[發明專利]一種金屬網幕泡破壓力主動調節的起動籃裝置

在審

• 申請號: 202010734680.5
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN111776256A
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 王磊;馬原;上官石;黃曉寧;王嬌嬌;厲彥忠
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B64G4/00
• 分類號: B64G4/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種金屬網幕泡破壓力主動調節的起動籃裝置，包括外部包裹絕熱層的低溫貯箱，低溫貯箱底部設置液體排放口，低溫貯箱內底部放置起動籃，起動籃的頂部設置排氣管，排氣管頂部出口設置第二金屬網幕，起動籃的圓錐表面設置第一金屬網幕；低溫貯箱外部環繞布置螺線管，螺線管或內置于低溫貯箱浸泡于液氫、液氧流體中；螺線管通過電導線與電源連接；電導線上設置電開關；本發明利用液氫、液氧弱磁性的特征，引入磁場，通過調節向螺線管通電與否、通電方向、電流大小等手段，改變了起動籃中金屬網幕的泡破壓力，從而提高了起動籃在液體保存階段的穩定性，加速再填充階段的液體充填速率。

技術領域

本發明涉及航天器空間液體燃料供給技術領域，具體涉及一種金屬網幕泡破壓力主動調節的起動籃裝置。

背景技術

液氫/液氧推進劑組合比沖可達450s，其在航天推進領域獲得了廣泛應用，液氫/液氧組合在火箭上面級、空間飛行器中具有突出的性能優勢，實現其空間安全管理與高效利用對空間探測意義重大。

采用液氫/液氧組合的空間飛行器在軌期間可能經歷多次零重力滑行與空間二次點火，空間點火要求燃料系統向發動機輸送無夾氣的全液低溫推進劑，如何在空間微/變重力下實現氣液分離與全液供給是支撐未來空間探測的關鍵技術。

起動籃是一種典型的、可實現空間微重力下液體保存與全液供給的裝置，已成功應用于常規液體燃料的飛行器空間點火與衛星變軌之中。起動籃內腔整體呈圓錐臺，排氣管頂端設置第二多孔金屬網幕，以實現推進劑充填過程的順利排氣；底部為液體出流口；圓錐表面設置第一多孔金屬網幕，能夠在空間復雜過載下實現起動籃內液體保存；再充填過程中，液體自第一多孔金屬網幕注入起動籃內腔。

起動籃的工作特性主要取決于第一多孔金屬網幕與第二多孔金屬網幕的泡破特性，當第一多孔金屬網幕被液體完全浸潤后，即可實現氣液相的有效分離，當第一多孔金屬網幕兩側壓差較低時，只有液體可以穿透第一多孔金屬網幕，而氣體無法穿過；而當兩側壓差增大到某臨界值時，氣體也能穿透第一多孔金屬網幕，第一多孔金屬網幕喪失分離氣液相的功能，定義該臨界壓差即為多孔網幕的泡破壓力。

在空間液體保持階段，要求第一多孔網幕與第二多孔網幕的泡破壓力盡可能高，貯箱內氣體無法進入起動籃內腔；推進劑再填充階段，要求第二多孔網幕的泡破壓力不易過高，以滿足起動籃內液體置換氣體過程中，氣體能夠順利從第二多孔網幕排出。起動籃設計必須根據全任務剖面各向加速度情況對泡破壓力進行最佳平衡的選擇，保證起動籃既可實現液體推進劑的可靠保持，也能實現推進劑高效再充填。現有起動籃裝置存在在全任務剖面內泡破壓力選擇受限的缺點。

相較于其他航天液體推進劑，液氫具有逆磁性、液氧具有順磁性，將液氫、液氧置于磁場環境中，流體會受到磁壓作用，該磁壓作用大小與泡破壓力相當、甚至更高。網幕微孔內氣液界面受力，當不存在磁場時，相界面受力平衡用式(1)表征；當施加磁場后，相界面受力平衡用式(2)表征；

其中，p_g為氣相側壓力；p_l為液相側壓力；p_c為毛細壓力；p_h為液體靜壓；σ為流體表面張力；θ為接觸角；D_P為網幕微孔間距；ρ為液體密度；g為重力加速度；h為液體高度；M為磁化強度；B為磁感應強度；μ₀為真空磁導率；p_m為磁化磁壓，p_n為界面磁壓；磁壓方向取決于流體磁性與磁場方向；因此，通過施加外磁場可實現對低溫液氫、液氧貯箱內金屬網幕泡破壓力的主動控制。

針對液氧、液氫弱磁性的特性，可通過施加磁場與否、調節磁場方向、調節磁場大小等措施改變氣液界面的受力關系，進而改變多孔網幕的泡破壓力，提高起動籃的工作特性與效率。

發明內容