一種推進(jìn)劑管路交叉輸送系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種推進(jìn)劑管路交叉輸送系統(tǒng)，包括氧化劑單向閥（1）、第一氧化劑隔離閥（2）、氧化劑分離閥（3）、第二氧化劑隔離閥（4）、氧化劑交叉輸送管路（5）、燃燒劑單向閥（6）、第一燃燒劑隔離閥（7）、燃燒劑分離閥（8）、第二燃燒劑隔離閥（9）、燃燒劑交叉輸送管路（10）、燃燒劑啟動(dòng)隔離閥（11）、氧化劑啟動(dòng)隔離閥（12）、助推燃燒劑輸送管（13）、助推氧化劑輸送管（14）、芯一級(jí)氧化劑輸送管（15）和芯一級(jí)燃燒劑輸送管（16）。本系統(tǒng)可以提高液體運(yùn)載火箭的運(yùn)載能力，使其能夠達(dá)到三級(jí)火箭的效率。當(dāng)助推飛行段，其中一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，推進(jìn)劑可通過交叉輸送管路繼續(xù)輸送給其他發(fā)動(dòng)機(jī)使用，從而實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力系統(tǒng)冗余。
【專利說明】一種推進(jìn)劑管路交叉輸送系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于助推器和芯級(jí)火箭之間推進(jìn)劑共用管理的交叉輸送系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于液體運(yùn)載火箭，目前多采用助推與芯級(jí)分別采用獨(dú)立的貯箱自帶推進(jìn)劑的形式，助推和芯級(jí)分別配置獨(dú)立的推進(jìn)劑輸送系統(tǒng)將貯箱內(nèi)的推進(jìn)劑輸送給各自的發(fā)動(dòng)機(jī)使用。助推級(jí)和芯級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)點(diǎn)火飛行，分別消耗自身攜帶的推進(jìn)劑，當(dāng)助推級(jí)貯箱內(nèi)的推進(jìn)劑消耗完畢后，助推分離，芯級(jí)繼續(xù)消耗自身剩余推進(jìn)劑飛行，直到芯級(jí)推進(jìn)劑耗關(guān)機(jī)。這種推進(jìn)劑利用方相對(duì)獨(dú)立，一旦助推發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障關(guān)機(jī)后，助推貯箱內(nèi)的推進(jìn)劑得不到充分利用，將直接導(dǎo)致發(fā)射任務(wù)失敗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種推進(jìn)劑管路交叉輸送系統(tǒng)，通過改進(jìn)液體運(yùn)載火箭的推進(jìn)劑利用方式實(shí)現(xiàn)助推器和芯級(jí)推進(jìn)劑共用，可以提高火箭運(yùn)載能力并能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)力系統(tǒng)冗余。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種推進(jìn)劑管路交叉輸送系統(tǒng)，包括氧化劑單向閥、第一氧化劑隔離閥、氧化劑分離閥、第二氧化劑隔離閥、氧化劑交叉輸送管路、燃燒劑單向閥、第一燃燒劑隔離閥、燃燒劑分離閥、第二燃燒劑隔離閥、燃燒劑交叉輸送管路、燃燒劑啟動(dòng)隔離閥、氧化劑啟動(dòng)隔離閥、助推燃燒劑輸送管、助推氧化劑輸送管、芯一級(jí)氧化劑輸送管和芯一級(jí)燃燒劑輸送管；
[0005]助推級(jí)貯箱內(nèi)的氧化劑由助推氧化劑輸送管引出后分成兩路，一路將氧化劑送至助推級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)使用，另一路依次串聯(lián)氧化劑單向閥、第一氧化劑隔離閥、氧化劑分離閥和第二氧化劑隔離閥后形成氧化劑交叉輸送管路匯入芯一級(jí)氧化劑輸送管；芯一級(jí)貯箱內(nèi)的氧化劑經(jīng)芯一級(jí)氧化劑輸送管引出，然后串接氧化劑啟動(dòng)隔離閥后與氧化劑交叉輸送管路連通并接至芯一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)；
