，分布在贮箱壳体壁面8的液体在表面张力作用下沿着导流板10传输到板式PMD底部，通过上下收集器给蓄液器9充液。待蓄液器内液体再次基本排空时通过导流板给蓄液器充液，如此反复排液、充液直至贮箱内液体排空。蓄液器网片7可以阻止气体进入贮箱出液口，实现不夹气排液的目的。
该蓄液器具有广泛的适用性，不但能够在正常工况下的各种微重力环境中蓄留推进剂，而且在各种非正常工况的极端情况下也能够蓄留充足的推进剂，如当Z向(轴向)旋转角速度较大、反向加速度较大时(卫星沿X、Y轴旋转时也会出现)，如图8～11所示。

Claims (9)

1.一种板式推进剂管理装置的蓄液器，所述蓄液器包括蓄液器内锥(1)、蓄液器外锥(4)、蓄液器底座(5)、导气管(3)、蓄液器网片支压板(6)及蓄液器网片(7)；蓄液器内锥(1)与蓄液器外锥(4)焊接固定；蓄液器外锥(4)与蓄液器底座(5)焊接固定；利用表面张力通过所述蓄液器内锥(1)和所述蓄液器外锥(4)之间的夹角区域及所述蓄液器外锥(4)与所述贮箱壳体内壁面(8)之间的夹角区域来蓄留推进剂；利用所述导气管(3)将所述蓄液器内气体排出；所述蓄液器底座(5)为圆柱型；蓄液器网片支压板(6)及蓄液器网片(7)安装在蓄液器底座(5)的内圆柱上。
2.如权利要求1所述的蓄液器，其特征在于：所述蓄液器外锥(4)的锥角为45°。
3.如权利要求1所述的蓄液器，其特征在于：所述蓄液器外锥(4)的下锥口内径与贮箱内径比例为1∶10，蓄液器外锥(4)的高度与下锥口内径比例为1∶1.5。
4.如权利要求1所述的蓄液器，其特征在于：所述蓄液器内锥(1)和所述蓄液器外锥(4)之间的夹角为40°。
5.如权利要求1所述的蓄液器，其特征在于：所述蓄液器内锥(1)相对于所述蓄液器外锥(4)顶端的入口深度H为所述蓄液器外锥(4)高度的一半。
6.如权利要求1所述的蓄液器，其特征在于：所述蓄液器内锥(1)的过渡弧段半径为入口深度H的0.8倍。
7.如权利要求1所述的蓄液器，其特征在于：所述导气管(3)通过两块导气管固定块(2)与所述蓄液器内锥(1)焊接固定，将导气管(3)一端伸进蓄液器内锥(1)与蓄液器外锥(4)之间的夹角区域的顶端，同时在该端打一个小孔。
8.如权利要求1所述的蓄液器，其特征在于：在所述蓄液器底座(5)的外圆柱上设置带孔的耳片。
9.如权利要求1所述的蓄液器，其特征在于：在所述蓄液器底座(5)的内圆柱设置一个台阶，蓄液器网片(7)夹在两块蓄液器网片支压板(6)之间，将蓄液器网片(7)与两块蓄液器网片支压板(6)焊接后的整体结构焊接到蓄液器底座(5)的内圆柱的所述台阶上。
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