一种火箭加注全过冷低温推进剂的系统及方法与流程

本发明涉及用液体火箭，具体为一种火箭加注全过冷低温推进剂的系统及方法。

背景技术：

1、液体火箭的推进剂包括常温推进剂和低温推进剂。低温推进剂因其比冲高、无毒无污染等优势，已经广泛应用于新一代运载火箭。液氧、液甲烷等在比冲方面具有显著优势，成为未来远距离深空探测任务的首选，而液氧/液甲烷组合因其在成本上的显著优势，得到了商业航天领域的高度关注。

2、然而，目前在液体火箭低温推进剂加注过程中，推进剂过冷时，采用大流量全过冷时一部分回流来满足小流量工况，难以根据过冷流量灵活调整实现多种换热面积灵活组合，同时在小流量过冷加注状态时，难以实现多余流量的回温循环，易导致管道冻结，因此需要提供一种火箭加注全过冷低温推进剂的系统及方法。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种火箭加注全过冷低温推进剂的系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。 为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种火箭加注全过冷低温推进剂的系统及方法，包括过冷组件和回温器，所述过冷组件的冷源入口和冷源出口分别连通有液氮供给管道和液氮排出管道，所述回温器的入口与出口分别连通有第一回温管道和第二回温管道，所述过冷组件的底端连通有推进剂总管，且过冷组件的顶端连通有推进剂加注管道，所述过冷组件包括壳体，所述壳体内依次设置有第一过冷器、第二过冷器和第三过冷器，所述第一过冷器、第二过冷器和第三过冷器的进口分别连通有第一进口支阀、第二进口支阀和第三进口支阀，所述第一过冷器、第二过冷器和第三过冷器的出口分别连通有第一支管、第二支管和第三支管，所述第一支管、第二支管和第三支管的一端分别连通有第一出口支阀、第二出口支阀和第三出口支阀，所述推进剂总管的一侧固定连通有推进剂进口总阀，所述第一回温管道上依次设置有第一回流支阀、第二回流支阀和第三回流支阀，所述第一回流支阀、第二回流支阀和第三回流支阀分别与第一支管、第二支管和第三支管相连通。

2、进一步地，所述壳体的一侧依次设置有液位传感器、第一温度传感器和压力传感器，可实现对壳体内液氮的远程监测。

3、进一步地，所述第一进口支阀、第二进口支阀和第三进口支阀均与推进剂总管相连通，所述推进剂总管的另一侧设置有第二低温过滤器。

4、进一步地，所述第一过冷器、第二过冷器和第三过冷器的过冷面积各不相同，所述第一过冷器的过冷面积按照系统需要的最小流量进行设计，所述第二过冷器的过冷面积按照第一过冷器的若干倍过冷面积进行设计。

5、进一步地，所述第一过冷器、第二过冷器和第三过冷器的过冷面积各不相同，过冷面积可以选用为第一过冷器、第二过冷器、第三过冷器、第一过冷器+第三过冷器、第一过冷器+第二过冷器、第三过冷器+第二过冷器、第一过冷器+第三过冷器+第二过冷器的组合。

6、进一步地，所述液氮供给管道的一侧固定连通有液氮进口阀，且液氮供给管道的另一侧设置有第一低温过滤器，所述液氮排出管道的一侧固定连通有液氮出口阀。

7、进一步地，所述第一回温管道的一侧设置有第二温度传感器，第二回温管道的一侧设置有第三低温过滤器，所述第二回温管道的一端固定连通有回温总阀，所述回温总阀的一端与推进剂总管的一端固定连通。

8、进一步地，所述推进剂加注管道的一侧设置有第三温度传感器，所述第一出口支阀、第二出口支阀和第三出口支阀均与推进剂加注管道相连通，所述第三温度传感器可监测推进剂加注口的温度，通过推进剂加注口的温度判断是否与要求的过冷温度相匹配，根据加注实际量和换热面积、换热系数等参数对壳体内液氮液位进行调节，如果温度偏高则调高壳体内液氮液位，温度偏低则降低壳体内液氮液位。

