一种压力和流量协同调控的推进剂液体获取装置的制作方法

1.本发明涉及低温推进剂气液分离的流量调控技术领域，尤其是涉及一种压力和流量协同调控的推进剂液体获取装置。


背景技术：

2.液氧、液氢和液态甲烷等低温流体具有高比冲、高推力和无毒无污染等优点，而被广泛应用于航天器的推进系统。由于推进系统内的气液两相流会导致空泡和发动机叶片的气蚀等问题，因此，大多数飞行器的推进系统都要求单相的推进剂液体进入发动机。表面张力推进剂贮箱是目前使用最为广泛的推进剂贮存和管理设备，贮箱内壁布置的液体获取装置为发动机和航天器持续提供不夹杂气体的单相推进剂液体，具有可靠性高、与推进剂相容性好等特点。
3.目前普遍采用的液体获取装置主要有叶片式和筛网式两种。叶片式液体获取装置结构简单，轻便，但毛细力弱，不适用于大流量和大加速度的工作环境。而筛网通道式液体获取装置由于其结构简单、性能稳定、可以在更高的加速度工作区间下提供更大流量的液体推进剂，是目前应用最为广泛的推进剂液体管理装置。
4.推进剂液体获取装置在工作时，推进剂液体流过筛网的压力损失主要来源于流体流过金属筛网产生的阻力，流体流经致密的金属筛网会产生巨大的压力损失。由于推进剂液体在通道出口处汇聚流出，因此沿着通道方向速度逐渐增大，导致压降沿着通道长度方向逐渐增大，根据相关数值计算结果，靠近通道出口管侧的压降比入口处的压降高近75％。因此，在靠近出口管的沿程压降是推进剂液体获取装置的主要压力损失，有必要降低该部分的压降来降低推进剂液体获取系统内的整体压降。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种压力和流量协同调控的推进剂液体获取装置，适用于使用低温推进剂的空间飞行器推进系统，提高了推进剂液体获取装置的液体出流流量，降低了系统的阻力损失。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
7.根据本发明的一个方面，提供了一种压力和流量协同调控的推进剂液体获取装置，包括：
8.流动通道；
9.第一密封槽和第五密封槽，分别设在流动通道的最左端和最右端；
10.第二密封槽、第三密封槽和第四密封槽，从左到右依次焊接在流动通道的两侧壁面上；
11.一级筛网，连接在第一密封槽和第二密封槽之间的流动通道的上底面；
12.二级筛网，连接在第二密封槽和第三密封槽之间的流动通道的上底面；
13.三级筛网，连接在第三密封槽和第四密封槽之间的流动通道的上底面；
14.四级筛网，连接在第四密封槽和第五密封槽之间的流动通道的上底面；
15.用来引流推进剂液体的盖板，设在流动通道上方；
16.流出管道，设在流动通道下方。
17.作为优选的技术方案，所述的流动通道为不锈钢或铝合金材料制作而成的通道。
18.作为优选的技术方案，所述的第一密封槽、第二密封槽、第三密封槽、第四密封槽和第五密封槽均为不锈钢或铝合金制作而成的密封槽。
19.作为优选的技术方案，所述的密封槽的两端通过氩弧焊分别焊接到流动通道的两侧壁面上。
20.作为优选的技术方案，所述的一级筛网、二级筛网、三级筛网和四级筛网均采用直径在微米级的不锈钢丝或铜丝按照经丝纬丝相交编织而成的筛网。
21.作为优选的技术方案，所述的筛网内部形成微米级的孔隙，筛网的目数随着级数增加而逐渐减小，根据实际情况对每一级选用不同目数和不同编织类型的筛网。
22.作为优选的技术方案，所述的筛网选用荷兰斜纹编织类型的金属筛网。
23.作为优选的技术方案，所述的筛网采用电子束焊接的方式与密封槽连接。
24.作为优选的技术方案，所述的盖板为采用铝合金或不锈钢制作而成的盖板。
25.作为优选的技术方案，所述的流出管道为铝合金或不锈钢制作而成的流出管道。
26.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
27.(1)本发明克服现有技术的不足，提出推进剂获取装置压力
‑
流量调控技术，可以根据实际工况进行调节，实现不同流量的配比，提升了推进剂液体获取系统的工作效率和扩大了工况调节范围。
28.(2)本发明通过沿着通道方向布置不同目数的金属筛网，在保证稳定提供不夹杂推进剂蒸气的前提下，降低推进剂液体的压降损失，从而保证液体获取系统更大流量的推进剂液体输送，提高了推进剂贮箱的液体输运效率，减少了能量损耗。
29.(3)本发明中金属筛网的密封焊接技术，提出了“v”型密封槽的筛网焊接密封的方法，保证了推进剂液体获取装置的泡破点压力不会降低。
附图说明
30.图1为本发明较佳实例的结构原理图；
31.图2为本发明较佳实例的金属筛网布置方式原理图；
32.图3为本发明较佳实例的密封槽与金属筛网焊接方式原理图；
33.图4为本发明较佳实例的筛网排布方式及其他排布方式下通道进口和出口压力的沿程分布曲线图；
34.图5为本发明较佳实例的筛网排布方式及其他排布方式下通道进出口的压降曲线图；
35.图6为本发明较佳实例的筛网排布方式及其他排布方式下液体获取装置输送液体的质量流量曲线图；
36.图7为本发明较佳实例的筛网排布方式及其他排布方式下筛网压力分布的标准偏差曲线图；
37.图8为本发明较佳实例的筛网排布方式下压力和流量的沿程分布曲线图。
