一種表面張力貯箱氣泡陷阱氣泡過濾器的制造方法
【專利摘要】一種表面張力貯箱氣泡陷阱氣泡過濾器，安裝在PMD的氣泡陷阱內(nèi)，過濾氣泡陷阱內(nèi)的推進劑，阻止增壓氣體流出貯箱，所述氣泡陷阱氣泡過濾器包括：盒式過濾器、板式過濾器和直管；盒式過濾器位于氣泡過濾器上部，收集位于氣泡過濾器頂部的推進劑；板式過濾器位于氣泡過濾器下部，收集位于氣泡過濾器底部的推進劑；盒式過濾器、板式過濾器兩者之間采用直管連接，直管為中空結構；它們共同作用使得盒式過濾器內(nèi)部的液體通過直管排出氣泡過濾器，保證了在貯存在氣泡陷阱內(nèi)的氣體不能排出到貯箱外面，起到傳輸推進劑的作用。
【專利說明】 一種表面張力貯箱氣泡陷阱氣泡過濾器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種表面張力貯箱氣泡陷阱氣泡過濾器，能夠過濾氣泡陷阱內(nèi)的推進齊U，阻止增壓氣體流出貯箱，用于空間微重力環(huán)境下的推進劑管理。
【背景技術】
[0002]推進劑貯箱是航天器上最重要的部件之一，它的作用是存儲和管理推進劑，在規(guī)定的流量和加速度條件下，為發(fā)動機或推力器提供不夾氣的推進劑，其核心部件是推進劑管理裝置(PMD)。
[0003]表面張力貯箱是目前世界上使用最為廣泛的推進劑貯箱，它分為網(wǎng)式和板式兩種。我國現(xiàn)有的表面張力貯箱都是網(wǎng)式的，它利用液體的表面張力通過篩網(wǎng)來收集推進劑，同時阻止氣體進入管路通道，屬于第一代表面張力貯箱產(chǎn)品。DFH-4衛(wèi)星平臺用表面張力貯箱是世界上最大的表面張力貯箱之一，為滿足15年的衛(wèi)星壽命，需要攜帶3100kg的推進齊U，單個貯箱的容積要求達到1400L以上，而之前我國已有的推進劑貯箱最大容量為606L。為解決大容量貯箱的推進劑貯存與管理問題，開展了大型貯箱PMD技術攻關工作，針對高可靠氣泡陷阱設計了一種新型的表面張力貯箱氣泡陷阱氣泡過濾器，以滿足大容量貯箱的推進劑管理需求。
[0004]DFH-3衛(wèi)星平臺用表面張力貯箱PMD無氣泡陷阱，液口部位的收集器為小容量底收集器，直接置于貯箱內(nèi)部，其所容納推進劑為0.1L，且收集器內(nèi)部無法容納大量氣體存在。DFH-4衛(wèi)星平臺用表面張力貯箱PMD需要解決大容量推進劑無氣泡供應問題，為此設計了氣泡陷阱氣泡過濾器，該種裝置安裝在PMD的氣泡陷阱內(nèi)，其作用是過濾氣泡陷阱內(nèi)的推進劑，阻止增壓氣體流出貯箱。它由兩部分組成:上部的盒式過濾器和下部的板式過濾器，兩部分通過中空管連接，盒式過濾器主要收集位于氣泡陷阱頂部的推進劑，而板式過濾器過濾氣泡陷阱底部的推進劑。它們共同作用確保貯存在氣泡陷阱內(nèi)的氣體不能排出貯箱而進入推力器，能夠對大容量貯箱內(nèi)的推進劑進行有效管理。
[0005]國外表面張力貯箱的研制開始于70年代，到80年代末在軌道航天器上已占據(jù)絕對的主導地位，目前除了俄羅斯沒有使用外，其它靜止軌道通信衛(wèi)星都采用表面張力貯箱。歐美國家均生產(chǎn)了大量表面張力貯箱，代表性的文章如下:W.H.Tam，W.D.Lay，M.S.Hershj at all.Design,Development,Qualification,and Manufacture of theHS601Propellant Tank.AIAA96-2748 ；W.H.Tamj D.E.Jaeklej Jr.Design and Manufactureof the HS601Block II Propellant Tank Assembly.AIAA98-3199 ；Walter H.Tam，D.E.Jaekle Jr.Design and Manufacture of a Propellant Tank Assembly.AIAA2000-3444 ；Gaston Netterj Ulrich Renner, Michael Dreyer.Design and Verification of aStandard Surface Tension Propellant Tank AIAA99-2178。