[發明專利]一種新型EHD空間燃料貯箱氣液相分離管理系統

有效

• 申請號: 201610206723.6
• 申請日: 2016-04-05
• 公開（公告）號: CN105854353B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 馬蓉;姚偉;呂曉辰;王超;李振新
• 申請（專利權）人: 中國空間技術研究院
• 主分類號: B01D19/00
• 分類號: B01D19/00;B64D39/00;G06F17/50
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 龐靜

技術領域

本發明涉及一種新型EHD空間燃料貯箱氣液相分離管理系統，特別是涉及一種基于電場效應的應用于空間微重力環境下的燃料貯箱流體管理系統。本發明在空間燃料貯箱中創新利用電水動力學EHD理念，通過由電場形成的保守力場代替重力場，對空間燃料貯箱中的流體工質燃料的氣液相分布進行有效地強化輸運和主動控制，屬于在軌服務流體管理領域。

背景技術

隨著人類空間開發與利用規模的迅速擴大，航天器為執行飛行任務，滿足其功能、性能要求，對流體工質燃料的需求量越來越大，其工作任務周期直接受到航天器上可消耗流體物質裝載量的限制，例如衛星變軌和長期軌道保持、月球與行星表面基地建設、大型深空探測活動等，均需要攜帶和消耗大量的推進劑燃料；天基化學激光器等特殊空間裝置需攜帶相當數量的化學燃料等。因此，近幾年來以航天器維護、維修等為主要目的的各類航天器在軌服務技術得到了廣泛關注和研究，而作為其中的重要組成部分，航天器在軌加注技術能夠在空間環境下為航天器補充燃料，延長其在軌壽命，能夠大幅度節省空間任務的成本，在人類空間活動中起到非常重要的作用。其中，在軌加注技術作為在軌服務流體管理的核心關鍵技術之一，要求在微重力條件下把無蒸汽的單一液體以特定的熱力學狀態從貯箱輸送到需要加注液體的航天器貯箱中。通常情況下，航天器的壽命決定于燃料的攜帶量，通過對在軌航天器進行加注，可以有效延長航天器的使用壽命，節約發射成本，并提高航天器的機動性和可靠性。在當前空間資源日趨緊張的情況下，在軌加注技術能夠避免更多空間垃圾的產生，更加凸顯了其應用價值。

微重力條件下的流體有效管理是一個復雜的過程，盡管國內外航天大國在航天器加注貯箱設計和正常運行期間流體管理等方面積累了豐富的經驗，但由于微重力的特殊環境存在，推進劑燃料的加注過程與地面還是存在很大差別的。在空間微重力環境下，貯箱內液體的氣液相不會由于兩相密度差異而自然分層，而是在表面張力等次級力的作用下，氣液共同懸浮在貯箱內呈不規則分布，因此無法預測其具體分布。隨著加注量的增加，氣液分布的狀態也會發生很大變化，同時由于壓力的變化，加注速度也會產生相應的變化。為了保障供給空間燃料貯箱為單相液體，則很有必要對微重力條件下貯箱內的燃料工質通過流體管理裝置進行有效管理，其主要作用是在燃料流體管理過程中實現氣液相分離，強化輸運并使燃料工質保持穩定狀態，防止微重力條件下由于燃料的不可控運動而導致航天器失穩。

目前航天器上普遍采用表面張力貯箱作為燃料液體管理裝置。表面張力貯箱是推進劑燃料在軌加注的關鍵設備，它利用表面張力進行液體輸送和氣液分離，為航天器提供不夾氣的燃料，不僅要滿足航天器供給燃料的需求，還要在燃料加注和排放過程中對燃料進行有效管理。而近幾年在軌服務技術的發展，為航天器燃料貯箱提出了更高的要求。在燃料加注和排出輸運過程中，如果貯箱遇到外界干擾晃動或流體流動速度較大時，表面張力貯箱仍然無法徹底實現氣液分離并完全保證為需要加注液體的航天器貯箱提供不夾氣的燃料，因此急需發展一種新型的可以主動強化控制微重力液體燃料氣液相分離的空間燃料貯箱流體管理系統。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種新型EHD空間燃料貯箱氣液相分離管理系統，有效提升了微重力環境下氣液相分離主動控制能力和在軌服務流體管理水平。

本發明的技術解決方案是：一種新型EHD空間燃料貯箱氣液相分離管理系統，包括貯箱壁、排氣管、排液/加注口、由上筒和下筒組成的中心筒、內導流板、外導流板、上托盤環、下托盤、正電極棒；

上筒和下筒通過插接或焊接的內導流板實現上、下固定連接，上筒和下筒之間交界面、下筒外側圓周面上均噴涂環氧樹脂涂層；正電極棒安裝固定在下筒內部且正電極棒的軸線與下筒的軸線重合，正電極棒上圓面和下圓面均噴涂環氧樹脂涂層；正電極棒與電源的正極連接，下筒圓周壁面與電源的負極連接；上筒和下筒的圓周壁面、內導流板上開多個mm量級小孔；下筒的下端與排液/加注口之間安裝毛細篩網，貯箱內與排液/加注口相對的上端安裝排氣管；貯箱壁、排氣管、排液/加注口、中心筒，內導流板、外導流板、上托盤環、下托盤組成板式表面張力燃料貯箱；

在微重力環境下，當需要將貯箱內的燃料排出時，電源加電，燃料由中心筒圓周壁面上的小孔進入中心筒，進入下筒內正電極棒與下筒筒壁之間形成的電場區域，將混入燃料內的氣泡在電場力的作用下，突破下筒圓周壁面小孔處的表面張力和流體阻力的束縛，從下筒圓周壁面小孔處脫離中心筒而進入燃料貯箱內部，通過中心筒內的電場作用，避免氣泡混入排液/加注口。

所述的排氣管為螺旋型排氣管。