[发明专利]电动泵压式液氧甲烷空间推进系统

说明书

本发明提供的一种电动泵压式液氧甲烷空间推进系统，包括高压气瓶、液氧贮箱、甲烷贮箱、电动泵系统、氧热交换喷射棒、甲烷热交换喷射棒及轨控发动机；其中高压气瓶通过第一管道与液氧贮箱及甲烷贮箱连接；液氧贮箱及甲烷贮箱分别通过第二管道及第三管道与电动泵系统连接；氧热交换喷射棒设置在液氧贮箱内；甲烷热交换喷射棒设置在甲烷贮箱内；电动泵系统通过第四管道与氧热交换喷射棒及轨控发动机连接；电动泵系统通过第五管道与甲烷热交换喷射棒及轨控发动机连接。本发明适用于空间飞行器推进系统，尤其在推进剂加注量较大、轨控发动机需要多次启动的空间推进系统上具有显著的应用优势。

技术领域

本发明涉及空间飞行器动力系统领域，特别涉及一种电动泵压式液氧甲烷空间推进系统。

背景技术

空间化学推进正在向高性能、无毒的低温化学推进技术方向发展，基于液氧/甲烷推进剂组合的空间推进系统具有综合性能高、可重复使用性能好、具备行星原位资源利用等优势，在高性能上面级、行星着陆器、星表基地建设、载人火星探测等领域具有广泛的应用前景。现有的空间推进系统主要采用高压气体挤压式系统方案，部分采用涡轮泵增压式系统方案。随着国内外高性能锂电池技术和高速轻质电动机技术突飞猛进的发展，尤其是Rocketlab公司电动卢瑟福发动机的顺利飞行应用，电动泵压式发动机已经成为化学空间推进的新成员。基于电动泵的空间推进系统：1)相对挤压式推进系统，贮箱压力较低，增压气体用量少，大幅降低了推进系统的结构重量，并能有效提高发动机比冲性能，推进系统性能大幅提高；2)相对涡轮泵压式推进系统，增压组件和发动机推力室解耦，系统复杂度大幅降低，因取消了高温涡轮部件且系统零件数量减少，系统可靠性大幅提高，同时通过控制电机启停和转速便于实现多次启动和发动机推力调节。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种解决现有技术中存在的有毒推进剂比冲性能低、操作维护成本高的问题，挤压式推进系统贮箱压力高、增压气体用量大、系统结构质量大的问题以及涡轮泵压式推进系统结构复杂、多次启动及深度变推力难度大的问题的电动泵压式液氧甲烷空间推进系统。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种电动泵压式液氧甲烷空间推进系统，包括高压气瓶、液氧贮箱、甲烷贮箱、电动泵系统、氧热交换喷射棒、甲烷热交换喷射棒及轨控发动机；其中

所述高压气瓶通过第一管道与所述液氧贮箱及所述甲烷贮箱连接；

所述液氧贮箱及所述甲烷贮箱分别通过第二管道及第三管道与所述电动泵系统连接；

所述氧热交换喷射棒设置在所述液氧贮箱内；

所述甲烷热交换喷射棒设置在所述甲烷贮箱内；

所述电动泵系统通过第四管道与所述氧热交换喷射棒及所述轨控发动机连接；

所述电动泵系统通过第五管道与所述甲烷热交换喷射棒及所述轨控发动机连接。

优选地，所述电动泵系统包括电源、控制盒、液氧电机泵、氧泵驱动器、甲烷电机泵及甲烷泵驱动器；其中

所述电源及所述控制盒通过线缆与所述氧泵驱动器、所述液氧电机泵、所述甲烷泵驱动器及所述甲烷电机泵连接。

优选地，所述氧热交换喷射棒包括氧路J-T阀、液氧喷射套管、氧路芯管及氧路背压孔板；其中

所述氧路J-T阀及所述氧路背压孔板分别安装在所述氧路芯管的入口及出口位置；

所述氧路芯管设置在所述液氧喷射套管内；

所述液氧喷射套管安装在所述液氧贮箱内部。

优选地，所述甲烷热交换喷射棒包括甲烷J-T阀、液甲烷喷射套管、甲烷芯管及甲烷背压孔板；其中

所述甲烷J-T阀及甲烷背压孔板分别安装在所述甲烷芯管的入口及出口位置；