其中，比較典型的《HS601 平臺》衛(wèi)星表面張力貯箱，其PMD包括導流板、蓄液器、陷阱、管狀收集器和毛細網(wǎng)窗口，但蓄液器較小，結構為板式，不適合DFH-4衛(wèi)星平臺用大型表面張力貯箱；ETS-VIII貯箱是PSI公司2001年為勞拉公司研制的，其PMD由四條導流板和一個蓄液器/氣泡陷阱組建構成，導流板從底部延伸到柱段的頂部。PMD采用了陷阱-導流板-蓄液器式的結構是目前最流行的形式，但其陷阱內(nèi)的板式蓄液器無法滿足當時我國大型貯箱的推進劑管理需求。盡管國外在公開貢獻上發(fā)表了一些文章，這些文獻都是關于貯箱的一些整體結構和裝置的原理及功能介紹，沒有關于針對實際貯箱詳細結構設計的描述，不能作為我國貯箱設計的依據(jù)，因此必須根據(jù)我國衛(wèi)星實際需求，開展適合于大型貯箱PMD氣泡過濾器的詳細結構設計工作。
[0006]一種表面張力貯箱氣泡陷阱氣泡過濾器是國內(nèi)第一個大型表面張力貯箱推進劑管理裝置的氣泡陷阱氣泡過濾器，其工作方式和結構均是全新的，國內(nèi)沒有相關的文獻和資料可以借鑒，整個部件的研制是在DFH-3貯箱和國外極少公開文獻資料的基礎上做了大量的創(chuàng)新工作而完成的。為了實現(xiàn)對氣泡陷阱內(nèi)的推進劑的進行全管理，在過濾器形狀、結構設計以及過濾器的安裝固定方式等方面進行了開創(chuàng)性的工作，最終完成了適用于大型表面張力貯箱氣泡陷阱的氣泡過濾器設計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決的技術問題是:克服現(xiàn)存網(wǎng)式貯箱的技術不足，提供一種盒式和板式相結合的表面張力貯箱氣泡陷阱氣泡過濾器，能夠過濾氣泡陷阱內(nèi)的推進劑，阻止增壓氣體流出貯箱，用于空間微重力環(huán)境下的推進劑管理，確保貯箱在微重力環(huán)境下為航天器提供不夾氣的推進劑。
[0008]本發(fā)明技術解決方案:一種表面張力貯箱氣泡陷阱氣泡過濾器，安裝在PMD的氣泡陷阱內(nèi)，過濾氣泡陷阱內(nèi)的推進劑，阻止增壓氣體流出貯箱，所述氣泡陷阱氣泡過濾器包括:盒式過濾器、板式過濾器和直管；盒式過濾器位于氣泡過濾器上部，收集位于氣泡過濾器頂部的推進劑；板式過濾器位于氣泡過濾器下部，收集位于氣泡過濾器底部的推進劑；盒式過濾器、板式過濾器兩者之間采用直管連接，直管為中空結構；它們共同作用使得盒式過濾器內(nèi)部的液體通過直管排出氣泡過濾器，保證了在貯存在氣泡陷阱內(nèi)的氣體不能排出到貯箱外面，起到傳輸推進劑的作用。
[0009]所述盒式過濾器:盒式過濾器上壓板、氣泡陷阱小圓柱、盒式過濾器上網(wǎng)片、盒式過濾器上支板、盒式過濾器下支板、盒式過濾器下網(wǎng)片、盒式過濾器下支架；其中盒式過濾器上網(wǎng)片置于盒式過濾器上壓板與盒式過濾器上支板之間，采用電子束將三個部件焊接；氣泡陷阱小圓柱的數(shù)量為3?6個，固定于盒式過濾器上壓板頂端，用于氣泡過濾器與其它部件的連接；盒式過濾器下網(wǎng)片置于盒式過濾器下支板與盒式過濾器下支架之間，同樣采用電子束將其焊接；最終將盒式過濾器上支板與盒式過濾器下支板焊接，形成了一個封閉式環(huán)形蓄液槽，即盒式過濾器。
[0010]所述板式過濾器包括:板式過濾器蓋板、板式過濾器網(wǎng)片和板式過濾器支架，板式過濾器網(wǎng)片位于板式過濾器蓋板和板式過濾器支架之間，采用電子束焊接；使用時將板式過濾器置于貯箱出口位置，形成一個封閉的腔體，阻止氣泡過濾器之外的氣體進入板式過濾器，實現(xiàn)對氣泡陷阱內(nèi)推進劑進行管理，保證貯存在氣泡陷阱內(nèi)的氣體不能排出貯箱。
[0011]所述盒式過濾器上網(wǎng)片、盒式過濾器下網(wǎng)片、板式過濾器網(wǎng)片為具有一定孔密度的金屬網(wǎng)片。