[0006]助推級(jí)貯箱內(nèi)的燃燒劑由助推燃燒劑輸送管引出后分成兩路，一路將燃燒劑送至助推級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)使用，另一路依次串聯(lián)燃燒劑單向閥、第一燃燒劑隔離閥、燃燒劑分離閥和第二燃燒劑隔離閥后形成燃燒劑交叉輸送管路匯入芯一級(jí)燃燒劑輸送管；芯一級(jí)貯箱內(nèi)的燃燒劑經(jīng)芯一級(jí)燃燒劑輸送管引出，然后串接燃燒劑啟動(dòng)隔離閥后與燃燒劑交叉輸送管路連通并接至芯一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明通過在助推器與芯級(jí)之間設(shè)置交叉輸送管路、單向閥、隔離閥和分離閥，實(shí)現(xiàn)推進(jìn)劑的共用。在助推飛行階段，助推器和芯級(jí)的發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)點(diǎn)火，發(fā)動(dòng)機(jī)只消耗助推器貯箱內(nèi)的推進(jìn)劑，助推器內(nèi)推進(jìn)劑消耗完畢后，芯級(jí)隔離閥打開，芯級(jí)貯箱內(nèi)的推進(jìn)劑繼續(xù)供給芯級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)使用，交叉輸送管路上的隔離閥關(guān)閉保證管路密封，分離閥分離后實(shí)現(xiàn)助推器與芯級(jí)的分離。在助推器分離后，火箭的結(jié)構(gòu)重量減輕，而芯級(jí)貯箱內(nèi)仍保留滿箱的推進(jìn)劑，因此能夠大大提高其運(yùn)載能力。另外，當(dāng)助推器一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，現(xiàn)役運(yùn)載火箭在能夠保證火箭姿態(tài)的前提下，助推器貯箱內(nèi)的推進(jìn)劑得不到利用，將減弱其有效載荷的入軌能力。若采用交叉輸送技術(shù)，助推器貯箱內(nèi)的推進(jìn)劑仍然可以通過交叉輸送管路繼續(xù)提供給芯級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)使用，保證發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)火箭仍可以將有效載荷送入預(yù)定軌道。
[0008]本系統(tǒng)可以提聞液體運(yùn)載火箭的運(yùn)載能力，使其能夠達(dá)到二級(jí)火箭的效率。使用交叉輸送系統(tǒng)與不使用交叉輸送系統(tǒng)相比能夠提高大約12%的運(yùn)載能力。當(dāng)助推飛行段，其中一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，推進(jìn)劑可通過交叉輸送管路繼續(xù)輸送給其他發(fā)動(dòng)機(jī)使用，從而實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力系統(tǒng)冗余。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的組成原理框圖。I 一氧化劑單向閥，2—第一氧化劑隔離閥，3—氧化劑分離閥，4一第二氧化劑隔離閥，5—氧化劑交叉輸送管路，6—燃燒劑單向閥，7—第一燃燒劑隔離閥，8—燃燒劑分離閥，9 一第二燃燒劑隔離閥，10—燃燒劑交叉輸送管路，
11一燃燒劑啟動(dòng)隔離閥，12—氧化劑啟動(dòng)隔離閥，13—助推燃燒劑輸送管，14 一助推氧化劑輸送管，15—芯一級(jí)氧化劑輸送管，16—芯一級(jí)燃燒劑輸送管。
【具體實(shí)施方式】
[0010]推進(jìn)劑交叉輸送技術(shù)一種高效的推進(jìn)劑利用技術(shù)，通過交叉輸送管路將助推器和芯級(jí)推進(jìn)劑輸送管路連接起來，在助推飛行段，助推器貯箱中的推進(jìn)劑在供給自身發(fā)動(dòng)機(jī)的同時(shí)，通過交叉輸送管路輸送給芯級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)使用。它主要適用于兩級(jí)或多級(jí)并聯(lián)同時(shí)啟動(dòng)工作的飛行器，如捆綁式運(yùn)載火箭和航天飛機(jī)等，能夠有效提高運(yùn)載火箭的運(yùn)載能力并能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)力系統(tǒng)冗余。
