[發明專利]滿足共底零蒸發儲存要求的液氧/液甲烷地面測試系統

在審

• 申請號: 202211451776.6
• 申請日: 2022-11-21
• 公開（公告）號: CN115825146A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 黃永華;胡聰
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01N33/22
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種滿足共底零蒸發儲存要求的液氧/液甲烷地面測試系統，包括：外筒壁、吊掛于其內部的大面積冷屏、液氮腔、設置于外筒壁外的熱水腔、吊掛于大面積冷屏內的液甲烷腔和液氧腔，液甲烷腔與液氧腔共同組成液氧/液甲烷共底貯箱。本發明通過改變液氧/液甲烷腔之間共底夾層材料，測量不同材料對液氧/液甲烷推進劑儲存狀態的影響；通過控制開閉氧氣/甲烷排氣閥破壞零蒸發儲存過程中的液氧/液甲烷狀態平衡，測量平衡恢復過程中的液氧/液甲烷狀態變化；利用液氮對氧氣/甲烷氣進行就地液化獲取液氧與液甲烷，省去有危險的液氧/液甲烷購買和運輸，提高試驗測試過程中的安全性；根據低溫流體穩態蒸發法計量制冷機關閉時通過制冷系統與多層絕熱材料進入儲罐的熱流密度。通過控制系統中的熱邊界溫度模擬屏以及真空控制閥，本發明可在不同熱邊界溫度、不同真空度環境下對液氧/液甲烷推進劑共底零蒸發貯存狀態進行測試。

技術領域

本發明涉及的是一種航天燃料領域的技術，具體是一種滿足共底零蒸發儲存要求的液氧/液甲烷地面測試系統。

背景技術

隨著深空探測航天技術的不斷發展，低溫推進劑要適應未來空間在軌數月甚至數年的長時間貯存任務需求。由于低溫推進劑飽和溫度極低且氣化潛熱較小，貯存過程中易受熱蒸發，難于長期貯存。

采用空間低溫制冷機，通過消耗一定的外部輸入電能，對貯箱內的推進劑進行制冷降溫，實現低溫推進劑的零蒸發是解決上述問題的理想方案。此外，目前在軌貯存的研究主要是關于單種推進劑的獨立貯箱，而實際上推進劑總是由燃料和氧化劑成對使用。關于成對低溫推進劑的共底零蒸發儲存的實驗數據十分匱乏，如液氫/液氧、液氧/液甲烷。在實際應用之前，還需進行大量的性能測試以及優化研究。因此，迫切需要能在地面完整準確地測試低溫推進劑組合共底零蒸發儲存性能的系統。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種滿足共底零蒸發儲存要求的液氧/液甲烷地面測試系統，通過改變液氧/液甲烷腔之間共底夾層材料，測量不同材料對液氧/液甲烷推進劑儲存狀態的影響；通過控制開閉氧氣/甲烷排氣閥破壞零蒸發儲存過程中的液氧/液甲烷狀態平衡，測量平衡恢復過程中的液氧/液甲烷狀態變化；利用液氮對氧氣/甲烷氣進行就地液化獲取液氧與液甲烷，省去有危險的液氧/液甲烷購買和運輸，提高試驗測試過程中的安全性；根據低溫流體穩態蒸發法計量制冷機關閉時通過制冷系統與多層絕熱材料進入儲罐的熱流密度。通過控制系統中的熱邊界溫度模擬屏以及真空控制閥，本發明可在不同熱邊界溫度、不同真空度環境下對液氧/液甲烷推進劑共底零蒸發貯存狀態進行測試。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種滿足共底零蒸發儲存要求的液氧/液甲烷地面測試系統，包括：外筒壁、吊掛于其內部的大面積冷屏、液氮腔、設置于外筒壁外的熱水腔、吊掛于大面積冷屏內的液甲烷腔和液氧腔，其中：液氮腔、熱水腔分別與液甲烷腔和液氧腔相連，液甲烷腔和液氧腔分別與外部甲烷源和氧氣源相連，液甲烷腔與液氧腔共同組成液氧/液甲烷共底貯箱。

所述的大面積冷屏直徑大于液氧腔與液甲烷腔直徑，且嵌套包圍在液氧/液甲烷共底貯箱外側，形狀與其相同，兩者中心重合；大面積冷屏與液甲烷腔和液氧腔之間、大面積冷屏與熱邊界溫度模擬屏之間設有多層絕熱材料。

所述的多層絕熱材料采用但不限于等密度真空多層、變密度真空多層或聚氨酯泡沫中的一種或多種不同組合。大面積冷屏在絕熱材料中位置的改變通過調整大面積冷屏內、外側絕熱材料的多少來實現。

本發明涉及一種基于上述系統的液氧/液甲烷共底零蒸發貯存裝置的測試方法，包括：

1)準備階段：通過分子泵機組將腔內抽真空后，開啟熱水腔的加熱器，開啟制冷系統，通過氦氣循環泵將冷量輸送到冷屏上，將液氧腔與液甲烷腔溫度降低至液氧溫度，避免氧氣/甲烷液化之后的大量蒸發。之后開始進行氧氣、甲烷的液化加注，待液氧腔、液甲烷腔充滿低溫液體后，開啟溫控儀并將熱邊界溫度模擬屏溫度設為預定值；