[發(fā)明專利]一種用于大尺寸多節(jié)液氦熱沉的液氦輸送系統(tǒng)及轉(zhuǎn)級方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310242837.2
• 申請日: 2013-06-19
• 公開（公告）號: CN103343884A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 凌桂龍;蔡國飆
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: F17D1/04
• 分類號: F17D1/04;F17D1/14;G01M9/06
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 祗志潔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于真空科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明涉及一種用于大尺寸多節(jié)液氦熱沉的液氦輸送系統(tǒng)及液氦熱沉由液氮向液氦轉(zhuǎn)級的方法，應(yīng)用于發(fā)動機真空羽流試驗研究中。

背景技術(shù)

真空羽流效應(yīng)試驗系統(tǒng)主要用于航天姿、軌控發(fā)動機羽流試驗研究，可對電推進發(fā)動機或化學(xué)推進發(fā)動機的真空羽流效應(yīng)進行模擬試驗，為了有效模擬發(fā)動機在真空深冷環(huán)境中的工作狀態(tài)，發(fā)動機羽流試驗時對艙內(nèi)環(huán)境真空要求非?？量?，如極低的背景環(huán)境溫度（零下260度以下）、超高的環(huán)境真空度（1.0E-6Pa）。為滿足上述真空深冷的試驗需求，需要在艙內(nèi)布置大量液氦熱沉，同時往液氦熱沉通入超低溫液氦制冷，這就需要配置符合羽流試驗需求的液氦輸送系統(tǒng)。

液氦輸送系統(tǒng)的主要作用是為艙內(nèi)液氦熱沉提供液氦制冷，使液氦熱沉溫度低于10K并保持液氦熱沉溫度均勻，用于吸附艙內(nèi)液氮熱沉無法吸附的氣體，保持艙內(nèi)極高的真空度和極低的低溫環(huán)境，用于模擬發(fā)動機工作時羽流真實的太空環(huán)境。

目前，除了真空羽流效應(yīng)試驗系統(tǒng)外，國內(nèi)還沒有專門用于研究發(fā)動機羽流試驗的大型真空環(huán)境模擬試驗設(shè)備，且傳統(tǒng)的低溫模擬都靠液氮制冷來實現(xiàn)，最低溫度只能達到液氮溫區(qū)（77K），無法吸附發(fā)動機羽流氣體（氮氣、氧氣、氫氣等），也就無法保證高的環(huán)境真空度。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種用于大尺寸多節(jié)液氦熱沉的液氦輸送系統(tǒng)及轉(zhuǎn)級方法，解決了發(fā)動機羽流試驗時對環(huán)境真空的需求。

本發(fā)明提供的一種用于大尺寸多節(jié)液氦熱沉的液氦輸送系統(tǒng)，包括：熱沉系統(tǒng)、液氮供應(yīng)系統(tǒng)、氮氣供應(yīng)系統(tǒng)、氦氣供應(yīng)系統(tǒng)和液氦供應(yīng)系統(tǒng)。

熱沉系統(tǒng)包括大門液氦熱沉、艙體前部液氦熱沉、艙體后部液氦熱沉、封頭液氦熱沉、羽流吸附泵、大門液氮熱沉、艙體前部液氮熱沉、艙體后部液氮熱沉和封頭液氮熱沉；大門液氮熱沉、大門液氦熱沉、艙體前部液氮熱沉、艙體后部液氮熱沉、封頭液氦熱沉與封頭液氮熱沉依次由前至后設(shè)置；艙體前部液氦熱沉設(shè)置在艙體前部液氮熱沉內(nèi)部，艙體后部液氦熱沉設(shè)置在艙體后部液氮熱沉內(nèi)部；羽流吸附泵設(shè)置在艙體后部液氦熱沉內(nèi)部，用來吸附羽流氣體。

