[发明专利]提高大型火箭液体姿控动力系统稳定性和可靠性的方法及贮箱

说明书

本发明公开了一种提高大型火箭液体姿控动力系统稳定性和可靠性的方法及贮箱，通过贮箱外形、连接紧固件的调整来实现系统质心变化范围的控制。贮箱的两个赤道半径相等，且两个赤道半径大于极半径；安装面位于高压气区域半球的外表面，且安装面与赤道中心面不重合；安装面上设置有奇数个不对称的安装孔，贮箱通过安装孔、连接紧固件与安装板连接。本发明保证了贮箱这种大变形压力容器在复杂多变工况下连接、紧固的可靠性，降低了金属膜片翻转运动的速率，缩小了系统质心在推进剂消耗过程中的变化范围，确保贮箱的安全、稳定运行，提升控制系统工作的稳定性，降低了控制算法难度，提高了控制过程的预见性与可靠性。

技术领域

本发明属于单、双组元液体姿控动力系统设计技术领域，具体涉及用于姿控系统的贮箱与连接结构，用于提高姿控系统控制过程的稳定性并保证贮箱这个压力容器的安全、可靠安装与运行。

背景技术

大型火箭液体姿控动力系统推进剂管理多采用并联贮箱贮存，姿控动力系统推进剂管理系统所属贮箱在飞行之前与系统采用螺栓预紧连接，存在一定的横向自由度，当系统工作瞬间，贮箱一方面会因为增压而在连接面所在平面出现较大的径向膨胀，另外，贮箱气腔填充高压气体以及推进剂所在液腔被挤压压力升高也会导致其沿垂直于安装面的方向产生位移，进而导致流体连通区域的刚体发生相对运动；加之姿控系统工作阶段会不断振动，产生较大的横向振动，因而会引起贮箱安装面与连接面之间存在滑动摩擦，接触面磨损会随着工作过程的进行加剧，系统的振动也会增加；贮箱为高压大变形设备，工作过程中其变形较大，随着气体的填充、推进剂的使用其接口会出现较大的位移；为了提高系统的有效载荷和有效推进剂携带量，充分利用系统径向空间、保证系统质心位置，目前常见的设计选用了瘦高型贮箱，但这种布置方式以牺牲部分系统可靠性为代价。

发明内容

为了解决上述问题，本发明旨在提供一种提高大型火箭液体姿控动力系统稳定性和可靠性的方法及贮箱，通过贮箱的外形自适应设计使之与控制方法匹配，保证贮箱这种大变形压力容器在复杂多变工况下连接、紧固的可靠性，降低金属膜片翻转运动的速率，缩小系统质心在推进剂消耗过程中的变化范围，确保贮箱的安全、稳定运行，提升控制系统的稳定性，降低控制算法难度，提高控制过程的预见性与可靠性。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

提高大型火箭液体姿控动力系统稳定性和可靠性的方法，所述大型火箭液体姿控动力系统中包括贮箱，贮箱通过自身的安装面与大型火箭液体姿控动力系统的安装板连接，贮箱中填充有推进剂，通过缩小贮箱在推进剂消耗过程中的质心变化范围来提高大型火箭液体姿控动力系统的稳定性和可靠性。

作为一种选择，所述缩小贮箱在推进剂消耗过程中的质心变化范围包括，

改变贮箱安装面与贮箱赤道中心面的相对位置；

改变贮箱安装面与大型火箭液体姿控动力系统安装板连接界面的受力方式和大小；

改变贮箱安装面与大型火箭液体姿控动力系统安装板之间的连接紧固件分布方式；

当火箭动力系统采用双组元发动机时，选用密度差异小的液体燃料与氧化剂作为推进剂，且动力系统的贮箱配置遵循重量较大的贮箱用于贮存密度较小的推进剂，重量较小的贮箱用于贮存密度较大的另一种推进剂。

作为一种选择，所述改变贮箱安装面与贮箱赤道中心面的相对位置包括错开贮箱安装面与贮箱赤道中心面，使得二者不共面；

作为一种选择，所述改变贮箱安装面与大型火箭液体姿控动力系统安装板连接界面的受力方式包括提高垂直于安装面和安装板连接界面的预紧力，提高平行于安装面和安装板连接界面的摩擦力，减小平行于安装面和安装板连接界面的剪切力；

作为一种选择，所述改变贮箱安装面与大型火箭液体姿控动力系统安装板之间的连接紧固件分布方式包括采用奇数非对称的方式布置连接紧固件。奇数是指连接紧固件的数量，非对称是指任意两个连接紧固件的连线不通过安装面的圆心(中心)。