[0011]本發(fā)明推進(jìn)劑管路交叉輸送系統(tǒng)的原理如圖1所示。系統(tǒng)組成包括氧化劑單向閥I，第一氧化劑隔離閥2，氧化劑分離閥3，第二氧化劑隔離閥4，氧化劑交叉輸送管路5，燃燒劑單向閥6，第一燃燒劑隔離閥7，燃燒劑分離閥8，第二燃燒劑隔離閥9，燃燒劑交叉輸送管路10，燃燒劑啟動(dòng)隔離閥11，氧化劑啟動(dòng)隔離閥12，助推燃燒劑輸送管13，助推氧化劑輸送管14，芯一級(jí)氧化劑輸送管15，芯一級(jí)燃燒劑輸送管16。
[0012]芯一級(jí)火箭捆綁兩個(gè)助推器，助推1、助推II和芯一級(jí)采用相同的構(gòu)型，在助推1、助推II和芯一級(jí)氧化劑、燃燒劑之間分別設(shè)置交叉輸送管路。助推II交叉輸送管路原理與助推I相同，均匯入芯一級(jí)輸送管路。
[0013]如圖1所示，助推級(jí)貯箱內(nèi)的氧化劑由助推氧化劑輸送管14引出，串聯(lián)氧化劑單向閥1，第一氧化劑隔離閥2、氧化劑分離閥3和第二氧化劑隔離閥4后形成氧化劑交叉輸送管路5匯入芯一級(jí)氧化劑輸送管15，匯總后分別輸送給芯級(jí)的發(fā)動(dòng)機(jī)使用。芯一級(jí)氧化劑輸送管15在匯總節(jié)點(diǎn)前安裝有氧化劑啟動(dòng)隔離閥12。
[0014]助推級(jí)貯箱內(nèi)的燃燒劑由助推燃燒劑輸送管13引出，串聯(lián)燃燒劑單向閥6，第一燃燒劑隔離閥7，燃燒劑分離閥8和第二燃燒劑隔離閥9后形成燃燒劑交叉輸送管路10匯入芯一級(jí)燃燒劑輸送管16，匯總后分別輸送給芯級(jí)的發(fā)動(dòng)機(jī)使用。芯一級(jí)燃燒劑輸送管16在匯總節(jié)點(diǎn)前安裝有燃燒劑啟動(dòng)隔離閥11。
[0015]氧化劑單向閥I和燃燒劑單向閥6用于防止芯一級(jí)輸送管內(nèi)推進(jìn)劑壓力高于助推輸送管內(nèi)推進(jìn)劑壓力時(shí)，芯一級(jí)輸送管路內(nèi)推進(jìn)劑返流至助推輸送管路。
[0016]第一氧化劑隔離閥2，第二氧化劑隔離閥4，第一燃燒劑隔離閥7，第二燃燒劑隔離閥9用于交叉輸送管路分離后的管路密封，防止推進(jìn)劑泄漏。
[0017]氧化劑分離閥3和燃燒劑分離閥8用于實(shí)現(xiàn)交叉輸送管路分離，管路分離后進(jìn)而實(shí)現(xiàn)助推和芯級(jí)火箭的分離。
[0018]燃燒劑啟動(dòng)隔離閥11和氧化劑啟動(dòng)隔離閥12用于隔離芯一級(jí)貯箱內(nèi)的推進(jìn)劑并按照時(shí)序完成打開動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)控制芯一級(jí)推進(jìn)劑出流。
[0019]系統(tǒng)工作過程:在飛行準(zhǔn)備階段，氧化劑和燃燒劑加注完成后，首先關(guān)閉氧化劑啟動(dòng)隔離閥12和燃燒劑啟動(dòng)隔離閥11，飛行初始時(shí)刻，當(dāng)助推器推進(jìn)劑開始流動(dòng)時(shí)，氧化劑單向閥I和燃燒劑單向閥6在壓差作用下自動(dòng)打開，推進(jìn)劑在流向助推發(fā)動(dòng)機(jī)的同時(shí)，分別通過氧化劑交叉輸送管路5、燃燒劑交叉輸送管路10流向芯一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)，給芯級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)提供推進(jìn)劑。在助推飛行末段，助推1、助推II內(nèi)的推進(jìn)劑消耗殆盡，由控制系統(tǒng)時(shí)序控制氧化劑啟動(dòng)隔離閥12和燃燒劑啟動(dòng)隔離閥11打開，芯一級(jí)貯箱內(nèi)推進(jìn)劑開始流向芯一級(jí)的發(fā)動(dòng)機(jī)，為芯一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)提供推進(jìn)劑，當(dāng)芯一級(jí)推進(jìn)劑壓力超過助推1、助推II推進(jìn)劑壓力后，氧化劑單向閥I和燃燒劑單向閥6自動(dòng)關(guān)閉，防止芯一級(jí)推進(jìn)劑流向助推發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0020]氧化劑單向閥I和燃燒劑單向閥6關(guān)閉后，控制系統(tǒng)時(shí)序控制氧化劑交叉輸送管路5上的第一氧化劑隔離閥2、第二氧化劑隔離閥4關(guān)閉，同時(shí)燃燒劑交叉輸送管路10上的第一燃燒劑隔離閥7、第二燃燒劑隔離閥9關(guān)閉。