[發(fā)明專利]用于低溫液體的動(dòng)力燃料容器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680034032.7
• 申請日: 2006-09-13
• 公開（公告）號(hào): CN101268302A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: K·P·貝赫魯茲;M·米夏埃利斯;G·內(nèi)特;A·麗特韋格
• 申請（專利權(quán)）人: 阿斯特利烏姆有限公司
• 主分類號(hào): F17C13/08
• 分類號(hào): F17C13/08;B64G1/40
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 侯鳴慧

本發(fā)明涉及一種動(dòng)力燃料容器、尤其是用于儲(chǔ)存空間飛行器工作所用的低溫液體的容器，具有一種作為輸送介質(zhì)使用的驅(qū)動(dòng)氣體以及具有呈可重復(fù)充注的儲(chǔ)備器形式的至少一個(gè)取出裝置，在所述動(dòng)力燃料容器中在利用表面張力的情況下引起動(dòng)力燃料與驅(qū)動(dòng)氣體的分離。

在空間飛行器中，驅(qū)動(dòng)氣體經(jīng)常用于將動(dòng)力燃料從動(dòng)力燃料容器輸送到燃燒室或反應(yīng)室。對于低溫液體，作為驅(qū)動(dòng)氣體通常使用氦(He)，氦對動(dòng)力燃料罐加載并且氦由此將動(dòng)力燃料壓到通到各自的發(fā)動(dòng)機(jī)的管道系統(tǒng)中。在例如由DE?101?17?557?A1公知的這種容器中重要的是在此作為輸送介質(zhì)使用的驅(qū)動(dòng)氣體與到達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)中的動(dòng)力燃料之間的完全且可靠的分開，因?yàn)樗鰟?dòng)力燃料在其點(diǎn)火時(shí)必須絕對不夾雜外界氣體。

由于在重量較小的同時(shí)其效率較高，低溫動(dòng)力燃料可能優(yōu)于傳統(tǒng)的液態(tài)動(dòng)力燃料，例如MMH。但在低溫動(dòng)力燃料中不利的影響是，與傳統(tǒng)的動(dòng)力燃料不同，這種低溫動(dòng)力燃料不能在室溫下儲(chǔ)存。也被稱為LH2的液態(tài)氫例如在約30K的溫度時(shí)轉(zhuǎn)變到氣態(tài)，由此，動(dòng)力燃料容器的足夠的隔熱是必要的，以便保證足夠時(shí)間段上的儲(chǔ)存能力。類似情況也適用與LH2一同使用并且儲(chǔ)存在分開的容器中的液態(tài)氧(LOX)。由于主要通過太陽輻射和熱部件例如發(fā)動(dòng)機(jī)造成的熱量引入，在儲(chǔ)存時(shí)間較長的情況下動(dòng)力燃料容器的隔熱是必要的。

與使用能儲(chǔ)存的非低溫動(dòng)力燃料不同，在低溫動(dòng)力燃料中，通常較熱的容器壁可導(dǎo)致在容器壁附近液體沸騰，由此使無氣泡的動(dòng)力燃料輸送變難。因此，尤其是構(gòu)成取出裝置的儲(chǔ)備器的用于避免在儲(chǔ)備器內(nèi)部形成氣體的隔熱和設(shè)置在儲(chǔ)備器中的引導(dǎo)板的構(gòu)型對這種容器提出了特別的要求。這些引導(dǎo)板在此這樣設(shè)置在儲(chǔ)備器內(nèi)部，使得液體在儲(chǔ)備器中穩(wěn)定地定位并且氣體泡從儲(chǔ)備器被驅(qū)出返回到容器中。通過毛細(xì)壓力的局部變化支持這種保持作用。

