大型运载火箭的增压系统及增压方法与流程

本发明涉及大型火箭领域，具体涉及一种大型运载火箭的增压系统及增压方法。

背景技术：

1、近年来，随着我国航天领域取得重大进展，大运载能力需求不断的增加和低成本的控制，使得高能量密度、高比冲率的液氧甲烷推进剂成为必然的选择。该类火箭推进系统采用的是低温冷氦增加技术，通过将高压氦气贮存在液氧温区气瓶内，利用氦气分子量小、高压低温下氦气密度大、与液氧介质换热量小等特点对液氧、甲烷贮箱增压，使液氧、甲烷贮箱压力维持在一定范围内，从而保证发动机涡轮泵的入口压力要求。

2、在实现本发明过程中，申请人发现现有技术中至少存在如下问题：

3、液氧、甲烷箱冷氦加温增压通过将冷氦气瓶浸泡于液氧推进剂贮箱内，使用时将冷氦气体引入发动机氦加温器中进行加温，将加温后的氦气送入氧箱、甲烷箱。冷氦增压系统虽然对减少推进剂温升有显著好处，但是发动机氦加温器研制难度大。对于大型火箭发动机数量较多的情况下，每台液氧甲烷发动机均配置2台氦加温器，大大增加了发动机氦加温器的研制难度。液氧甲烷大型火箭发动机数量较多，导致氦加温器数量较多、结构重量大，且增加了发动机的结构重量以及火箭的重量。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种大型运载火箭的增压系统及增压方法，解决现有技术中大型火箭飞行过程中因为推进剂增压加温导致的发动机研制困难、发动机的结构重量大以及火箭的重量大的技术问题。

2、为达上述目的，一方面，本发明实施例提供一种大型运载火箭的增压系统，大型运载火箭包括一级发动机、管路连接于一级发动机为一级发动机提供液氧的一级氧箱，大型运载火箭的增压系统包括设于一级氧箱内的一级冷氦气瓶、冷氦气瓶总管和氧气消能器；

3、一级冷氦气瓶具有冷氦气瓶放气接口；

4、冷氦气瓶总管的一端通过冷氦气瓶放气接口连接于一级冷氦气瓶，冷氦气瓶总管的另一端进入到一级氧箱内，氧气消能器设于一级氧箱内，且氧气消能器连接于冷氦气瓶总管的另一端；

5、大型运载火箭的增压系统还包括设于一级冷氦气瓶内的气瓶加热器，气瓶加热器包括连接端，连接端连接于一级冷氦气瓶的内壁。

6、另一方面，本发明实施例提供一种大型运载火箭的增压方法，包括：

7、在大型运载火箭的一级飞行阶段的起始时刻，通过闭合第一电源开关接通第一加热电源，通过第一加热电源为一级冷氦气瓶内的气瓶加热器进行供电加热；其中，一级冷氦气瓶设于一级氧箱内；

8、在大型运载火箭的一级飞行过程中，通过气瓶加热器对一级冷氦气瓶内的低温氦气进行加热增压；

9、同时将一级冷氦气瓶内的低温氦气经冷氦气瓶接口引入到冷氦气瓶总管，将低温氦气输送到设于一级氧箱内、连接于冷氦气瓶总管的氧箱消能器；通过氧箱消能器将低温氦气喷入到一级氧箱内为一级氧箱的液氧增压；

10、在大型运载火箭的一级飞行过程中，随着飞行推进，通过逐渐降低功率调节器的开度降低第一加热电源的功率；直至一级飞行阶段结束，停止采用第一加热电源为气瓶加热器进行供电加热。

11、第三方面，本发明实施例提供一种冷氦气瓶装置，包括级冷氦气瓶和设于一级冷氦气瓶内的气瓶加热器，气瓶加热器包括连接端，连接端连接于一级冷氦气瓶的内壁，一级冷氦气瓶具有冷氦气瓶放气接口；

12、冷氦气瓶装置还包括第一电缆和第一加热电源，第一加热电源连接于第一电缆，第一电缆通过连接端连接于气瓶加热器为气瓶加热器供电加热。

13、上述技术方案具有如下有益效果：在大型火箭的一级飞行阶段，通过气瓶加热器给一级冷氦气瓶中的低温氦气体进行加热，使得一级冷氦气瓶内的氦气温度上升，提高了一级冷氦气瓶内的气体压力，能够将一级冷氦气瓶内的氦气排放更加彻底，以实现对一级氧箱的液氧增压。直接在一级冷氦气瓶内设有气瓶加热器，在大型运载火箭的一级飞行过程中，通过气瓶加热器直接为一级冷氦气瓶内的低温氦气加热增压，结构简单，增加重量有限。不采用现有技术中的在每台一级发动机均配置台氦加温器，减低了发动机研制难度，同时也减少了一级冷氦气瓶与一级发动机之间的配套装置和控制系统，降低了大型运载火箭的重量。一级冷氦气瓶内的氦气排放更加彻底，则会充分利用一级冷氦气瓶内的氦气，避免遗留氦气而多设置一级冷氦气瓶，间接降低了大型火箭的整体重量。

