基于表面张力梯度推进的板式表面张力贮箱及导流方法

本发明涉及航天，具体为一种基于表面张力梯度推进的板式表面张力贮箱及导流方法。

背景技术：

1、在轨加注技术在延长航天器使用寿命和确保任务执行能力方面具有重要意义。该技术的关键组成部分是在轨加注贮箱，其结构必须能够高效、精确地捕集和排出推进剂。其中，采用导流板形成毛细通道的板式表面张力贮箱用于管理内部推进剂并实现气液分离。该贮箱具有高效的管理效率、可靠的结构和可重复使用等优点，在多型号的航天器中得到广泛应用。

2、目前，航天领域中的板式表面张力贮箱主要分为平板式和弯曲式两种类型。平板式表面张力贮箱采用平板结构，具有平整的贮存表面。弯曲式表面张力贮箱则采用弯曲或曲线形状的结构，通过曲线形变调节贮存液体的表面张力。导流板作为贮箱的重要组成部分，其表面特性直接影响着导流性能。导流板在板式表面张力贮箱中起到推进剂输送的关键作用，利用推进剂表面张力驱动推进剂的供给，实现气液分离，并有效地防止涌泉效应。

3、然而，无论是传统的平板式表面张力贮箱还是弯曲式表面张力贮箱，它们通常都采用直通道结构的导流板，这导致推进剂流动速度缓慢且可控性较差，无法实现推进剂的快速稳定排出。此外，板式表面张力贮箱蓄液器在航天器中具有重要的应用价值，适用于需要对液体进行精确控制和管理的航天任务。蓄液器的设计和使用可以提高航天器的贮存效率、节约液体资源，并确保航天任务的安全和顺利进行。目前的板式表面张力贮箱蓄液器主要采用平整的板式结构，并通过调控表面张力来控制液体的流动和贮存。然而，这种设计存在贮存容量有限、侧漏和捕集效率低等缺点。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于表面张力梯度推进的板式表面张力贮箱及导流方法，以解决现有技术中推进剂流动速度缓慢且可控性较差，无法实现推进剂的快速稳定排出的技术问题。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种基于表面张力梯度推进的板式表面张力贮箱，包括贮存箱体、若干导流板、中心转轴、蓄液器和若干蓄液扇；所述贮存箱体的顶部设有进液口，贮存箱体的底部设有出液口；所述蓄液器设置在贮存箱体底部，且蓄液器的输出口连通出液口，所述蓄液器内设有驱动电机，所述中心转轴竖直设置在贮存箱体的中轴线处，且底端连接在驱动电机的上，若干蓄液扇的驱动端连接在中心转轴上，且环形分布在蓄液器上，若干导流板沿着贮存箱体的顶部至底部以中心转轴为中心环形装配在贮存箱体的内壁上，且若干导流板的一端为引流口，所述引流口对应进液口，若干导流板的另一端为导流口，所述导流口对应蓄液器的输入端口。

4、优选的，若干导流板的截面结构为上窄下宽的收缩镂空板结构，且每个导流板的边缘均与贮存箱体的内壁垂直固连。

5、优选的，蓄液器通过蓄液器支架固定在贮存箱体底部。

6、优选的，若干蓄液扇的扇面上开设有若干网孔，用于收集导流板输送的推进剂至蓄液器内。

7、优选的，进液口、出液口、中心转轴、蓄液器以及若干蓄液扇的驱动端均同轴设置。

8、优选的，贮存箱体包括上封头、壳体和下封头，所述上封头和下封头为空心半球体；所述壳体为空心圆柱体，壳体的一端装配上封头，另一端装配下封头，所述进液口设置在上封头处，出液口设置在下封头上。

