满足超大流量工况的推进剂管理装置及飞行器的制作方法

1.本发明涉及飞行器领域，具体地，涉及一种满足超大流量工况的推进剂管理装置及飞行器。


背景技术：

2.表面张力贮箱是一种利用液体表面张力对推进剂进行管理的贮箱，具备工作可靠性高、寿命长且自身重量轻等优点，表面张力贮箱对液体推进系统一直是首选的方案。表面张力贮箱的核心技术是它内部的推进剂管理装置，推进剂管理装置可以保证贮箱内的推进剂，微重力环境下在上游压力的驱动下，可靠、无夹气地输出给下游发动机。
3.为了保证贮箱在任何情况下，都无夹气的输出推进剂，不管是网式结构还是板式结构，一般都会在出液口附近设置一层筛网结构，利用筛网特性阻止可能带入的气体往下游流通。
4.目前国内姿轨控领域中表面张力贮箱最大容积不超过2000l，排放流量不大于200ml/s，所以一般在出液口布置小面积的筛网结构即可满足流量流阻的排放需求。
5.近年来，随着星、船、器等领域的应用快速发展，对表面张力贮箱的需求越来越高，特别是排放流量越来越大，排放流量达到2.5～13.5l/s，排放流量远超常规的表面张力贮箱。这也给表面张力贮箱推进剂管理装置的设计带了很大困难，需要布置大面积的筛网结构来满足超大流量的排放需求，因为不合适的筛网面积难以抵抗推进剂的超大流量冲击，要么筛网遭到破坏，要么排放流阻太大，导致排放性能降低或失效。
6.专利文献cn104691786b公开了一种用于推进剂贮箱中的推进剂管理装置，包括中心支柱、导流叶片、支柱叶片、大叶片、蓄液叶片、上压板、上网片、上支板、小圆柱、骨架、下压板、下网片、下支板；导流叶片、支柱叶片、大叶片均径向固定安装在中心支柱上从而形成一个整体结构，所述整体结构通过中心支柱固定安装在上压板上，支柱叶片与大叶片安装于同一平面内，导流叶片的安装平面与大叶片的安装平面成一定的夹角；蓄液叶片径向固定安装在上压板上，上压板、上网片、上支板、小圆柱、骨架、下压板、下网片、下支板从上往下依次固定安装从而形成一个整体结构即蓄集液体组件。该发明具有抑制液体晃动功能，在轨工作适用范围广泛。但该发明仍然不满足超大流量工况的使用条件。