38.其中1为流动通道，2为第一密封槽，3为一级筛网，4为第二密封槽，5为二级筛网，6为第三密封槽，7为三级筛网，8为第四密封槽，9为流出管道，10为第五密封槽，11为四级筛网，12为盖板。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
40.如图1所示，本发明一种提高流量并降低压降的推进剂液体获取装置，有利于在推进剂液体获取装置总体压降限制的条件下提高推进剂液体输送流量，提升推进剂液体获取系统的液体出流效率，该装置的主体结构为流动通道1，流动通道1的最左端和最右端分别设有第一密封槽2和第五密封槽10；第二密封槽4、第三密封槽6和第四密封槽8通过氩弧焊将槽的两端分别焊接到流动通道1的两侧壁面；流动通道1的上底面布置不同目数的不锈钢金属筛网，分别是一级筛网3、二级筛网5、三级筛网7以及四级筛网11；一级筛网3的左右端采用电子束焊接的方式连接至第一密封槽2和第二密封槽4，同样，二级筛网5的左右端采用电子束焊接的方式连接至第二密封槽4和第三密封槽6，三级筛网7的左右端采用电子束焊接的方式连接至第三密封槽6和第四密封槽8，四级筛网11的左右端采用电子束焊接的方式连接至第四密封槽8和第五密封槽10，在通道箱体的上方设有盖板12用来引流推进剂液体；通道1下方的最右侧是推进剂液体的流出管道9，是流体汇聚流出液体获取装置的管道。
41.本发明的工作原理如下：
42.本发明通过在液体获取装置面向流体侧的贮箱壁面布置不同目数的金属筛网，可以保证在满足推进剂气液分离的前提下，降低系统的压降损失，提高推进剂液体的出流流量。夹杂着推进剂蒸气的低温流体通过推进剂液体获取装置的挡板12与流动通道1上壁面间的狭缝入口进入，然后分别流过一级筛网3、二级筛网5、三级筛网7以及四级筛网11，由于较高压力的流体对应需要更高目数的筛网实现气液分离的效果，因此，目数的大小顺序分别为一级筛网3>二级筛网5>三级筛网7>四级筛网11。随着流体沿着多孔壁和通道内流动，压力不断降低，速度不断增加，此时布置泡破点压力较小的筛网能实现较低的压力损失，从而提供更大流量的推进剂液体输送。推进剂液体流过一级筛网3、二级筛网5、三级筛网7和四级筛网11后进入流动通道1，向出口管9除汇聚流出推进剂贮箱。
43.实施例1
44.在本实施例中，航天推进剂选用液氧，一种典型的液体获取装置的尺寸为筛网区域长度为300mm，
45.在本实施例中，所述的流动通道壁面1材料为不锈钢，流动通道1的截面为矩形，采用直通道，推进剂液体选用液氧。
46.在本实施例中，所述的金属筛网2采用直径在微米级的不锈钢丝、铜丝等按照经丝纬丝相交编织而成，形成微米级的孔隙。金属筛网2面向流体侧布置。
47.在本实施例中，如图2所示，所述的一级筛网2选用荷兰斜纹500
×
3500，二级筛网3选用荷兰斜纹450
×
2750，三级筛网4选用荷兰斜纹325
×
2300，四级筛网5选用荷兰斜纹200
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1400。筛网长度均为75mm，筛网与密封槽7之间采用电子束焊的方式进行连接。
48.在本实施例中，所述的流动通道1的壁面材料为不锈钢材料。
49.在本实施例中，所述的第一密封槽2，第二密封槽4、第三密封槽6、第四密封槽8和第五密封槽10材质均为不锈钢材料。
50.在本实施例中，所述的流出管道9材质为不锈钢。
51.在本实施例中，所述的盖板12材质为不锈钢。
52.在本实施例中，如图3所示，所述的第一密封槽2、第二密封槽4与一级筛网3的焊接方法是：采用搭接的方法，将金属筛网和密封槽进行电子束焊接。
53.在本实施例中，如图4所示，本实施例中筛网的排布方式为正向排布，即通道从左到右的方向筛网的目数由高到低，分别将本实施例的压力分布和反向排布以及另外四种单个筛网排布形式的结果进行了对比，可以看出本实施例中正向排布的筛网的出口压力仅仅低于165
×
800的单种筛网，远远大于另外四种工况。如图5所示，正向排布的筛网压降分别比反向排布、200
×
1400、325
×
2300和450
×
2750降低了124pa、291pa、1341pa和1516pa。如图6所示，本实施例中液体获取装置输送液体的质量流量分别比反向排布、200
×
1400、325
×
2300和450
×
2750提高了1.71％，0.69％，6.02％，17.54％和20.45％。最后，对本实施例中通道内的流体压力沿流动方向分布的均匀性进行考察，如图7所示，本实施例中筛网压力分布的标准偏差分别比反向排布、165
×
800、200
×
1400和325
×
2300降低了17.56％、18.59％、10.30％、4.54％。如图8所示为本实施例中压力和流量沿程的分布，从液体获取装置左端到右端的压力逐渐降低，流量逐渐增大，实现了液体获取装置沿程压力和流量的协同调控。因此，一种压力和流量协同的推进剂液体获取装置，在保证气液分离稳定的前提下，降低了整个通道内的流动压降并提高了液体输送的流量，同时改善了通道内压力分布的均匀性。
54.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。