9、进一步的，上封头、壳体和下封头之间均通过连接体装配，所述连接体为圆环状，套设在上封头、壳体和下封头之间的连接处，并通过若干紧固件固定。

10、进一步的，上封头上还设有进气阀，用于对贮存箱体输入惰性气体。

11、一种基于表面张力梯度推进的板式表面张力贮箱的导流方法，基于上述所述的一种基于表面张力梯度推进的板式表面张力贮箱，包括如下过程：

12、推进剂通过进液口输入至贮存箱体内，并沿着若干导流板由贮存箱体的顶部流向至贮存箱体的底部，驱动中心转轴转动，同时带动若干蓄液扇以中心转轴为中心做圆周运动，若干蓄液扇在贮存箱体内转动，增加了在若干导流板上推进剂的流动速度，使得推进剂能够快速经过若干蓄液扇渗入至蓄液器内，在蓄液器内的推进剂通过出液口流出至贮存箱体。

13、优选的，在贮存箱体内充入惰性气体，使导流板从下至上形成压差，加速驱动推进剂沿导流板流动。

14、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

15、本发明提供了一种基于表面张力梯度推进的板式表面张力贮箱，通过在贮存箱体内的顶部至底部环形设置若干导流板，使得进入贮存箱体内推进剂可以顺着导流板流向出液口，并在贮存箱体底部设置蓄液器，可以使得导流板上的推进剂通过蓄液器流向出液口进行排除，蓄液器上设置若干蓄液扇，若干蓄液扇的驱动端连接在中心转轴上，且环形分布在蓄液器上，通过中心轴转动带动若干蓄液扇转动，可以加快推进剂在导流板的流动速度，并通过若干蓄液扇的转动控制推进剂在导流板的流动速度，可实现推进剂的快速稳定排出。

16、进一步的，若干导流板的截面结构为上窄下宽的收缩镂空板结构，且每个导流板的边缘均与贮存箱体的内壁垂直固连，使得导流板内推进剂在每个位置的表面张力不同形成表面张力梯度，更好地实现了液体在通道中的自流效应和分布控制。

17、进一步的，蓄液器通过蓄液器支架固定在贮存箱体底部，提高了蓄液器在贮存箱体内的装配稳定性，可稳定的收集导流板上的推进剂。

18、进一步的，若干蓄液扇的扇面上开设有若干网孔，用于收集导流板输送的推进剂至蓄液器内，可实现对推进剂的高效精确捕获集至蓄液器内。

19、进一步的，贮存箱体包括上封头、壳体和下封头，所述上封头和下封头为空心半球体；壳体为空心圆柱体，壳体的一端装配上封头，另一端装配下封头，进液口设置在上封头处，出液口设置在下封头上，使得对贮存箱体的推进剂进行有效捕获。

20、更进一步的，上封头、壳体和下封头之间均通过连接体装配，连接体为圆环状，套设在上封头、壳体和下封头之间的连接处，并通过若干紧固件固定，提高了贮存箱体的稳定性。

21、更进一步的，上封头上还设有进气阀，用于对贮存箱体输入惰性气体，使导流板从下至上形成压差，协助驱动推进剂沿导流板流动，实现推进剂流动的快速稳定的输出。

22、本发明还提供了一种基于表面张力梯度推进的板式表面张力贮箱的导流方法，通过采用渐缩的通道结构及三角形通道截面，这使得导流板内推进剂在每个位置的表面张力不同形成表面张力梯度，更好地实现表面张力梯度的推进剂的高效精确定位与快速稳定排出，本发明的贮箱结构设计新颖、稳定性高，操作方便，具有良好的推进剂输送效果；本发明的贮箱能实现对推进剂在太空微重力环境下进行高效输送。