技术实现要素：

7.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种满足超大流量工况的推进剂管理装置及飞行器。
8.根据本发明提供的一种满足超大流量工况的推进剂管理装置，包括第一过滤结构与第二过滤结构；
9.所述第一过滤结构包括下封头组件、上柱段组件、上封头组件；
10.所述第二过滤结构安装在所述第一过滤结构内；
11.所述下封头组件包括进口过滤段与出液口；
12.所述推进剂能够通过下封头组件中的进口过滤段与上柱段组件进入第一过滤结构内部，然后经过第二过滤结构后由下封头组件中的出液口流出所述管理装置；
13.超大流量为推进剂流量满足2.5～13.5l/s要求。
14.优选的，所述第二过滤结构包括内锥组件、下柱段组件以及连通管；
15.所述内锥组件、下柱段组件将第一过滤结构分为第一区域、第二区域以及第三区域；
16.所述第一区域与第三区域通过连通管连通；
17.推进剂进入到第一过滤结构内部后，经第二区域流入下封头组件中的出液口，从而流出所述管理装置。
18.优选的，所述进口过滤段包括下封头骨架、下封头压板以及下封头筛网；
19.所述下封头筛网安装在所述下封头骨架、下封头压板之间。
20.优选的，所述内锥组件包括内锥压板、内锥筛网以及内锥骨架；
21.所述内锥筛网安装在所述内锥压板与内锥骨架之间；
22.所述连通管安装在所述内锥骨架上。
23.优选的，所述下柱段组件包括下柱段压板、下柱段筛网以及下柱段骨架；
24.所述下柱段筛网安装在所述下柱段压板与下柱段骨架之间。
25.优选的，所述上柱段组件包括上柱段内筒、上柱段外筒以及上柱段筛网；
26.所述上柱段筛网安装在所述上柱段内筒与上柱段外筒之间。
27.优选的，所述上封头组件包括窗压板、气窗筛网、气窗骨架以及上封头骨架；
28.所述气窗筛网安装在所述气窗压板上，所述气窗压板与所述气窗骨架紧固连接，所述气窗骨架与上封头骨架紧固连接。
29.优选的，所述下封头骨架上设置有耳片结构。
30.优选的，内锥组件的锥度与下封头骨架下端面的锥度为0～3
°
31.根据本发明提供的一种飞行器，采用所述的满足超大流量工况的推进剂管理装置。
32.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
33.1、本发明将所述第一区域与第三区域通过连通管连通，实现了内锥组件、下柱段组件的并联，增加了推进剂所经过的筛网面积，可满足贮箱在超大流量工况下的排放需求。
34.2、本发明设计了外层网和内层网结构，通过设置双层网结构，冗余结构设计，避免了贮箱单层筛网结构的单点故障失效。
附图说明
35.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
36.图1为本发明的整体轴向截面示意图；
37.图2为本发明的下封头骨架的俯视示意图；
38.图3为本发明的下封头组件的轴向截面示意图；
39.图4为本发明的内锥组件的轴向截面示意图；
40.图5为本发明的下柱段组件的轴向截面示意图；
41.图6为本发明的上柱段组件的结构示意图；
42.图7为图6中a处的轴向截面示意图；
43.图8为本发明的上封头组件示意图；
44.图9为图8中b处的轴向截面示意图。
45.图中示出：
[0046][0047]
具体实施方式
[0048]
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0049]
本发明提供了一种满足超大流量工况的推进剂管理装置，如图1-9所示，包括第一过滤结构100与第二过滤结构200；在一个优选例中，所述第一过滤结构100与第二过滤结构200分别为内层网与外层网。内层网和外层网之间包络的空间为管理容积。
[0050]
所述第一过滤结构100包括下封头组件1、上柱段组件4、上封头组件5；所述第二过滤结构200安装在所述第一过滤结构100内；所述下封头组件1包括进口过滤段14与出液口15；所述推进剂能够通过下封头组件1中的进口过滤段14、上柱段组件4进入第一过滤结构内部，然后经过第二过滤结构后由下封头组件1中的出液口流出所述管理装置；超大流量为
推进剂流量满足2.5～13.5l/s要求。所述第二过滤结构200设置在所述出液口15附近。
[0051]
所述第二过滤结构包括内锥组件2、下柱段组件3以及连通管24；所述内锥组件2、下柱段组件3将第一过滤结构100分为第一区域300、第二区域400以及第三区域500；所述第一区域300与第三区域500通过连通管24连通；推进剂进入到第一过滤结构100内部后，经第二区域400流入下封头组件1中的出液口15，从而流出所述管理装置。
[0052]
所述进口过滤段14包括下封头骨架11、下封头压板12以及下封头筛网13；所述下封头筛网13安装在所述下封头骨架11、下封头压板12之间。在一个优选例中，下封头骨架11在第二区域400内的部分开有环向孔，孔的尺寸为孔的数量为4～8。推进剂通过所述环向孔流入出液口15中。
[0053]
所述内锥组件2包括内锥压板21、内锥筛网22以及内锥骨架23；所述内锥筛网22安装在所述内锥压板21与内锥骨架23之间；所述连通管24安装在所述内锥骨架23上。连通管24的直径为连通管24的数量为8～24个，多个连通管24在第一过滤结构100内沿所述第一过滤结构100的周向分布。内锥组件2的锥度与下封头骨架11下端面的锥度为0～3
°
；内锥组件2与下封头骨架11的最小距离为6～10mm。
[0054]
所述下柱段组件3包括下柱段压板31、下柱段筛网32以及下柱段骨架33；所述下柱段筛网32安装在所述下柱段压板31与下柱段骨架33之间。
[0055]
