气体回收式液体火箭POGO抑制器的制作方法

气体回收式液体火箭pogo抑制器
技术领域
[0001]
本发明涉及液体火箭pogo抑制器技术，具体涉及一种气体回收式液体火箭pogo抑制器。


背景技术：

[0002]
pogo抑制器是大型液体运载火箭抑制pogo效应(即纵向耦合振动)的关键装置。一般安装于推进剂输送管与发动机推进剂入口之间，通过柔性气体腔室，降低推进剂输送系统的固有频率，进而使推进剂输送系统的固有频率与箭体结构的固有频率彼此远离，达到抑制火箭pogo效应的作用，避免引起载荷受损、航天员不适、火箭发动机异常关机甚至箭体破坏等故障。
[0003]
目前我国的液体运载火箭pogo抑制器主要使用金属膜盒实现气液的柔性隔离。但金属膜盒使用薄片焊接或成型工艺，生产过程复杂，抗振动疲劳性差，承压低，已无法满足大容积、高承压的pogo抑制器使用需求。且金属膜盒式pogo抑制器通常为定能量型式，飞行过程中能量恒定，通常需针对某款火箭定制设计，产品通用性不高。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于提供一种气体回收式液体火箭pogo抑制器，解决现有金属膜盒式pogo抑制器容积小、承载低、无法变能量工作的问题。
[0005]
为了达到上述的目的，本发明提供一种气体回收式液体火箭pogo抑制器，安装于发动机推进剂入口与推进剂输送管之间，所述气体回收式液体火箭pogo抑制器包括主体、进气系统、排气系统和火箭中央控制器；所述主体通过推进剂输送管与液体火箭的推进剂贮箱连通；所述进气系统直接引用液体火箭增压系统气瓶的气体输出至所述主体；所述排气系统直接将所述主体内的气体排入推进剂贮箱气枕；所述火箭中央控制器控制所述进气系统和所述排气系统，使所述进气系统的气体流量与所述排气系统的气体流量匹配，所述主体内形成定容积气腔。
[0006]
上述气体回收式液体火箭pogo抑制器，其中，所述排气系统包括至少一液位管，所述液位管置于所述主体内；所述液位管通过电磁阀与推进剂贮箱气枕相通，所述火箭中央控制器控制所述电磁阀通断；所述液位管侧壁上设有排气孔。
[0007]
上述气体回收式液体火箭pogo抑制器，其中，所述排气系统包括两个以上液位管，各液位管均通过一电磁阀与推进剂贮箱气枕相通；不同液位管的排气孔安装高度不同。
[0008]
上述气体回收式液体火箭pogo抑制器，其中，所述排气孔为沿轴向布置的阵列孔或沿轴向布置的腰形孔。
[0009]
上述气体回收式液体火箭pogo抑制器，其中，由于火箭推进剂液柱高度差及飞行过载，所述主体的气腔压力大于推进剂贮箱气枕压力，使所述主体中气体经排气孔排入推进剂贮箱气枕中，重新用于火箭增压系统增压使用；排气孔的安装高度决定所述主体内气液分界面高度位置，进而决定所述主体中气腔容积；保证排气系统与进气系统进排气流量
达到动态平衡，使主体中气腔容积维持恒定。
[0010]
上述气体回收式液体火箭pogo抑制器，其中，当所述主体中液腔压力低于气腔压力时，气液分界面下降，排气孔位于主体的气腔中排气面积增大，排气系统的排气流量增大，使主体的气腔压力降低，与液腔压力建立新的平衡，保持主体中气腔容积稳定；当主体中液腔压力高于气腔压力时，气液分界面上升，排气孔位于主体的气腔中排气面积减小，排气系统的排气流量降低，使主体的气腔压力升高，与液腔压力建立新的平衡，保持主体中气腔容积稳定。
[0011]
上述气体回收式液体火箭pogo抑制器，其中，所述火箭中央控制器通过控制不同高度位置液位管工作先后次序，改变所述主体中气腔容积。
[0012]