9、进一步地，所述推进剂加注管道的另一侧固定连通有加注控制阀，所述推进剂加注管道的中部设置有第四低温过滤器。

10、一种火箭加注全过冷低温推进剂的方法，其特征在于，用于上述的一种火箭加注全过冷低温推进剂的系统，包括以下步骤：

11、s1、液氮经由液氮槽车或者液氮储罐通过液氮供给管道缓慢加注到过冷组件的壳体中，液氮加注过程同时完成对壳体内第一过冷器、第二过冷器和第三过冷器的预冷，其中第一过冷器的过冷面积按照系统需要的最小流量进行设计，第二过冷器的过冷面积按照第一过冷器的若干倍过冷面积进行设计，第一过冷器、第二过冷器和第三过冷器三部分的过冷面积之和可以满足系统最大过冷流量设计要求；

12、s2、从液源库区或槽车出来的推进剂（液氧/液甲烷）缓慢进入过冷组件，流动速度可以通过推进剂总管上的推进剂进口总阀开度进行控制，于地面对推进剂预冷时，将第一过冷器、第二过冷器和第三过冷器的进出口阀门均打开，即第一进口支阀、第二进口支阀和第三进口支阀打开，第一出口支阀、第二出口支阀和第三出口支阀打开，此时推进剂分别通过将第一过冷器、第二过冷器和第三过冷器同时进行预冷；

13、s3、箭上小流量预冷时，仅打开第一过冷器的第一进口支阀和第一出口支阀，此时推进剂仅通过第一过冷器，进行推进剂过冷加注；如果小流量加注增大时，可以通过断开第一过冷器的第一进口支阀和第一出口支阀、打开第二过冷器的第二进口支阀和第二出口支阀进行过冷加注，还可以通过第一过冷器+第二过冷器同时进行过冷加注；用到大流量加注时，可以使用第一过冷器+第二过冷器+第三过冷器的组合进行过冷；

14、s4、当推进剂不需要大流量过冷时，可以通过第一回流支阀、第二回流支阀和第三回流支阀的开关来控制将对应分区过冷后的推进剂引出到回温器中进行回温，既可以改善液氮液位调节时响应速度慢的缺陷，也可以避免推进剂（尤其是液甲烷）温度过低转化为固体堵塞管道的问题，同时还可以通过调节回温器的参数来控制推进剂过冷的温度。

15、通过本发明提出的一种火箭加注全过冷低温推进剂的系统及方法能够带来如下有益效果：

16、1.该火箭加注全过冷低温推进剂的系统及方法，壳体内设有多个过冷面积不同的第一过冷器、第二过冷器和第三过冷器，实现多种换热面积灵活组合，可根据加注流量快速调整换热面积，且调节壳体内液氮的液位实现过冷面积的调整，方便人员精准控制过冷量和温度，满足火箭加注要求。

17、2.该火箭加注全过冷低温推进剂的系统及方法，回温器连接有第一回温管道和第二回温管道，第一回温管道上依次设置有第一回流支阀、第二回流支阀和第三回流支阀分别与第一支管、第二支管和第三支管相连通，在小流量过冷状态下，可将多余的推进剂引入回温器回温并循环，避免推进剂排放带来的安全隐患，防止推进剂温度过低导致的管道冻结问题，提高过冷加注过程的安全性。

