[發(fā)明專利]輕質(zhì)低流阻低溫蒸氣冷卻屏

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010940727.3
• 申請日: 2020-09-09
• 公開（公告）號: CN112197635A
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發(fā)明（設計）人: 黃永華;蔣文兵;孫培杰;李鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學;上海宇航系統(tǒng)工程研究所
• 主分類號: F28D21/00
• 分類號: F28D21/00
• 代理公司: 上海恒慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

輕質(zhì)低流阻低溫蒸氣冷卻屏，包括頂蓋、直筒段、底座、第一蒸氣入口管、第二蒸氣入口管、蒸氣出口管；所述的直筒段包括蒸氣分流總管、一定數(shù)量的支管、一定數(shù)量的導熱翅片和蒸氣匯集總管；所述的管路、導熱翅片以及頂蓋和底座均采用薄壁鋁制材料，既利用了鋁較高的導熱系數(shù)滿足蒸氣冷卻屏自身高傳熱性能的要求，又充分降低了蒸氣冷卻屏結(jié)構(gòu)質(zhì)量；采用分流總管、若干并聯(lián)支管、匯集總管的組合方式，在均勻分配冷量的同時充分降低了系統(tǒng)流動阻力。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及低溫蒸氣冷卻屏，特別是一種輕質(zhì)低流阻低溫蒸氣冷卻屏，可應用于地面和航天低溫推進劑貯箱絕熱。

技術(shù)背景

隨著航天技術(shù)的發(fā)展，特別是月球探測、火星探測的不斷深入，航天器所使用的低溫推進劑需要滿足未來空間在軌階段數(shù)月甚至長達數(shù)年的長時間貯存任務需求。由于低溫推進劑的飽和溫度極低且汽化潛熱較小，貯存過程中易受熱蒸發(fā)，難于長期貯存。因此如何降低推進劑的蒸發(fā)損失，延長推進劑貯存時間是當前國內(nèi)外低溫領域亟待解決的關(guān)鍵問題。

蒸氣冷卻屏通過利用蒸發(fā)后的低溫推進劑蒸氣冷量來為貯箱構(gòu)造一個相對低溫的環(huán)境邊界，從而降低貯箱漏熱以及推進劑蒸發(fā)損失，是一種高效的絕熱結(jié)構(gòu)。然而在低溫推進劑貯箱上增設蒸氣冷卻屏會帶來兩方面問題：一是給航天器增加一定的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，使得發(fā)射載荷有所增加；二是蒸氣冷卻屏位于低溫貯箱排氣管路下游，給原有管路系統(tǒng)帶來了新的流動阻力，若阻力過大，將會影響低溫貯箱泄壓速度、推進劑的正常排放，嚴重時甚至可能造成安全性事故。因此，需要設計一種既能滿足航天器輕量化要求，又不對流體管路造成過大影響的輕質(zhì)低流阻低溫蒸氣冷卻屏。

經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)進行檢索發(fā)現(xiàn)，公開號為CN108590887A的專利“基于蒸汽冷卻屏的低溫推進系統(tǒng)”、公開號為CN106595759A的專利“一種低溫推進劑貯存技術(shù)地面試驗系統(tǒng)”以及公開號為CN111307485A的專利“一種基于蒸發(fā)量熱器的蒸氣冷卻屏性能測試系統(tǒng)”公開了基于蒸氣冷卻屏的低溫推進劑貯箱蒸發(fā)量控制方案，主要涉及蒸氣冷卻屏與低溫貯箱之間連接方式、系統(tǒng)流程以及絕熱性能測試方法等方面，對蒸氣冷卻屏的具體結(jié)構(gòu)未曾涉及。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種輕質(zhì)低流阻低溫蒸氣冷卻屏，該低溫蒸氣冷卻屏具有質(zhì)量輕、流動阻力小的特點。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種輕質(zhì)低流阻低溫蒸氣冷卻屏，其特點在于，包括頂蓋、直筒段、底座、第一蒸氣入口管、第二蒸氣入口管和蒸氣出口管；所述的直筒段包括蒸氣分流總管、一定數(shù)量的支管、一定數(shù)量的導熱翅片和蒸氣匯集總管；各個支管之間采取相互并聯(lián)的形式以降低管路流動阻力；每根支管左、右兩側(cè)均與導熱翅片相連，支管與導熱翅片依次連接從而組成圓筒形冷屏；蒸氣分流總管和蒸氣匯集總管為圓環(huán)形，分別設置于圓筒形冷屏的底端和頂端；蒸氣分流總管沿圓周方向均勻開設與支管數(shù)量相等的蒸氣分流口，蒸氣匯集總管沿圓周方向均勻開設與支管數(shù)量相等的蒸氣匯集口，支管的一端與蒸氣分流口相連，另一端與蒸氣匯集口相連；蒸氣分流總管上開設有第一蒸氣入口和第二蒸氣入口，分別與第一蒸氣入口管和第二蒸氣入口管相連；蒸氣匯集總管上開設有蒸氣出口，與蒸氣出口管相連；第一蒸氣入口管、第二蒸氣入口管和蒸氣出口管位于蒸氣冷卻屏直筒段外側(cè)，第一蒸氣入口管和第二蒸氣入口管與低溫貯箱排氣口相連，蒸氣出口管與外部環(huán)境相通。

所述的蒸氣分流總管和蒸氣匯集總管采用壁厚小于等于1.5mm的薄壁鋁管，支管采用壁厚小于等于0.8mm的薄壁鋁管，從而降低蒸氣管路的結(jié)構(gòu)質(zhì)量；為使蒸氣流量在支管內(nèi)盡可能均勻分配，蒸氣分流總管上的第一蒸氣入口、第二蒸氣入口和蒸氣匯集總管上蒸氣出口三者在圓周方向上呈120°間隔布置；蒸氣分流總管和蒸氣匯集總管管徑相同，為支管管徑的2～8倍；