助推發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)后，控制系統(tǒng)時(shí)序控制氧化劑分離閥3和燃燒劑分離閥8關(guān)閉并分離。助推1、助推II和芯一級(jí)之間的管路分離后，完成助推1、助推II和芯一級(jí)火箭分離。
[0021]每個(gè)助推級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)消耗自身2/3推進(jìn)劑，另外1/3推進(jìn)劑輸送給芯一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)使用。當(dāng)助推器分離時(shí)，芯一級(jí)仍然保留滿箱的推進(jìn)劑，此時(shí)繼續(xù)供給芯一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)使用，因此達(dá)到了三級(jí)火箭的性能，提高了火箭的運(yùn)載能力。
[0022]本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種推進(jìn)劑管路交叉輸送系統(tǒng)，其特征在于:包括氧化劑單向閥(I)、第一氧化劑隔離閥(2)、氧化劑分離閥(3)、第二氧化劑隔離閥(4)、氧化劑交叉輸送管路(5)、燃燒劑單向閥(6)、第一燃燒劑隔離閥(7)、燃燒劑分離閥(8)、第二燃燒劑隔離閥(9)、燃燒劑交叉輸送管路(10)、燃燒劑啟動(dòng)隔離閥(11)、氧化劑啟動(dòng)隔離閥(12)、助推燃燒劑輸送管(13)、助推氧化劑輸送管(14)、芯一級(jí)氧化劑輸送管(15)和芯一級(jí)燃燒劑輸送管(16); 助推級(jí)貯箱內(nèi)的氧化劑由助推氧化劑輸送管(14)弓丨出后分成兩路，一路將氧化劑送至助推級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)使用，另一路依次串聯(lián)氧化劑單向閥(I)、第一氧化劑隔離閥(2)、氧化劑分離閥(3)和第二氧化劑隔離閥(4)后形成氧化劑交叉輸送管路(5)匯入芯一級(jí)氧化劑輸送管(15);芯一級(jí)貯箱內(nèi)的氧化劑經(jīng)芯一級(jí)氧化劑輸送管(15)引出，然后串接氧化劑啟動(dòng)隔離閥(12)后與氧化劑交叉輸送管路(5)連通并接至芯一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)； 助推級(jí)貯箱內(nèi)的燃燒劑由助推燃燒劑輸送管(13)引出后分成兩路，一路將燃燒劑送至助推級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)使用，另一路依次串聯(lián)燃燒劑單向閥(6)、第一燃燒劑隔離閥(7)、燃燒劑分離閥(8)和第二燃燒劑隔離閥(9)后形成燃燒劑交叉輸送管路(10)匯入芯一級(jí)燃燒劑輸送管(16);芯一級(jí)貯箱內(nèi)的燃燒劑經(jīng)芯一級(jí)燃燒劑輸送管(16)引出，然后串接燃燒劑啟動(dòng)隔離閥(11)后與燃燒劑交叉輸送管路(10 )連通并接至芯一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)。
【文檔編號(hào)】F02K9/44GK103670800SQ201310577108
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】馬方超, 劉文川, 張立強(qiáng), 丁建春, 修建生, 周浩洋, 曾斌, 史淑娟, 林楊, 滿滿, 吳姮, 帥彤 申請(qǐng)人:北京宇航系統(tǒng)工程研究所, 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院