[0012]所述盒式過濾器上壓板、盒式過濾器上支板、盒式過濾器下支板、盒式過濾器下支架、板式過濾器蓋板、板式過濾器支架均采用孔板結構，孔板厚度0.5?1.5mm,孔板布置一定數(shù)量的對稱分布的通孔，確保推進劑能夠通過通孔進入氣泡過濾器。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于；
[0014](I)本發(fā)明包括盒式過濾器、板式過濾器和直管，實現(xiàn)了對氣泡陷阱內(nèi)推進劑進行管理，合理設計了氣泡陷阱氣泡過濾器的總體布局。盒式過濾器位于氣泡過濾器上部，主要收集位于氣泡過濾器頂部的推進劑；板式過濾器位于氣泡過濾器下部,主要收集位于氣泡過濾器底部的推進劑；兩者之間采用直管連接，直管為中空結構，它們共同作用使得盒式過濾器內(nèi)部的液體通過直管排出氣泡過濾器，保證了在貯存在氣泡陷阱內(nèi)的氣體不能排出到貯箱外面，起到傳輸推進劑的作用。
[0015](2)該氣泡陷阱氣泡過濾器采用了盒式過濾器和板式過濾器結合的結構形式，使得氣泡過濾器外部容納更多的氣泡，能夠有效地保證位于氣泡過濾器頂部和底部的推進劑進入氣泡過濾器內(nèi)，采用該氣泡過濾器保證了在貯存在氣泡陷阱內(nèi)的氣體不能排出貯箱而進入推力器，且貯箱的擠出效率> 99.9%。
[0016](3)采用了盒式過濾器和板式過濾器結合的結構形式，大大增加了網(wǎng)片與推進劑的接觸面積，能夠有效地過濾推進劑中的顆粒物，提高推進系統(tǒng)的安全性。
[0017](4)盒式過濾器和板式過濾器結合的結構形式與氣泡陷阱焊接，加強了 PMD的整體結構強度。采用該氣泡過濾器的DFH-4衛(wèi)星平臺推進劑貯箱的PMD可靠性得到提高，使得貯箱整體可靠度達到0.9997。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明表面張力貯箱氣泡陷阱氣泡過濾器結構示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明盒式過濾器結構示意圖；
[0020]圖3為本發(fā)明板式過濾器結構示意圖；
[0021]圖4為本發(fā)明各支、壓板俯視圖。
【具體實施方式】
[0022]如圖1所示的表面張力貯箱氣泡陷阱氣泡過濾器，用于管理衛(wèi)星推進劑貯箱PMD氣泡陷阱內(nèi)的推進劑。該裝置包括以下部件:盒式過濾器1、板式過濾器2和直管3。盒式過濾器I與板式過濾器2之間與中空結構的直管3采用管焊機焊接。通過合理設計氣泡陷阱氣泡過濾器的總體布局，使得盒式過濾器內(nèi)部的推進劑通過直管排出氣泡過濾器，而板式過濾器底部氣泡被阻止在氣泡過濾器之外，實現(xiàn)對氣泡陷阱內(nèi)推進劑進行管理，保證貯存在氣泡陷阱內(nèi)的氣體無法排出貯箱，起到管理和傳輸推進劑的作用。
[0023]如圖2所示，盒式過濾器I位于氣泡過濾器上部，主要功能是收集位于氣泡過濾器頂部的推進劑，具體包括以下部件:盒式過濾器上壓板4、氣泡陷阱小圓柱5、盒式過濾器上網(wǎng)片6、盒式過濾器上支板7、盒式過濾器下支板8、盒式過濾器下網(wǎng)片9、盒式過濾器下支架10。其中，盒式過濾器上網(wǎng)片6置于盒式過濾器上壓板4與盒式過濾器上支板7之間，采用電子束將三個部件焊接。氣泡陷阱小圓柱5的數(shù)量為3?6個，固定于盒式過濾器上壓板4頂端，用于氣泡過濾器與其它部件的連接。盒式過濾器下網(wǎng)片9置于盒式過濾器下支板8與盒式過濾器下支架10之間，同樣采用電子束將其焊接。最終，將盒式過濾器上支板7與盒式過濾器下支板8焊接，形成了一個封閉式環(huán)形蓄液槽，即盒式過濾器。
[0024]如圖3所示，板式過濾器2位于氣泡過濾器下部，主要功能是收集位于氣泡過濾器底部的推進劑。具體包括以下部件:板式過濾器蓋板11、板式過濾器網(wǎng)片12和板式過濾器支架13。板式過濾器網(wǎng)片12位于板式過濾器蓋板11和板式過濾器支架13之間，采用電子束焊接。使用時將板式過濾器置于貯箱出口位置，形成一個封閉的腔體，阻止氣泡過濾器之外的氣體進入板式過濾器，實現(xiàn)對氣泡陷阱內(nèi)推進劑進行管理，保證貯存在氣泡陷阱內(nèi)的氣體不能排出貯箱。