技术特征：

1.一种大型运载火箭的增压系统，所述大型运载火箭包括一级发动机(3)、管路连接于所述一级发动机(3)为所述一级发动机(3)提供液氧的一级氧箱(1)，其特征在于，所述大型运载火箭的增压系统包括设于所述一级氧箱(1)内的一级冷氦气瓶(9)、冷氦气瓶总管(12)和氧气消能器(28)；

2.根据权利要求1所述的大型运载火箭的增压系统，其特征在于，还包括第一电缆(7)和第一加热电源(4)，所述第一加热电源(4)连接于所述第一电缆(7)，所述第一电缆(7)通过所述连接端(81)连接于所述气瓶加热器(8)为所述气瓶加热器(8)供电加热；

3.根据权利要求1所述的大型运载火箭的增压系统，其特征在于，还包括：第一管路加热器(171)、第二加热电源(181)、第二电源开关(191)和第二电缆(201)；

4.根据权利要求3所述的大型运载火箭的增压系统，其特征在于，在所述冷氦气瓶总管(12)上、自所述一级冷氦气瓶(9)端依次设置有：第一过滤器(25)、并联的第一控制线路(51)、第二控制线路(52)、第三控制线路(53)和第四控制线路(54)；其中，所述第一控制线路(51)包括串联的第一主路增压电磁阀(261)和第一孔板(271)，所述第二控制线路(52)包括串联的第一辅路增压电磁阀(262)和第二孔板(272)，所述第三控制线路(53)包括串联的第一备保增压电磁阀(263)和第三孔板(273)，所述第四控制线路(54)包括串联的第二备保增压电磁阀(264)和第四孔板(274)，所述第一主路增压电磁阀(261)、所述第一辅路增压电磁阀(262)、所述第一备保增压电磁阀(263)和所述第二备保增压电磁阀(264)处于所述第一过滤器(25)近侧；

5.根据权利要求1所述的大型运载火箭的增压系统，所述大型运载火箭包括一级甲烷箱(2)，其特征在于，所述的大型运载火箭的增压系统还包括增压分支管(33)和甲烷箱消能器(21)，所述增压分支管(33)的一端通过三通(13)连接于所述冷氦气瓶总管(12)；

6.根据权利要求5所述的大型运载火箭的增压系统，其特征在于，还包括：第二管路加热器(172)、第三加热电源(182)、第三电源开关(192)和第三电缆(202)；

7.根据权利要求5所述的大型运载火箭的增压系统，其特征在于，在所述增压分支管(33)上、自所述一级冷氦气瓶(9)近端依次设置有：第二过滤器(14)、并联的第五控制线路(55)、第六控制线路(56)、第七控制线路(57)和第八控制线路(58)；其中，所述第五控制线路(55)包括串联的第二主路增压电磁阀(151)和第五孔板(161)，所述第六控制线路(56)包括串联的第二辅路增压电磁阀(152)和第六孔板(162)，所述第七控制线路(57)包括串联的第三备保增压电磁阀(153)和第七孔板(163)，所述第八控制线路(58)包括串联的第四备保增压电磁阀(154)和第八孔板(164)，所述第二主路增压电磁阀(151)、所述第二辅路增压电磁阀(152)、所述第三备保增压电磁阀(153)和所述第四备保增压电磁阀(154)处于所述第二过滤器(14)近侧；

8.一种大型运载火箭的增压方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的大型运载火箭的增压方法，其特征在于，还包括：

10.根据权利要求8所述的大型运载火箭的增压方法，其特征在于，还包括：

11.根据权利要求8所述的大型运载火箭的增压方法，其特征在于，还包括：

12.根据权利要求11所述的大型运载火箭的增压方法，其特征在于，还包括：

13.根据权利要求11所述的大型运载火箭的增压方法，其特征在于，还包括：

技术总结
本发明实施例提供一种大型运载火箭的增压系统及增压方法，涉及大型火箭领域，增压系统包括设于一级氧箱1内的一级冷氦气瓶9、冷氦气瓶总管12和氧气消能器28；冷氦气瓶总管12的一端通过冷氦气瓶放气接口10连接于一级冷氦气瓶9，氧气消能器28设于一级氧箱1内，且氧气消能器28连接于冷氦气瓶总管12的另一端；还包括设于一级冷氦气瓶9内的气瓶加热器8，气瓶加热器8的连接端81连接于一级冷氦气瓶9的内壁。通过气瓶加热器给低温氦气体进行加热升温以提高气体压力，能够将一级冷氦气瓶内的氦气排放更加彻底。直接在一级冷氦气瓶内设有气瓶加热器，结构简单，增加重量有限。

技术研发人员：戴华平,沈涌滨,李志明
受保护的技术使用者：北京天兵科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15