技术特征：

1.一种基于表面张力梯度推进的板式表面张力贮箱，其特征在于，包括贮存箱体(14)、若干导流板(3)、中心转轴(8)、蓄液器(10)和若干蓄液扇(12)；所述贮存箱体(14)的顶部设有进液口(5)，贮存箱体(14)的底部设有出液口(1)；所述蓄液器(10)设置在贮存箱体(14)底部，且蓄液器(10)的输出口连通出液口(1)，所述蓄液器(10)内设有驱动电机，所述中心转轴(8)竖直设置在贮存箱体(14)的中轴线处，且底端连接在驱动电机的上，若干蓄液扇(12)的驱动端连接在中心转轴(8)上，且环形分布在蓄液器(10)上，若干导流板(3)沿着贮存箱体(14)的顶部至底部以中心转轴(8)为中心环形装配在贮存箱体(14)的内壁上，且若干导流板(3)的一端为引流口，所述引流口对应进液口(5)，若干导流板(3)的另一端为导流口，所述导流口对应蓄液器(10)的输入端口。

2.根据权利要求1所述的一种基于表面张力梯度推进的板式表面张力贮箱，其特征在于，若干导流板(3)的截面结构为上窄下宽的收缩镂空板结构，且每个导流板(3)的边缘均与贮存箱体(14)的内壁垂直固连。

3.根据权利要求1所述的一种基于表面张力梯度推进的板式表面张力贮箱，其特征在于，所述蓄液器(10)通过蓄液器支架(11)固定在贮存箱体(14)底部。

4.根据权利要求1所述的一种基于表面张力梯度推进的板式表面张力贮箱，其特征在于，若干蓄液扇(12)的扇面上开设有若干网孔(13)，用于收集导流板输送的推进剂至蓄液器(10)内。

5.根据权利要求1所述的一种基于表面张力梯度推进的板式表面张力贮箱，其特征在于，所述进液口(5)、出液口(1)、中心转轴(8)、蓄液器(10)以及若干蓄液扇(12)的驱动端均同轴设置。

6.根据权利要求1所述的一种基于表面张力梯度推进的板式表面张力贮箱，其特征在于，所述贮存箱体(14)包括上封头(2)、壳体(9)和下封头(4)，所述上封头(2)和下封头(4)为空心半球体；所述壳体(9)为空心圆柱体，壳体(9)的一端装配上封头(2)，另一端装配下封头(4)，所述进液口(5)设置在上封头(2)处，出液口(1)设置在下封头(4)上。

7.根据权利要求6所述的一种基于表面张力梯度推进的板式表面张力贮箱，其特征在于，所述上封头(2)、壳体(9)和下封头(4)之间均通过连接体(7)装配，所述连接体(7)为圆环状，套设在上封头(2)、壳体(9)和下封头(4)之间的连接处，并通过若干紧固件固定。

8.根据权利要求6所述的一种基于表面张力梯度推进的板式表面张力贮箱，其特征在于，所述上封头(4)上还设有进气阀(6)，用于对贮存箱体(14)输入惰性气体。

9.一种基于表面张力梯度推进的板式表面张力贮箱的导流方法，基于权利要求1-8任一项所述的一种基于表面张力梯度推进的板式表面张力贮箱，其特征在于，包括如下过程：

10.根据权利要求9所述的一种基于表面张力梯度推进的板式表面张力贮箱的导流方法，其特征在于，在贮存箱体(14)内充入惰性气体，使导流板从下至上形成压差，加速驱动推进剂沿导流板流动。

技术总结
本发明涉及航天技术领域，公开了一种基于表面张力梯度推进的板式表面张力贮箱及导流方法，通过在贮存箱体内的顶部至底部环形设置若干导流板，使得进入贮存箱体内推进剂可以顺着导流板流向出液口，并在贮存箱体底部设置蓄液器，可以使得导流板上的推进剂通过蓄液器流向出液口进行排除，蓄液器上设置若干蓄液扇，若干蓄液扇的驱动端连接在中心转轴上，且环形分布在蓄液器上，通过中心轴转动带动若干蓄液扇转动，可以加快推进剂在导流板的流动速度，并通过若干蓄液扇的转动控制推进剂在导流板的流动速度，可实现推进剂的快速稳定排出。

技术研发人员：袁文君,陈东明,沈立,张海峰,李云松
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16