[0025]盒式過濾器上壓板4、盒式過濾器上支板7、盒式過濾器下支板8、盒式過濾器下支架10、板式過濾器蓋板11、板式過濾器支架13均采用孔板結構，俯視圖見圖4所示?？装搴穸?.5?1.5mm，孔板布置10?20個的對稱分布的通孔，確保推進劑能夠通過通孔進入氣泡過濾器。
[0026]由于盒式過濾器上網(wǎng)片6、盒式過濾器下網(wǎng)片9、板式過濾器網(wǎng)片12為具有200X1400?350X2300目小孔的的金屬網(wǎng)片，在微重力環(huán)境下，表面張力起主要作用，因此在網(wǎng)片表面形成的液體薄膜具有較強的阻氣作用，而分布在氣泡過濾器外側的推進劑則在表面張力的作用下通過網(wǎng)片傳輸?shù)綒馀葸^濾器內(nèi)部，最終進入貯箱出口，而阻止氣體流入，實現(xiàn)不夾氣排液的目的。網(wǎng)片的使用保證了各種微重力環(huán)境下均無氣體進入氣泡過濾器內(nèi)，能夠向推力器提供無夾氣的推進劑。
[0027]本發(fā)明未公開技術屬本領域技術人員公知常識。
【權利要求】
1.一種表面張力貯箱氣泡陷阱氣泡過濾器，其特征在于安裝在PMD的氣泡陷阱內(nèi)，過濾氣泡陷阱內(nèi)的推進劑，阻止增壓氣體流出貯箱，所述氣泡陷阱氣泡過濾器包括:盒式過濾器、板式過濾器和直管；盒式過濾器位于氣泡過濾器上部，收集位于氣泡過濾器頂部的推進劑；板式過濾器位于氣泡過濾器下部，收集位于氣泡過濾器底部的推進劑；盒式過濾器、板式過濾器兩者之間采用直管連接，直管為中空結構；它們共同作用使得盒式過濾器內(nèi)部的液體通過直管排出氣泡過濾器，保證了在貯存在氣泡陷阱內(nèi)的氣體不能排出到貯箱外面，起到傳輸推進劑的作用。
2.根據(jù)權利要求1所述的表面張力貯箱氣泡陷阱氣泡過濾器，其特征在于:所述盒式過濾器:盒式過濾器上壓板、氣泡陷阱小圓柱、盒式過濾器上網(wǎng)片、盒式過濾器上支板、盒式過濾器下支板、盒式過濾器下網(wǎng)片、盒式過濾器下支架；其中盒式過濾器上網(wǎng)片置于盒式過濾器上壓板與盒式過濾器上支板之間，采用電子束將三個部件焊接；氣泡陷阱小圓柱的數(shù)量為3?6個，固定于盒式過濾器上壓板頂端，用于氣泡過濾器與其它部件的連接；盒式過濾器下網(wǎng)片置于盒式過濾器下支板與盒式過濾器下支架之間，同樣采用電子束將其焊接；最終將盒式過濾器上支板與盒式過濾器下支板焊接，形成了一個封閉式環(huán)形蓄液槽，即盒式過濾器。
3.根據(jù)權利要求1所述的表面張力貯箱氣泡陷阱氣泡過濾器，其特征在于:所述板式過濾器包括:板式過濾器蓋板、板式過濾器網(wǎng)片和板式過濾器支架，板式過濾器網(wǎng)片位于板式過濾器蓋板和板式過濾器支架之間，采用電子束焊接；使用時將板式過濾器置于貯箱出口位置，形成一個封閉的腔體，阻止氣泡過濾器之外的氣體進入板式過濾器，實現(xiàn)對氣泡陷阱內(nèi)推進劑進行管理，保證貯存在氣泡陷阱內(nèi)的氣體不能排出貯箱。
4.根據(jù)權利要求2所述的表面張力貯箱氣泡陷阱氣泡過濾器，其特征在于:所述盒式過濾器上網(wǎng)片、盒式過濾器下網(wǎng)片、板式過濾器網(wǎng)片為具有一定孔密度的金屬網(wǎng)片。
5.根據(jù)權利要求2所述的表面張力貯箱氣泡陷阱氣泡過濾器，其特征在于:所述盒式過濾器上壓板、盒式過濾器上支板、盒式過濾器下支板、盒式過濾器下支架、板式過濾器蓋板、板式過濾器支架均采用孔板結構，孔板厚度0.5?1.5_，孔板布置一定數(shù)量的對稱分布的通孔，確保推進劑能夠通過通孔進入氣泡過濾器。
【文檔編號】F02K9/54GK103590923SQ201310485229
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月16日 優(yōu)先權日:2013年10月16日
【發(fā)明者】魏延明, 李永, 莊保堂, 姚燦, 胡齊, 林星榮, 戴舒穎 申請人:北京控制工程研究所