所述上柱段组件4包括上柱段内筒41、上柱段外筒42以及上柱段筛网43；所述上柱段筛网43安装在所述上柱段内筒41与上柱段外筒42之间。
[0056]
所述上封头组件5包括窗压板51、气窗筛网52、气窗骨架53以及上封头骨架54；所述气窗筛网52安装在所述气窗压板51上，所述气窗压板51与所述气窗骨架53紧固连接，所述气窗骨架53与上封头骨架54紧固连接。
[0057]
在一个优选例中，所述下封头骨架11上设置有耳片结构111；在另一个优选例中，所述下封头骨架11本身就为多孔法兰耳片结构，法兰耳片的数量为8～32，法兰孔轴线距离上柱段外筒42外径6～12mm；孔的尺寸为孔与孔之间的距离为2～3mm。
[0058]
使用时，所述满足超大流量工况的推进剂管理装置需要安装至贮箱下壳体，具体的，所述下封头骨架11下端面随贮箱下壳体形状设计，下端面与贮箱下壳体内壁面的距离为4～10mm。
[0059]
值得注意的是，如果仅仅是为了而满足大流量要求而增加筛网面积，按照常规的设计思路，可以通过增大管理装置的尺寸来增加筛网面积，但是这样会带来两个方面的缺陷：一是大尺寸的管理装置会增加贮箱的重量，这与当下贮箱追求的轻质化方向是相悖的；二是随贮箱壳体形状设计的大尺寸管理装置，在超大流量排放过程中，液位完全覆盖管理装置时，是可以满足流量流阻匹配的需求，但是随着液位的逐步降低，推进剂接触的筛网面积越来越小，流量流阻的匹配性越来越差，最终导致排放失效。上述两种方法均不是最合理的方法，而采用本发明的设计则克服了上述方法中的不足。
[0060]
本发明的原理如下：以从下封头组件1进入的推进剂为例，由于第一区域300与第三区域500通过连通管24连通，第一区域300与第三区域500内的推进剂即可通过连通管24在第一区域300与第三区域500之间流动，即，一部分推进剂既可以从第一区域300经过内锥组件2流入第二区域400，另一部分推进剂也可以从第一区域300流入第三区域500后，经下柱段组件3流入第二区域400，这样一来，就使得内锥组件2、下柱段组件3相互并联，流体可
同时从内锥组件2、下柱段组件3分别进入第二区域400，而内锥组件2、下柱段组件3又分别包括筛网，即本发明以内锥组件2、下柱段组件3相互并联的方式，增加了推进剂所经过的筛网面积。以从下上柱段组件4进入的推进剂的原理也同样如此，由于连通管24的设计，流体可同时从内锥组件2、下柱段组件3分别进入第二区域400，增加了推进剂所经过的筛网面积。
[0061]
除此以外，本发明通过在出液口15附近设置超大面积的筛网结构，即将第二过滤结构200设置在所述第一过滤结构100的下部，靠近出液口15的位置，可使贮箱在超大流量工况下，全程都可以在上游气体压力的驱动下，高可靠性地往下游输出不夹气的推进剂。
[0062]
在本发明中，为了满足超大流量工况的排放需求，将筛网结构均布置在出液口附近，并且将所述第一区域300与第三区域500通过连通管24连通，实现了内锥组件2、下柱段组件3的并联，可满足贮箱在超大流量工况下的排放需求。本发明通道合理的筛网结构布置，可将内锥组件2、下柱段组件3的筛网面积之和设计到200000mm2以上，可大大降低单位筛网面积的排放流速，使超大流量流阻匹配达到性能指标。除此以外，本发明设计了外层网和内层网结构，外层网和内层网的筛网面积均可满足超大流量流阻匹配指标，通过设置双层网结构，冗余结构设计，避免了贮箱单层筛网结构的单点故障失效。
[0063]
本发明攻突破常规的筛网结构设计思路，设计了一款满足超大流量工况的推进剂管理装置，可以满足卫星、飞船、空间站等宇航领域中用贮箱大流量工况下的排放需求。本发明通过在出液口附近设置超大面积的筛网结构，可使贮箱在超大流量工况下，全程都可以在上游气体压力的驱动下，高可靠性地往下游输出不夹气的推进剂。可作为卫星、飞船、空间站等宇航产品中贮箱推进剂管理装置。
[0064]
本发明的装配过程如下：
[0065]
首先将内锥组件2和下封头组件1进行内外两圈进行焊接固定，之后焊接下柱段组件3，然后将上柱段组件4连接焊接固定，最后焊接固定上封头组件5。
[0066]
如图3所示，为本发明的下封头组件1的连接结构形式。下封头组件的安装过程如下：首先将下封头筛网13焊接于下封头压板12，性能测试合格后，与下封头骨架11进行连接固定，固定形式为焊接。
[0067]
如图4所示，为本发明的内锥组件2的连接结构形式，内锥组件2的安装过程如下：首先将内锥筛网22焊接于内锥压板21，性能测试合格后，整体与内锥骨架23进行焊接固定，最后将12个连通管24与内锥骨架23进行固定，固定方式为焊接。
[0068]
如图5所示，为本发明的下柱段组件3的连接结构形式，下柱段组件3的安装过程如下：首先将下柱段筛网32焊接于下柱段压板31，性能测试合格后，整体焊接于下柱段骨架33。
[0069]
如图6-7所示，为本发明的上柱段组件4的连接结构形式，上柱段组件4的安装过程如下：首先将上柱段筛网43焊接于上柱段内筒41，性能测试合格后，与上柱段外筒42进行装配，不焊接固定。
[0070]
如图8-9所示，为本发明的上柱段组件的连接结构形式，上封头组件5的安装过程如下：气窗压板51有两片，首先将气窗筛网52焊接于其中一片气窗压板51，性能测试合格后，再将另一片气窗压板51组成“三明治”后一并焊接于气窗骨架53，最后整体上封头骨架54进行连接固定，固定形式为焊接。
[0071]
本发明还提供了一种飞行器，所述采用所述的满足超大流量工况的推进剂管理装置。
[0072]
在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
[0073]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