液氮供應(yīng)系統(tǒng)包括向液氮熱沉提供液氮制冷的液氮輸液系統(tǒng)，以及初期向液氦熱沉和羽流吸附泵提供液氮預(yù)冷的液氮輸液系統(tǒng)。

向液氦熱沉和羽流吸附泵提供液氮預(yù)冷的液氮輸液系統(tǒng)包括：液氮貯槽A、第一液氮調(diào)節(jié)閥、第二液氮調(diào)節(jié)閥、第三液氮調(diào)節(jié)閥、第四液氮調(diào)節(jié)閥、第五液氮調(diào)節(jié)閥及連接管路。第一液氮調(diào)節(jié)閥、第二液氮調(diào)節(jié)閥、第三液氮調(diào)節(jié)閥、第四液氮調(diào)節(jié)閥和第五液氮調(diào)節(jié)閥被集成在液氮冷箱中，液氮冷箱內(nèi)部采用珍珠巖絕熱。液氮貯槽A通過三通管路并行連接第一液氮調(diào)節(jié)閥、第二液氮調(diào)節(jié)閥、第三液氮調(diào)節(jié)閥、第四液氮調(diào)節(jié)閥和第五液氮調(diào)節(jié)閥，第一液氮調(diào)節(jié)閥通過管路最終與大門液氦熱沉的入口連接，第二液氮調(diào)節(jié)閥通過管路最終與艙體前部液氦熱沉的入口連接，第三液氮調(diào)節(jié)閥通過管路最終與艙體后部液氦熱沉的入口連接，第四液氮調(diào)節(jié)閥通過管路最終與封頭液氦熱沉的入口連接，第五液氮調(diào)節(jié)閥通過管路最終與羽流吸附泵的入口相連。

向液氮熱沉提供液氮制冷的液氮輸液系統(tǒng)包括液氮貯槽B、第一液氮手閥、第二液氮手閥、第三液氮手閥、第四液氮手閥及連接管路，液氮貯槽B左側(cè)通過管路連接第一液氮手閥，最終與大門液氮熱沉的入口相連；液氮貯槽B右側(cè)通過三通管路并行連接第二液氮手閥、第三液氮手閥和第四液氮手閥，第二液氮手閥通過管路最終與艙體前部液氮熱沉的入口連接，第三液氮手閥通過管路最終與艙體后部液氮熱沉的入口相連，第四液氮手閥通過管路最終與封頭液氮熱沉的入口相連。

液氦供應(yīng)系統(tǒng)向液氦熱沉提供液氦制冷，包括液氦槽車、第一液氦手閥、第一液氦調(diào)節(jié)閥、第二液氦調(diào)節(jié)閥、第三液氦調(diào)節(jié)閥、第四液氦調(diào)節(jié)閥、第五液氦調(diào)節(jié)閥及連接管路。第一液氦調(diào)節(jié)閥、第二液氦調(diào)節(jié)閥、第三液氦調(diào)節(jié)閥、第四液氦調(diào)節(jié)閥和第五液氦調(diào)節(jié)閥被集成在液氦冷箱中，液氦冷箱外壁采用雙層不銹鋼，中間抽真空。液氦槽車通過第一液氦手閥分別并行連接第一液氦調(diào)節(jié)閥、第二液氦調(diào)節(jié)閥、第三液氦調(diào)節(jié)閥、第四液氦調(diào)節(jié)閥和第五液氦調(diào)節(jié)閥。第一液氦調(diào)節(jié)閥通過管路最終與大門液氦熱沉的入口連接，第二液氦調(diào)節(jié)閥通過管路最終與艙體前部液氦熱沉的入口連接，第三液氦調(diào)節(jié)閥通過管路最終與艙體后部液氦熱沉的入口連接，第四液氦調(diào)節(jié)閥通過管路最終與封頭液氦熱沉的入口連接，第五液氦調(diào)節(jié)閥通過管路最終與羽流吸附泵的入口相連。第一液氦手閥用于控制液氦槽車的出液量。