[发明专利]一种用于卫星电推进系统氙气加注的中转装置

说明书

本发明公开了一种用于卫星电推进系统氙气加注的中转装置，包括直筒、法兰、液氮管路、装置出口、电加热管、上封头、保温层、温度传感器、下封头和装置进口，所述直筒为上、下两端开口的中空圆柱型结构，其上端与上封头连接，下端与下封头连接；法兰与上封头固连并密封连接，用于防止装置中的氙气泄漏。本发明能够实现卫星电推进系统大加注量的氙气加注任务，解决了加注过程中的关键问题，通过对氙气降温、升温实现加注过程，为静态加注方法，加注过程中不会产生多余物。

技术领域

本发明涉及一种用于卫星电推进系统氙气加注的中转装置，属于卫星电推进系统的高纯氙气加注试验技术领域，适用于所有采用高纯氙气作为工质的电推进系统的加注。

背景技术

以氙气作为工质的霍尔电推进系统和离子电推进系统在卫星发射前需进行氙气加注，采用氙气作为工质的电推进系统，其性能直接受氙气纯度的影响，对加注后的氙气纯度有着苛刻的要求：要求加注到推进系统的氙气纯度高于99.995％，水和氧的含量不超过2ppm，而氙气源的纯度仅为99.9995％。所以如何在大容量氙气加注过程中确保氙气纯度以及系统压力、温度、加注量等满足要求，保证加注过程中氙处于气态或超临界态，是电推进系统、尤其是长寿命电推进系统实现工程化应用的一大难题。

国外从上世纪90年代后期就开始了对高纯氙气加注技术的研究，投入了巨大的人力和物力，进行了大量的验证试验，通过多年的技术积累，在高纯氙气加注以及中转装置的研制方面已具备了较强的技术能力。国内由于高纯氙气加注技术尚处空白，在中转装置研制方面没有文献可以参考。

卫星电推进系统氙气加注中转装置是在电推进系统逐步实现工程化应用的过程中摸索和总结的成果，国内没有相关的文献和资料可以借鉴，国外也极少公开纰漏类似装置的设计方法。

发明内容

本发明的技术解决问题：为了克服现有技术的不足，提供一种用于卫星电推进系统氙气加注的中转装置，解决了氙气加注的关键问题，能够有效用于卫星电推进系统的氙气加注任务。

本发明的技术解决方案是：

一种用于卫星电推进系统氙气加注的中转装置，包括直筒、法兰、液氮管路、装置出口、电加热管、上封头、保温层、温度传感器、下封头和装置进口，所述直筒为上、下两端开口的中空圆柱型结构，其上端与上封头连接，下端与下封头连接，法兰与上封头之间固定并密封连接，形成封闭腔体，用于防止装置中的氙气泄漏；

下封头上设置有装置进口，法兰上设置有装置出口，置于封闭腔体内的液氮管路为盘管结构，液氮管路的两个端口穿出法兰；置于封闭腔体内的电加热管为U型结构，电加热管的两个端口穿出法兰；温度传感器置于直筒外表面，以监测装置散热情况；封闭腔体外部包裹有保温层，以防止工作过程中热量外散。

所述保温层材质为深冷三聚酯泡沫，层数至少三层，每层厚度为4mm～6mm。

所述下封头为半球形结构。

所述法兰与上封头之间通过金属密封圈进行密封连接，密封圈、法兰及上封头相互接触部位粗糙度不大于0.8。

所述液氮管路为环形盘管结构，其直径为直筒内径的一半。

所述液氮管路的盘管相邻两圈间距为2mm～5mm。

U型电加热管置于液氮管路围绕的空间中，二者径向间距为5mm～10mm。

直筒与上封头和下封头间通过Ⅰ级焊缝焊接，法兰与上封头进行螺接。

封闭腔体在温度为-196℃～100℃、压强为15MPa范围内可完成对电推进系统氙气加注。

封闭腔体需确保液氮管路及电加热管至少实现50次循环工作，使得加注到推进系统的氙气纯度高于99.995％，水和氧的含量不超过2ppm。

本发明与现有技术相比具有以下优点：