[发明专利]一种低温推进剂空间在轨液体获取装置

说明书

一种低温推进剂空间在轨液体获取装置，包括增压腔、集液腔和一组活动叶片板，增压腔和集液腔的外容器结构为一个整体，安装于低温推进剂贮箱底部；增压腔和集液腔由移动活塞分隔为两个独立区域；增压腔上端设有增压口，增压口连接增压系统；集液腔内填充集液海绵，集液腔下端设有低温推进剂贮箱的排液口，集液腔与排液口之间安装有一层多孔金属网幕；集液腔侧壁面分为两部分，上部壁面为打孔壁面，下部壁面为实心壁面；活动叶片板安装于打孔壁面的外周，保证叶片组旋转至贴附于打孔壁面时能够完全包裹打孔壁面；本发明实现对空间在轨低温推进剂气液分布的有效管理，使低温推进剂液体获取系统变得更稳定可靠、工况适用范围更广。

技术领域

本发明涉及低温推进剂空间流体管理技术领域，具体涉及一种低温推进剂空间在轨液体获取装置。

背景技术

航天器发动机在轨点火、推进剂在轨增压和传输等过程均需要持续稳定的单相液体推进剂供给。地面条件下，气液相可依靠重力作用实现良好分层。在轨微重力条件下，气液相分布存在很大的随机性，必须通过气液管理技术实现气液定位与分离。近年来，液氢、液氧等低温推进剂以其比冲高、推力大、无毒无污染等优势，已经广泛应用于大型运载火箭系统，是未来大型空间任务的首选推进剂。然而，低温推进剂也具有温度低、沸点低、表面张力小等特殊性，使其空间气液管理更加困难。

现有的在轨气液管理方法主要分为主动型和被动型。惯性式、自旋式等主动型管理技术需要不断消耗高成本的低温推进剂，对于大型系统的经济性差。常温推进剂所采用的挠性隔膜贮箱因无法消除液相侧蒸发的气体，不再适用于易蒸发的低温推进剂。被动型气液管理技术主要包括槽式、陷阱式、海绵式、叶片板式、网幕通道式等；其中，槽式气液管理装置可重复填充，但对加速度方向十分敏感；陷阱式装置的反向加速度承受力较强，但结构复杂、获取流量小；海绵式和叶片板式装置的结构简单、重量轻、成本低，但针对表面张力很小的低温推进剂，只能在很低重力水平下稳定可靠；网幕通道式装置对重力水平和热环境的敏感性较低，但结构复杂、重量大、可靠性低。

现阶段，针对大型低温航天器系统，尚未形成在轨复杂环境下实现低温推进剂气液分离与全液获取的在轨成熟应用方案。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低温推进剂空间在轨液体获取装置，实现对空间在轨低温推进剂气液分布的有效管理，使低温推进剂液体获取系统变得更稳定可靠、工况适用范围更广。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种低温推进剂空间在轨液体获取装置，包括增压腔2、集液腔4和一组活动叶片板5，增压腔2和集液腔4的外容器结构为一个整体，安装于低温推进剂贮箱1底部；增压腔2和集液腔4由移动活塞3分隔为两个独立区域，增压腔2和集液腔4的容积分配由移动活塞3的位置决定；

所述的增压腔2上端设有增压口6，增压口6连接增压系统；

所述的集液腔4内填充集液海绵9，集液腔4下端设有低温推进剂贮箱1的排液口11，集液腔4与排液口11之间安装有一层多孔金属网幕10；集液腔4侧壁面分为两部分，上部壁面为打孔壁面7，下部壁面为实心壁面8；

所述的活动叶片板5安装于打孔壁面7的外周，保证由活动叶片板5构成的叶片组旋转至贴附于打孔壁面7时能够完全包裹打孔壁面7。

所述的增压系统采用的增压气体是不凝性气体，或是与低温液体相同工质的气体。

所述的集液海绵9具有多孔介质的结构特性，孔隙率0.4-0.6；集液海绵9具有弹性，在受挤压时将发生压缩变形且孔隙率减小，不受力时回弹恢复至初始孔隙率。

所述的多孔金属网幕10由金属细丝编制而成，具有刚性多孔介质的结构特性，孔隙直径在微米量级。

所述的打孔壁面7的打孔孔径和打孔率根据具体任务需求及液体获取装置的尺寸决定，孔径3-5mm，打孔率0.4-0.5。