技术特征：
1.一种满足超大流量工况的推进剂管理装置，其特征在于，包括第一过滤结构(100)与第二过滤结构(200)；所述第一过滤结构(100)包括下封头组件(1)、上柱段组件(4)、上封头组件(5)；所述第二过滤结构(200)安装在所述第一过滤结构(100)内；所述下封头组件(1)包括进口过滤段(14)与出液口(15)；所述推进剂能够通过下封头组件(1)中的进口过滤段(14)与上柱段组件(4)进入第一过滤结构(100)内部，然后经过第二过滤结构(200)后由下封头组件(1)中的出液口(15)流出所述管理装置；超大流量为推进剂流量满足2.5～13.5l/s要求。2.根据权利要求1所述的满足超大流量工况的推进剂管理装置，其特征在于，所述第二过滤结构包括内锥组件(2)、下柱段组件(3)以及连通管(24)；所述内锥组件(2)、下柱段组件(3)将第一过滤结构(100)分为第一区域(300)、第二区域(400)以及第三区域(500)；所述第一区域(300)与第三区域(500)通过连通管(24)连通；推进剂进入到第一过滤结构(100)内部后，经第二区域(400)流入下封头组件(1)中的出液口(15)，从而流出所述管理装置。3.根据权利要求1所述的满足超大流量工况的推进剂管理装置，其特征在于，所述进口过滤段(14)包括下封头骨架(11)、下封头压板(12)以及下封头筛网(13)；所述下封头筛网(13)安装在所述下封头骨架(11)、下封头压板(12)之间。4.根据权利要求2所述的满足超大流量工况的推进剂管理装置，其特征在于，所述内锥组件(2)包括内锥压板(21)、内锥筛网(22)以及内锥骨架(23)；所述内锥筛网(22)安装在所述内锥压板(21)与内锥骨架(23)之间；所述连通管(24)安装在所述内锥骨架(23)上。5.根据权利要求2所述的满足超大流量工况的推进剂管理装置，其特征在于，所述下柱段组件(3)包括下柱段压板(31)、下柱段筛网(32)以及下柱段骨架(33)；所述下柱段筛网(32)安装在所述下柱段压板(31)与下柱段骨架(33)之间。6.根据权利要求1所述的满足超大流量工况的推进剂管理装置，其特征在于，所述上柱段组件(4)包括上柱段内筒(41)、上柱段外筒(42)以及上柱段筛网(43)；所述上柱段筛网(43)安装在所述上柱段内筒(41)与上柱段外筒(42)之间。7.根据权利要求1所述的满足超大流量工况的推进剂管理装置，其特征在于，所述上封头组件(5)包括窗压板(51)、气窗筛网(52)、气窗骨架(53)以及上封头骨架(54)；所述气窗筛网(52)安装在所述气窗压板(51)上，所述气窗压板(51)与所述气窗骨架(53)紧固连接，所述气窗骨架(53)与上封头骨架(54)紧固连接。8.根据权利要求3所述的满足超大流量工况的推进剂管理装置，其特征在于，所述下封头骨架(11)上设置有耳片结构(111)。9.根据权利要求3所述的满足超大流量工况的推进剂管理装置，其特征在于，内锥组件(2)的锥度与下封头骨架(11)下端面的锥度为0～3
°
。10.一种飞行器，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的满足超大流量工况的推进剂管理装置。

技术总结
本发明提供了一种满足超大流量工况的推进剂管理装置及飞行器。所述满足超大流量工况的推进剂管理装置，包括第一过滤结构与第二过滤结构；所述第一过滤结构包括下封头组件、上柱段组件、上封头组件；所述第二过滤结构安装在所述第一过滤结构内；所述下封头组件包括进口过滤段与出液口；所述第二过滤结构包括内锥组件、下柱段组件以及连通管；所述内锥组件、下柱段组件将第一过滤结构分为第一区域、第二区域以及第三区域；所述第一区域与第三区域通过连通管连通；本发明将所述第一区域与第三区域通过连通管连通，实现了内锥组件、下柱段组件的并联，增加了推进剂所经过的筛网面积，可满足贮箱在超大流量工况下的排放需求。足贮箱在超大流量工况下的排放需求。足贮箱在超大流量工况下的排放需求。


技术研发人员：刘志杰 朱文杰 黄立钠 葛宁 乔琳 赵和明 李孟阳
受保护的技术使用者：上海空间推进研究所
技术研发日：2022.12.14
技术公布日：2023/6/12