18、应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本发明所欲主张的范围。

1.一种火箭加注全过冷低温推进剂的系统，其特征在于，包括过冷组件（1）和回温器（2），所述过冷组件（1）的冷源入口合成冷源出口分别连通有液氮供给管道（3）和液氮排出管道（4），所述回温器（2）的入口与出口分别连通有第一回温管道（6）和第二回温管道（7），所述过冷组件（1）的底端连通有推进剂总管（5），且过冷组件（1）的顶端连通有推进剂加注管道（8），所述过冷组件（1）包括壳体（101），所述壳体（101）内依次设置有第一过冷器（102）、第二过冷器（103）和第三过冷器（104），所述第一过冷器（102）、第二过冷器（103）和第三过冷器（104）的进口分别连通有第一进口支阀（108）、第二进口支阀（109）和第三进口支阀（110），所述第一过冷器（102）、第二过冷器（103）和第三过冷器（104）的出口分别连通有第一支管、第二支管和第三支管，所述第一支管、第二支管和第三支管的一端分别连通有第一出口支阀（111）、第二出口支阀（112）和第三出口支阀（113），所述推进剂总管（5）的一侧固定连通有推进剂进口总阀（501），所述第一回温管道（6）上依次设置有第一回流支阀（602）、第二回流支阀（603）和第三回流支阀（604），所述第一回流支阀（602）、第二回流支阀（603）和第三回流支阀（604）分别与第一支管、第二支管和第三支管相连通。

2.根据权利要求1所述的一种火箭加注全过冷低温推进剂的系统，其特征在于：所述壳体（101）的一侧依次设置有液位传感器（105）、第一温度传感器（106）和压力传感器（107），可实现对壳体（101）内液氮的远程监测。

3.根据权利要求1所述的一种火箭加注全过冷低温推进剂的系统，其特征在于：所述第一进口支阀（108）、第二进口支阀（109）和第三进口支阀（110）均与推进剂总管（5）相连通，所述推进剂总管（5）的另一侧设置有第二低温过滤器（502）。

4.根据权利要求1所述的一种火箭加注全过冷低温推进剂的系统，其特征在于：所述第一过冷器（102）、第二过冷器（103）和第三过冷器（104）的过冷面积各不相同，所述第一过冷器（102）的过冷面积按照系统需要的最小流量进行设计，所述第二过冷器（103）的过冷面积按照第一过冷器（102）的若干倍过冷面积进行设计。

5.根据权利要求4所述的一种火箭加注全过冷低温推进剂的系统，其特征在于：所述第一过冷器（102）、第二过冷器（103）和第三过冷器（104）的过冷面积各不相同，过冷面积可以选用为第一过冷器（102）、第二过冷器（103）、第三过冷器（104）、第一过冷器（102）+第三过冷器（104）、第一过冷器（102）+第二过冷器（103）、第三过冷器（104）+第二过冷器（103）、第一过冷器（102）+第三过冷器（104）+第二过冷器（103）的组合。

6.根据权利要求1所述的一种火箭加注全过冷低温推进剂的系统，其特征在于：所述液氮供给管道（3）的一侧固定连通有液氮进口阀（301），且液氮供给管道（3）的另一侧设置有第一低温过滤器（302），所述液氮排出管道（4）的一侧固定连通有液氮出口阀（401）。

7.根据权利要求1所述的一种火箭加注全过冷低温推进剂的系统，其特征在于：所述第一回温管道（6）的一侧设置有第二温度传感器（601），第二回温管道（7）的一侧设置有第三低温过滤器（702），所述第二回温管道（7）的一端固定连通有回温总阀（701），所述回温总阀（701）的一端与推进剂总管（5）的一端固定连通。

8.根据权利要求1所述的一种火箭加注全过冷低温推进剂的系统，其特征在于：所述推进剂加注管道（8）的一侧设置有第三温度传感器（803），所述第一出口支阀（111）、第二出口支阀（112）和第三出口支阀（113）均与推进剂加注管道（8）相连通,所述第三温度传感器（803）可监测推进剂加注口的温度，通过推进剂加注口的温度判断是否与要求的过冷温度相匹配，根据加注实际量和换热面积、换热系数等参数对壳体（101）内液氮液位进行调节，如果温度偏高则调高壳体（101）内液氮液位，温度偏低则降低壳体（101）内液氮液位。

9.根据权利要求8所述的一种火箭加注全过冷低温推进剂的系统，其特征在于：所述推进剂加注管道（8）的另一侧固定连通有加注控制阀（801），所述推进剂加注管道（8）的中部设置有第四低温过滤器（802）。

10.一种火箭加注全过冷低温推进剂的方法，其特征在于，用于权利要求1-9任一项所述的一种火箭加注全过冷低温推进剂的系统，包括以下步骤：