一個(gè)附加問題是在失重狀態(tài)下無氣泡的動(dòng)力燃料輸送。無氣泡的動(dòng)力燃料輸送例如可以通過借助于所攜帶的輔助火箭的預(yù)加速度來實(shí)現(xiàn)。該預(yù)加速度于是引起液體在排出管附近的重新定向和定位。點(diǎn)火過程在此首先包括：將管路系統(tǒng)冷卻到工作溫度的冷卻階段接著進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的真正點(diǎn)火階段。在冷卻階段，最大程度上冷的液態(tài)動(dòng)力燃料從動(dòng)力燃料容器輸送到管路系統(tǒng)中。并且對于該冷卻階段，本發(fā)明也可以不受限制地提供動(dòng)力燃料。僅當(dāng)在冷卻到工作溫度之后整個(gè)系統(tǒng)無氣泡時(shí)才進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火。

本發(fā)明的任務(wù)在于，這樣構(gòu)造開頭所述類型的動(dòng)力燃料容器，使得該動(dòng)力燃料容器在使用低溫動(dòng)力燃料時(shí)除了預(yù)加速度外通過利用靜壓力以及毛細(xì)力保證無氣泡的動(dòng)力燃料輸送。

本發(fā)明通過一種動(dòng)力燃料容器來解決該任務(wù)，在該動(dòng)力燃料容器中，取出裝置設(shè)置在容器壁的外側(cè)上的下部區(qū)域中。該儲(chǔ)備器通過容器壁中的優(yōu)選圓形的開口與動(dòng)力燃料容器的內(nèi)部相連接，由此，液體可流動(dòng)到儲(chǔ)備器中。

在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施形式中，儲(chǔ)備器設(shè)置有一個(gè)隔熱裝置以及一個(gè)熱量捕集器并且由此尤其適用于環(huán)形的容器以及具有中間底部的容器，這種容器以類似形式例如作為LH2容器用于或者將來用于Ariane?5的低溫末級(jí)ESC-A中或計(jì)劃的ESC-B中。

在根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力燃料容器中設(shè)置的取出裝置的構(gòu)型在此具有優(yōu)點(diǎn)：該取出裝置即使在繞容器縱軸線的旋轉(zhuǎn)率非常高的情況下也能夠給裝備有這種容器的火箭級(jí)輸送動(dòng)力燃料。因此，即使在該級(jí)的非正常特性的情況下也保證可靠的動(dòng)力燃料輸送。已經(jīng)完全組裝好后，可以在一個(gè)分開的測試臺(tái)中來檢驗(yàn)根據(jù)本發(fā)明的取出裝置。另外，在動(dòng)力燃料容器內(nèi)部不需要其它構(gòu)件，而是將取出裝置作為分開的構(gòu)件在外部安置在容器壁上。在大容器中，如在Ariane?5的ESC-A?LH2容器中，容器殼通常由幾個(gè)區(qū)段組成，由此，在容器殼組裝好之前可以將儲(chǔ)備器壓入到這些區(qū)段中的一個(gè)中。

放棄預(yù)加速度并且由此放棄攜帶分開的輔助火箭可實(shí)現(xiàn)附加的重量節(jié)省并且因此可實(shí)現(xiàn)在多次再點(diǎn)火時(shí)較高的有效負(fù)荷。儲(chǔ)備器保證動(dòng)力燃料在排出口處穩(wěn)定地定位并且不限制再點(diǎn)火的次數(shù)，在容器中的剩余充填度非常小的情況下也不限制。因此，可能的再點(diǎn)火的次數(shù)僅僅取決于相應(yīng)所需的動(dòng)力燃料量。根據(jù)本發(fā)明的容器在此以相同方式不僅適用于保存低溫動(dòng)力燃料、如LH2，而且適用于保存LOX形式的液態(tài)氧。

下面要借助于附圖中所示的實(shí)施例對根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力燃料容器進(jìn)行詳細(xì)說明。附圖表示：

圖1具有取出裝置的LH2動(dòng)力燃料容器的一個(gè)局部，

圖2根據(jù)圖1的取出裝置，從上面觀察并且在篩適配器的區(qū)域中被剖開，

圖3根據(jù)圖1和圖2的取出裝置的一個(gè)局部的三維視圖，以及

圖4根據(jù)圖1至圖3的取出裝置內(nèi)部的排出管的一個(gè)局部，該排出管構(gòu)造成所謂的熱管。