[發明專利]一種利用氧化劑預壓渦輪燃氣的注氣式蓄壓器

有效

• 申請號: 202210453532.5
• 申請日: 2022-04-27
• 公開（公告）號: CN114893325B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 高玉閃;張曉光;任孝文;高遠皓;張晟;何闖;崔星
• 申請（專利權）人: 西安航天動力研究所
• 主分類號: F02K9/60
• 分類號: F02K9/60
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張歡

一種利用氧化劑預壓渦輪燃氣的注氣式蓄壓器，包括氧化劑預壓渦輪泵、單向閥、第一法蘭、第二法蘭、殼體、潛管、控制閥以及慣性孔；氧化劑預壓渦輪泵安裝在主管路中，殼體安裝在主管路外，主管路與殼體通過慣性孔連通；潛管安裝在殼體底部，控制閥安裝在潛管上；氧化劑預壓渦輪泵的氣體通道上安裝單向閥；所述主管路分別通過第一法蘭和第二法蘭與液氧輸送管路相連，液氧輸送管路內液體推進劑通過慣性孔進入殼體，并在殼體內形成自由液位和氣體容腔。本發明的注氣式蓄壓器與氧化劑預壓渦輪泵一體化集成，距氧主泵入口近，利于抑制POGO振動，同時可降低箭體對惰性氣體的使用需求，避免惰性氣體進入輸送管路而對發動機性能造成影響。

技術領域

本發明涉及一種注氣式蓄壓器。

背景技術

液體火箭結構與推進系統發生動力學上的強耦合時會導致縱向的低頻振動，該振動常被稱為POGO振動。POGO振動嚴重時會導致推進系統關機、載荷故障、航天員身體不適甚至箭體結構破壞等安全事故。為抑制POGO振動，常在推進劑輸送管路末端、發動機泵入口位置安裝蓄壓器，通過蓄壓器內的氣體來增加管路柔性，改變供應管路的固有頻率，達到與箭體結構錯頻的目的。

相比于現役火箭采用的貯氣式金屬膜盒蓄壓器，注氣式蓄壓器由于其能量值大、可靠性高，可作為新型運載火箭的POGO振動抑制裝置。目前已有注氣式蓄壓器通常使用惰性氣體作為氣體工質，且惰性氣體極易進入發動機中，影響發動機的工作性能。利用目前高壓補燃液氧煤油發動機發生器產生的高溫高壓富氧燃氣作為氣體工質，在簡化結構的同時，可避免惰性氣體進入發動機造成性能下降。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：為解決大型低溫運載火箭POGO振動，本發明公開了一種適用于高壓補燃液氧煤油發動機的基于氧化劑預壓渦輪泵的注氣式蓄壓器，利用驅動氧預壓渦輪后的高溫高壓富氧燃氣作為注氣式蓄壓器的氣體工質，降低箭體對惰性氣體的使用需求，簡化結構的同時避免了惰性氣體進入輸送管路而對發動機的性能造成影響。本發明的注氣式蓄壓器與氧化劑預壓渦輪泵一體化集成，距氧主泵入口近，利于抑制POGO振動。

本發明的技術解決方案是：一種利用氧化劑預壓渦輪燃氣的注氣式蓄壓器，包括氧化劑預壓渦輪泵、單向閥、第一法蘭、第二法蘭、半球形殼體、潛管、控制閥及慣性孔，其中：

蓄壓器分別通過第一法蘭和第二法蘭與低溫液氧輸送管路相連，輸送管路內液體推進劑通過慣性孔進入半球形殼體，并在半球形殼體內形成自由液位和氣體容腔；

在低溫預冷時，液氧經供應管路充滿半球形殼體和氧化劑預壓渦輪泵，實現對注氣式蓄壓器的低溫預冷；

當進入工作狀態時，高壓富氧燃氣經單向閥進入氧化劑預壓渦輪泵的氣體通道，在對預壓泵的渦輪做功后分為兩部分，一部分進入主管路與液氧摻混液化，另一部分注入氣體容腔。氣體容腔壓力升高后，液氧通過慣性孔進入輸送管路中。氣體容腔增大，當液面下降至潛管最高位置時，潛管排氣，液面停止下降。當液氧輸送管內壓力高于氣體容腔內壓力時，氣體容腔被壓縮，液面升高，當液面升高至潛管最高點以上時，潛管開始排液，實現液面在潛管最高點附近調節。通過調節控制閥的開度，可實現潛管排氣或排液的速度。

所述的利用氧化劑預壓渦輪燃氣的注氣式蓄壓器，其氣體工質為高壓補燃液氧煤油發動機燃氣發生器產生的高溫高壓富氧燃氣，且自氧化劑預壓渦輪后引入注氣式蓄壓器。

進一步的，還包括注氣孔，注氣孔設置在殼體的入口位置，通過減小富氧燃氣的流動速度，引導氣體向半球形殼體內壁面方向流動，避免高溫高壓富氧燃氣直吹液氧自由液面和輸送管外壁面。

進一步的，還包括摻混孔，摻混孔設置在氧化劑預壓渦輪泵的出口位置，將過量富氧燃氣引入液氧輸送管內，實現富氧燃氣與液氧的摻混，避免過量的富氧燃氣排向外界。

進一步的，還包括液位計和壓力傳感器，分別用于測量半球形殼體內液氧的高度和氣體容腔內的壓力。液位計和壓力傳感器將信號反饋至控制器，由控制器實現控制閥的動作。