一种零能耗航天推进剂管理与减排装置

1.本发明涉及航天推进领域，尤其涉及一种零能耗航天推进剂管理与减排装置。


背景技术：

2.微重力条件下，传统获取液体推进剂的方法是利用正推或离心作用进行气液分离，其缺点是需要额外消耗燃料；而传统控制压力的办法是直接排出气液混合物，会造成大量的燃料浪费。因此，本领域的技术人员致力于开发一种应用于复杂气液边界条件的航天推进剂管理与减排装置，可实现液体燃料的获取与排放，同时气液分离的效率高，液体推进剂的利用率高，能耗小。


技术实现要素：

3.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：如何低能耗的实现液体燃料的获取与排放，如何提高气液分离的效率，如何提高液体推进剂的利用率。
4.为实现以上目的，本发明提供了一种零能耗航天推进剂管理与减排装置，其特征在于，包括贮箱、内叶片分离系统、网幕通道分离系统和收集控制装置；所述贮箱置于最外层且整体呈壳状；所述内叶片分离系统与所述收集控制装置相连接并联通；所述网幕通道分离系统与所述收集控制装置相连接并联通；通过所述收集控制装置将液体输出。
5.进一步地，所述贮箱内部是弯曲路径结构，采用球冠和圆柱组合地形式。
6.进一步地，所述内叶片分离系统包括12个短叶片，所述短叶片垂直于所述贮箱的内壁；所述内叶片分离系统的底端通过压力控制阀与所述收集控制装置相连接并联通。
7.进一步地，所述12个短叶片均匀布置且相邻两个所述短叶片之间的夹角为30
°
。
8.进一步地，所述短叶片采用亲液性能好并且密度较小的材料。
9.进一步地，所述网幕通道分离系统包括多个中空管道，每个所述中空管道都有多孔管道壁，所述中空管道分布在所述贮箱的内壁中，底端汇聚到所述收集控制装置处并与其相联通。
10.进一步地，所述中空管道在所述贮箱内共设置4个，对称分布，基本贯穿pmd装置，基本贯穿整个所述航天推进剂管理与减排装置，所述中空管道的底端与所述收集控制装置相连接并联通。
11.进一步地，所述网幕通道分离系统选择dutch twill编织方法325
×
2300类型，325
×
2300代表每平方英寸有325根经丝和2300根纬丝，能够反映网幕编织密度。
12.进一步地，所述收集控制装置包括蓄液腔和压力控制阀；所述航天推进剂管理与减排装置通过所述蓄液腔将液体输出。
13.进一步地，所述蓄液腔和所述压力控制阀置于所述航天推进剂管理与减排装置的底部，所述压力控制阀是被动式的控制开关，是控制所述蓄液腔向外输出液体的开关。
14.与传统方法和装置相比，本发明具备以下有益效果：
15.本发明的零能耗航天推进剂管理与减排装置，能够应用于复杂的气液边界条件，
可实现液体燃料的获取与排放，同时气液分离的效率高，液体推进剂的利用率高，能耗小。
16.以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
17.图1为本发明的一个较佳实施例的整体效果示意图；
18.图2为本发明的一个较佳实施例的整体结构示意图；
19.图3为本发明的一个较佳实施例的弯曲路径贮箱示意图；
20.图4为本发明的一个较佳实施例的整体剖面示意图；
21.图5为本发明的一个较佳实施例的收集控制装置结构示意图；
22.图6为本发明的一个较佳实施例的压力控制阀结构示意图。
23.其中，1-收集控制装置，11-蓄液腔，12-压力控制阀，2-贮箱，3-中空管道，4-叶片。
具体实施方式
24.以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
25.在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.如图1、图2和图4所示，一种零能耗航天推进剂管理与减排装置包括贮箱2、内叶片分离系统、网幕通道分离系统和收集控制装置。其中，内叶片分离系统由12个彼此间夹角为30
°
短叶片4组成，叶片结构对液体进行张力吸附和定位；网幕通道分离系统由4个中空管道3组成，当液体排出时从中空管道3穿过，同时贮箱2中剩余液体通过多孔网筛进入中空管道3，而气体由于毛细作用被阻止进入中空管道3，从而实现气液相分离；收集控制装置1包括蓄液腔11和压力控制阀12，蓄液腔11可以接收由网幕通道和叶片4运输的液体并将其运输至所述航天推进剂管理与减排装置(pmd)外，同时在装置内燃料耗尽时还可以用于装置内液体的补充与更新。压力控制阀12是被动式的控制开关，可控制叶片分离系统与蓄液腔之间运输通道的开关。在流量较小，即装置两侧的压差较小时，其将关闭，所述航天推进剂管理与减排装置(pmd)只由网幕通道分离系统工作；而当流量超过临界压力时，即两侧压差较大时，压力控制阀12将被冲开。
28.本装置一次气液管理过程主要三个环节。推进剂流入装置内经过挡片进行分流，起到减缓流速和预分离的效果；分离过程由内叶片和网幕通道同时进行，预分离后靠近贮箱壁面的液体推进剂进入网幕通道流向蓄液腔，而气体被阻隔在网幕通道外；靠近中心轴的液体推进剂会沿壁面夹角流向蓄液腔；在压力控制阀的调控下两组分离系统内的液体最
终在蓄液腔汇集，经出液口得到纯液推进剂。与其他常见的推进剂管理装置对比，本装置在进行推进剂管理时基于液体的表面张力，在整个气液分离过程中完全不消耗能量，在最大程度上实现了到了节能减排的效果；而内叶片外网幕的设计提高了装置对近轴液体的利用率与气液分离的效率；被动式压力控制阀可以针对不同的流量条件进行自主调节，增加了容器容错率。此外，包括本发明的零能耗航天推进剂管理与减排装置，能够应用于复杂的气液边界条件，可实现液体燃料的获取与排放，同时气液分离的效率高，液体推进剂的利用率高，能耗小。
29.本装置可实现液体燃料的获取与排放，气液分离的效率高，且无额外能耗。
30.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。


