[发明专利]一种表面张力贮箱气泡陷阱气泡过滤器

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面张力贮箱气泡陷阱气泡过滤器，能够过滤气泡陷阱内的推进剂，阻止增压气体流出贮箱，用于空间微重力环境下的推进剂管理。

背景技术

推进剂贮箱是航天器上最重要的部件之一，它的作用是存储和管理推进剂，在规定的流量和加速度条件下，为发动机或推力器提供不夹气的推进剂，其核心部件是推进剂管理装置（PMD）。

表面张力贮箱是目前世界上使用最为广泛的推进剂贮箱，它分为网式和板式两种。我国现有的表面张力贮箱都是网式的，它利用液体的表面张力通过筛网来收集推进剂，同时阻止气体进入管路通道，属于第一代表面张力贮箱产品。DFH-4卫星平台用表面张力贮箱是世界上最大的表面张力贮箱之一，为满足15年的卫星寿命，需要携带3100kg的推进剂，单个贮箱的容积要求达到1400L以上，而之前我国已有的推进剂贮箱最大容量为606L。为解决大容量贮箱的推进剂贮存与管理问题，开展了大型贮箱PMD技术攻关工作，针对高可靠气泡陷阱设计了一种新型的表面张力贮箱气泡陷阱气泡过滤器，以满足大容量贮箱的推进剂管理需求。

DFH-3卫星平台用表面张力贮箱PMD无气泡陷阱，液口部位的收集器为小容量底收集器，直接置于贮箱内部，其所容纳推进剂为0.1L，且收集器内部无法容纳大量气体存在。DFH-4卫星平台用表面张力贮箱PMD需要解决大容量推进剂无气泡供应问题，为此设计了气泡陷阱气泡过滤器，该种装置安装在PMD的气泡陷阱内，其作用是过滤气泡陷阱内的推进剂，阻止增压气体流出贮箱。它由两部分组成：上部的盒式过滤器和下部的板式过滤器，两部分通过中空管连接，盒式过滤器主要收集位于气泡陷阱顶部的推进剂，而板式过滤器过滤气泡陷阱底部的推进剂。它们共同作用确保贮存在气泡陷阱内的气体不能排出贮箱而进入推力器，能够对大容量贮箱内的推进剂进行有效管理。

国外表面张力贮箱的研制开始于70年代，到80年代末在轨道航天器上已占据绝对的主导地位，目前除了俄罗斯没有使用外，其它静止轨道通信卫星都采用表面张力贮箱。欧美国家均生产了大量表面张力贮箱，代表性的文章如下：W.H.Tam,W.D.Lay,M.S.Hersh,at all.Design,Development,Qualification,and Manufacture of the HS601Propellant Tank.AIAA96-2748；W.H.Tam,D.E.Jaekle,Jr.Design and Manufacture of the HS601Block Ⅱ Propellant Tank Assembly.AIAA98-3199；Walter H.Tam,D.E.Jaekle Jr.Design and Manufacture of a Propellant Tank Assembly.AIAA2000-3444；Gaston Netter,Ulrich Renner,Michael Dreyer.Design and Verification of a Standard Surface Tension Propellant Tank AIAA99-2178。其中，比较典型的《HS601平台》卫星表面张力贮箱，其PMD包括导流板、蓄液器、陷阱、管状收集器和毛细网窗口，但蓄液器较小，结构为板式，不适合DFH-4卫星平台用大型表面张力贮箱；ETS-VIII贮箱是PSI公司2001年为劳拉公司研制的，其PMD由四条导流板和一个蓄液器/气泡陷阱组建构成，导流板从底部延伸到柱段的顶部。PMD采用了陷阱-导流板-蓄液器式的结构是目前最流行的形式，但其陷阱内的板式蓄液器无法满足当时我国大型贮箱的推进剂管理需求。尽管国外在公开贡献上发表了一些文章，这些文献都是关于贮箱的一些整体结构和装置的原理及功能介绍，没有关于针对实际贮箱详细结构设计的描述，不能作为我国贮箱设计的依据，因此必须根据我国卫星实际需求，开展适合于大型贮箱PMD气泡过滤器的详细结构设计工作。

一种表面张力贮箱气泡陷阱气泡过滤器是国内第一个大型表面张力贮箱推进剂管理装置的气泡陷阱气泡过滤器，其工作方式和结构均是全新的，国内没有相关的文献和资料可以借鉴，整个部件的研制是在DFH-3贮箱和国外极少公开文献资料的基础上做了大量的创新工作而完成的。为了实现对气泡陷阱内的推进剂的进行全管理，在过滤器形状、结构设计以及过滤器的安装固定方式等方面进行了开创性的工作，最终完成了适用于大型表面张力贮箱气泡陷阱的气泡过滤器设计。

发明内容