上述气体回收式液体火箭pogo抑制器，其中，所述主体包括环形容腔和推进剂流动通道，所述推进剂流动通道设置在所述环形容腔的中央；所述推进剂流动通道一端通过推进剂输送管与液体火箭的推进剂贮箱连通，所述推进剂流动通道另一端连接发动机推进剂入口；所述环形容腔的内侧壁上设有阻尼孔，该阻尼孔位于靠近发动机推进剂入口的一端，所述环形容腔通过所述阻尼孔与所述推进剂流动通道进行推进剂交换。
[0013]
上述气体回收式液体火箭pogo抑制器，其中，所述进气系统包括进气电磁阀、减压阀、过滤器、节流圈、扩散器；所述火箭中央控制器控制所述进气电磁阀接通，液体火箭增压系统气瓶的气体经进气电磁阀、减压阀、过滤器、节流圈、扩散器输出至所述主体内，向所述主体持续提供一定压力及流量的气体。
[0014]
与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：
[0015]
本发明的气体回收式液体火箭pogo抑制器，通过火箭中央控制器控制进气系统和排气系统的气体流量，使主体内形成定容积气腔，气液面自由接触，无气液隔离装置，可轻易实现大容积、高承压设计；主体为纯结构件，制造简单，强度高；
[0016]
本发明的气体回收式液体火箭pogo抑制器，进气系统直接引用液体火箭增压系统气瓶组中气体，避免单独设置气源，降低重量及成本；排气系统直接将主体内气体排入液体火箭推进剂贮箱气枕，气体回收用于推进剂贮箱增压，循环使用，无浪费，不额外消耗火箭增压系统气体，且气体不排至箭体外，避免了排放气体低温、易燃、有毒等属性带来的额外风险；
[0017]
本发明的气体回收式液体火箭pogo抑制器，可扩展液位管数量，设置多个不同高度液位管，火箭中央控制器选择控制与不同高度液位管连接的电磁阀的通断，实现飞行过程中pogo抑制器变容积、变能量工作，满足飞行过程中火箭固有频率变化引起的对pogo抑制器变容积、变能量需求；
[0018]
本发明的气体回收式液体火箭pogo抑制器，液位管侧壁下端沿轴向布置阵列孔或腰形孔，作为排气孔，可根据气液分界面位置动态调整排气流流通面积，实现进气流量与排气流量的动态平衡，进一步提高pogo抑制器主体气腔容积稳定性；
[0019]
本发明的气体回收式液体火箭pogo抑制器，通过火箭中央控制器控制进气电磁阀、排放电磁阀的通断时序，实现控制pogo抑制器只在需要工作时启动。
附图说明
[0020]
本发明的气体回收式液体火箭pogo抑制器由以下的实施例及附图给出。
[0021]
图1为本发明较佳实施例的气体回收式液体火箭pogo抑制器的示意图。
[0022]
图2为本发明较佳实施例中主体的示意图。
[0023]
图3为本发明较佳实施例中进气系统的示意图。
[0024]
图4为本发明较佳实施例中排气系统的示意图。
[0025]
图5为本发明较佳实施例中高位液位管和低位液位管的示意图。
具体实施方式
[0026]
以下将结合图1～图5对本发明的气体回收式液体火箭pogo抑制器作进一步的详细描述。
[0027]
图1所示为本发明较佳实施例的气体回收式液体火箭pogo抑制器的示意图。
[0028]
参见图1，本实施例的气体回收式液体火箭pogo抑制器安装于发动机推进剂入口与推进剂输送管之间，包括主体1、进气系统2、排气系统3和火箭中央控制器4；
[0029]
所述主体1通过推进剂输送管与液体火箭的推进剂贮箱连通；
[0030]
所述进气系统2直接引用液体火箭增压系统气瓶的气体输出至所述主体1；
[0031]
所述排气系统3直接将所述主体1内的气体排入液体火箭推进剂贮箱气枕；
[0032]
所述火箭中央控制器4控制所述进气系统2和所述排气系统3，使所述进气系统2的气体流量与所述排气系统3的气体流量匹配，所述主体1内形成定容积气腔。