技术特征：
1.一种零能耗航天推进剂管理与减排装置，其特征在于，包括贮箱、内叶片分离系统、网幕通道分离系统和收集控制装置；所述贮箱置于最外层且整体呈壳状；所述内叶片分离系统与所述收集控制装置相连接并联通；所述网幕通道分离系统与所述收集控制装置相连接并联通；通过所述收集控制装置将液体输出。2.如权利要求1所述的零能耗航天推进剂管理与减排装置，其特征在于，所述贮箱内部是弯曲路径结构，采用球冠和圆柱组合地形式。3.如权利要求1所述的零能耗航天推进剂管理与减排装置，其特征在于，所述内叶片分离系统包括12个短叶片，所述短叶片垂直于所述贮箱的内壁；所述内叶片分离系统的底端通过压力控制阀与所述收集控制装置相连接并联通。4.如权利要求3所述的零能耗航天推进剂管理与减排装置，其特征在于，所述12个短叶片均匀布置且相邻两个所述短叶片之间的夹角为30
°
。5.如权利要求3所述的零能耗航天推进剂管理与减排装置，其特征在于，所述短叶片采用亲液性能好并且密度较小的材料。6.如权利要求1所述的零能耗航天推进剂管理与减排装置，其特征在于，所述网幕通道分离系统包括多个中空管道，每个所述中空管道都有多孔管道壁，所述中空管道分布在所述贮箱的内壁中，底端汇聚到所述收集控制装置处并与其相联通。7.如权利要求6所述的零能耗航天推进剂管理与减排装置，其特征在于，所述中空管道在所述贮箱内共设置4个，对称分布，基本贯穿整个所述航天推进剂管理与减排装置，所述中空管道的底端与所述收集控制装置相连接并联通。8.如权利要求6所述的零能耗航天推进剂管理与减排装置，其特征在于，所述网幕通道分离系统选择dutch twill编织方法325
×
2300类型。9.如权利要求1所述的零能耗航天推进剂管理与减排装置，其特征在于，所述收集控制装置包括蓄液腔和压力控制阀；所述航天推进剂管理与减排装置通过所述蓄液腔将液体输出。10.如权利要求9所述的零能耗航天推进剂管理与减排装置，其特征在于，所述蓄液腔和所述压力控制阀置于所述航天推进剂管理与减排装置的底部，所述压力控制阀是被动式的控制开关，是控制所述蓄液腔向外输出液体的开关。

技术总结
本发明公开了一种零能耗航天推进剂管理与减排装置，其特征在于，包括贮箱、内叶片分离系统、网幕通道分离系统和包含压力控制阀的收集控制装置；所述贮箱置于最外层且整体呈壳状；所述内叶片分离系统与所述收集控制装置相连接并联通；所述网幕通道分离系统与所述收集控制装置相连接并联通；通过所述收集控制装置可调节流量并将液体输出。本发明的零能耗航天推进剂管理与减排装置，能够应用于复杂的气液边界条件，可实现取液不夹带气体，排液不消耗燃料，同时气液分离的效率高，液体推进剂的利用率高，能耗小。能耗小。能耗小。


技术研发人员：吕昊天 姜梦怡 李家晟 赵思航 杨晨昊 李培义 金宇鹏 杨光
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2022.08.05
技术公布日：2022/11/2