[发明专利]一种利用氧化剂预压涡轮燃气的注气式蓄压器

说明书

一种利用氧化剂预压涡轮燃气的注气式蓄压器，包括氧化剂预压涡轮泵、单向阀、第一法兰、第二法兰、壳体、潜管、控制阀以及惯性孔；氧化剂预压涡轮泵安装在主管路中，壳体安装在主管路外，主管路与壳体通过惯性孔连通；潜管安装在壳体底部，控制阀安装在潜管上；氧化剂预压涡轮泵的气体通道上安装单向阀；所述主管路分别通过第一法兰和第二法兰与液氧输送管路相连，液氧输送管路内液体推进剂通过惯性孔进入壳体，并在壳体内形成自由液位和气体容腔。本发明的注气式蓄压器与氧化剂预压涡轮泵一体化集成，距氧主泵入口近，利于抑制POGO振动，同时可降低箭体对惰性气体的使用需求，避免惰性气体进入输送管路而对发动机性能造成影响。

技术领域

本发明涉及一种注气式蓄压器。

背景技术

液体火箭结构与推进系统发生动力学上的强耦合时会导致纵向的低频振动，该振动常被称为POGO振动。POGO振动严重时会导致推进系统关机、载荷故障、航天员身体不适甚至箭体结构破坏等安全事故。为抑制POGO振动，常在推进剂输送管路末端、发动机泵入口位置安装蓄压器，通过蓄压器内的气体来增加管路柔性，改变供应管路的固有频率，达到与箭体结构错频的目的。

相比于现役火箭采用的贮气式金属膜盒蓄压器，注气式蓄压器由于其能量值大、可靠性高，可作为新型运载火箭的POGO振动抑制装置。目前已有注气式蓄压器通常使用惰性气体作为气体工质，且惰性气体极易进入发动机中，影响发动机的工作性能。利用目前高压补燃液氧煤油发动机发生器产生的高温高压富氧燃气作为气体工质，在简化结构的同时，可避免惰性气体进入发动机造成性能下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为解决大型低温运载火箭POGO振动，本发明公开了一种适用于高压补燃液氧煤油发动机的基于氧化剂预压涡轮泵的注气式蓄压器，利用驱动氧预压涡轮后的高温高压富氧燃气作为注气式蓄压器的气体工质，降低箭体对惰性气体的使用需求，简化结构的同时避免了惰性气体进入输送管路而对发动机的性能造成影响。本发明的注气式蓄压器与氧化剂预压涡轮泵一体化集成，距氧主泵入口近，利于抑制POGO振动。

本发明的技术解决方案是：一种利用氧化剂预压涡轮燃气的注气式蓄压器，包括氧化剂预压涡轮泵、单向阀、第一法兰、第二法兰、半球形壳体、潜管、控制阀及惯性孔，其中：

蓄压器分别通过第一法兰和第二法兰与低温液氧输送管路相连，输送管路内液体推进剂通过惯性孔进入半球形壳体，并在半球形壳体内形成自由液位和气体容腔；

在低温预冷时，液氧经供应管路充满半球形壳体和氧化剂预压涡轮泵，实现对注气式蓄压器的低温预冷；

当进入工作状态时，高压富氧燃气经单向阀进入氧化剂预压涡轮泵的气体通道，在对预压泵的涡轮做功后分为两部分，一部分进入主管路与液氧掺混液化，另一部分注入气体容腔。气体容腔压力升高后，液氧通过惯性孔进入输送管路中。气体容腔增大，当液面下降至潜管最高位置时，潜管排气，液面停止下降。当液氧输送管内压力高于气体容腔内压力时，气体容腔被压缩，液面升高，当液面升高至潜管最高点以上时，潜管开始排液，实现液面在潜管最高点附近调节。通过调节控制阀的开度，可实现潜管排气或排液的速度。

所述的利用氧化剂预压涡轮燃气的注气式蓄压器，其气体工质为高压补燃液氧煤油发动机燃气发生器产生的高温高压富氧燃气，且自氧化剂预压涡轮后引入注气式蓄压器。

进一步的，还包括注气孔，注气孔设置在壳体的入口位置，通过减小富氧燃气的流动速度，引导气体向半球形壳体内壁面方向流动，避免高温高压富氧燃气直吹液氧自由液面和输送管外壁面。

进一步的，还包括掺混孔，掺混孔设置在氧化剂预压涡轮泵的出口位置，将过量富氧燃气引入液氧输送管内，实现富氧燃气与液氧的掺混，避免过量的富氧燃气排向外界。

进一步的，还包括液位计和压力传感器，分别用于测量半球形壳体内液氧的高度和气体容腔内的压力。液位计和压力传感器将信号反馈至控制器，由控制器实现控制阀的动作。