[0033]
本实施例的气体回收式液体火箭pogo抑制器，通过火箭中央控制器4控制进气系统2和排气系统3的气体流量，使主体1内形成定容积气腔，气液面自由接触，无气液隔离装置，可轻易实现大容积、高承压设计；进气系统2直接引用液体火箭增压系统气瓶组中气体，避免单独设置气源，降低重量及成本；排气系统3直接将主体1内气体排入液体火箭推进剂贮箱气枕，气体回收用于推进剂贮箱增压，循环使用，无浪费，不额外消耗火箭增压系统气体，且气体不排至箭体外，避免了排放气体低温、易燃、有毒等属性带来的额外风险。
[0034]
图2所示为本发明较佳实施例中主体的示意图。
[0035]
参见图2，所述主体1包括环形容腔6和推进剂流动通道5，所述推进剂流动通道5设置在所述环形容腔6的中央，即所述环形容腔6环绕所述推进剂流动通道5，所述环形容腔6的内侧壁构成一段推进剂流动通道5；所述推进剂流动通道5一端通过推进剂输送管与液体火箭的推进剂贮箱连通，所述推进剂流动通道5另一端连接发动机推进剂入口；所述环形容腔6的内侧壁上设有阻尼孔7，该阻尼孔7位于靠近发动机推进剂入口的一端，所述环形容腔6通过所述阻尼孔7与所述推进剂流动通道5进行推进剂交换；所述环形容腔6还设有进气口和排气口，分别与所述进气系统2和所述排气系统3连通。
[0036]
较佳地，所述主体1可通过机加工+焊接的方法制造，也可采用3d打印方法制造，并可缠绕复合材料外层，提高承载能力并减重。
[0037]
图3所示为本发明较佳实施例中进气系统的示意图。
[0038]
参见图3，所述进气系统2包括高压气瓶组8、进气电磁阀9、减压阀10、过滤器11、节流圈12、扩散器13；所述进气电磁阀9、所述减压阀10、所述过滤器11、所述节流圈12和所述扩散器13依次串联；所述进气电磁阀9与所述高压气瓶组8连接；所述进气电磁阀9电接口与所述火箭中央控制器4连接。
[0039]
所述火箭中央控制器4控制所述进气电磁阀9接通，所述高压气瓶组8中的高压气
体经进气电磁阀9、减压阀10、过滤器11、节流圈12、扩散器13输出至所述环形容腔6内，向所述环形容腔6持续提供一定压力及流量的气体。
[0040]
本实施例中，所述高压气瓶组8直接利用液体火箭增压系统的增压气瓶组，不单独设置气源。
[0041]
图4所示为本发明较佳实施例中排气系统的示意图；图5所示为本发明较佳实施例中高位液位管和低位液位管的示意图。
[0042]
参见图4，所述排气系统3包括高位液位管14、低位液位管15、高位排放电磁阀16、低位排放电磁17、推进剂贮箱18；所述高位排放电磁阀16与所述高位液位管14串联，所述高位排放电磁阀16与所述推进剂贮箱18连接，所述高位液位管14置于所述环形容腔6内，所述高位排放电磁阀16电接口与所述火箭中央控制器4连接；所述低位排放电磁17与所述低位液位管15串联，所述低位排放电磁17与所述推进剂贮箱18连接，所述低位液位管15置于所述环形容腔6内，所述低位排放电磁17电接口与所述火箭中央控制器4连接。
[0043]
火箭推进剂液柱高度差及飞行过载，使所述环形容腔6的气腔压力大于所述推进剂贮箱18顶部气枕压力，所述排气系统3利用环形容腔6的气腔与推进剂贮箱18气枕间的压差，分两路将所述所述环形容腔6内的气体排入所述推进剂贮箱18气枕，气体不排出箭体外，而是进行回收，重新用于火箭增压系统增压使用。
[0044]
参见图5，所述高位液位管14下部侧壁上设有排气孔19，所述排气孔19可以是沿轴向布置的阵列孔，也可以是沿轴向布置的腰形孔。气液分界面位于排气孔19不同位置时可动态调整排气流流通面积，从而调整所述排气系统3排气流量；排气孔的安装高度决定气液分界面高度位置，进而决定所述环形容腔6中气腔容积，利用排气孔19的安装高度可设计不同气腔容积、不同能量的pogo抑制器。
[0045]
所述低位液位管15下部侧壁上设有排气孔，所述排气孔可以是沿轴向布置的阵列孔，也可以是沿轴向布置的腰形孔。
[0046]
所述低位液位管15与所述高位液位管14功能及结构相似，仅安装高度不同，所述低位液位管15的排气孔安装高度更低，控制的气液分界面高度也更低，控制所述环形容腔6中气腔容积更大。
[0047]
本实施例中设有两个液位管，在液体火箭飞行过程中pogo抑制器具有变容积、变能量工作能力。但本发明对液位管的个数不作限制，既可只有一个液位管，也可有三个以上液位管。
[0048]
本实施例中，不单独设置控制器，直接借用火箭中央控制器，所述火箭中央控制器4控制所述进气电磁阀9、所述高位排放电磁阀16、所述低位排放电磁阀17的通断时序，实现柔性控制飞行过程中pogo抑制器工作时段。
[0049]
本实施例的气体回收式液体火箭pogo抑制器工作原理如下：
[0050]
初始状态下，环形容腔6中充满液体推进剂；当火箭飞行中需要pogo抑制器工作时，火箭中央控制器4控制进气电磁阀9通电打开，进气系统2向环形容腔6中充气，气体推动环形容腔6中的推进剂经阻尼孔7进入推进剂流动通道5，此时环形容腔6被气液分界面分割成气腔、液腔两部分；当环形容腔6中气液分界面下降至高位液位管14的排气孔19位置时，火箭中央控制器4控制高位排放电磁阀16通电打开，由于火箭推进剂液柱高度差及飞行过载，使环形容腔6的气腔压力大于推进剂贮箱18顶部气枕压力，进而使环形容腔6中气体经
排气系统3的高位液位管14的排气孔19排入推进剂贮箱18顶部气枕中，气体重新用于火箭增压系统增压使用；通过流量匹配设计，保证排气系统3与进气系统2进排气流量达到动态平衡，使环形容腔6中气腔容积维持恒定。本实施例的气体回收式液体火箭pogo抑制器通过环形容腔6中气体柔性，降低推进剂输送系统的固有频率，进而使推进剂输送系统的固有频率与箭体结构的固有频率彼此远离，达到抑制火箭pogo效应的作用。
[0051]
当环形容腔6中液腔压力低于气腔压力时，气液分界面下降，高位液位管14的排气孔19位于环形容腔6的气腔中排气面积增大，排气系统3的排气流量增大，使环形容腔6的气腔压力降低，与液腔压力建立新的平衡，保持环形容腔6中气腔容积稳定；当环形容腔6中液腔压力高于气腔压力时，气液分界面上升，高位液位管14的排气孔19位于环形容腔6的气腔中排气面积减小，排气系统3的排气流量降低，使环形容腔6的气腔压力升高，与液腔压力建立新的平衡，保持环形容腔6中气腔容积稳定。本实施例的气体回收式液体火箭pogo抑制器可根据气液分界面位置动态调整排气流流通面积，实现进气流量与排气流量的动态平衡，进一步提高pogo抑制器主体气腔容积稳定性。
[0052]
当飞行过程中火箭固有频率改变，需要增大pogo抑制器的环形容腔6气腔容积时，火箭中央控制器4控制高位排放电磁阀16断电关闭，同时控制低位排放电磁阀17通电打开，环形容腔6中气液分界面将在低位液位管15的主排气孔附近重新建立平衡，进而增大环形容腔6中气腔容积，实现飞行过程中pogo抑制器变容积、变能量工作。
[0053]
本实施例中，可根据需要，由火箭中央控制器4改变排气系统3两排气路的工作先后次序。进一步，本发明不限定液位管数量，可扩展液位管，设置多个不同高度位置液位管，满足多种容积变化需求。
[0054]
综上，本发明的气体回收式液体火箭pogo抑制器取得了气体回收、变容积、变能量等有益效果。
[0055]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。