用于管理推进剂的挤压隔离装置的制作方法

1.本发明涉及飞行器推进剂贮存与管理领域，具体地，涉及一种用于管理推进剂的挤压隔离装置，尤其涉及一种波纹式金属隔膜进行液/胶体推进剂管理的柱形金属隔膜贮箱。


背景技术：

2.金属隔膜式贮箱作为重要的推进剂贮箱类型之一，其金属隔膜在气体挤压作用下紧贴液面，避免推进剂晃动，具有排放流量大、排放效率高、可与推进剂长期接触、可靠性高、在侧向过载条件下能可靠排放和工况突变适应能力强等优点，广泛应用于弹、箭、星、器等各类航天器领域。
3.现有的金属隔膜受限于其工作原理只能呈球形、椭球形及带有限锥柱段的类球形结构，无法实现柱形贮箱的推进剂管理。而对于航天器而言，柱形贮箱有利于结构布局、提高空间利用率，是贮箱形态的最佳选择。目前的柱形推进剂贮箱主要采用非金属囊或表面张力装置对推进剂进行管理。非金属囊无法与推进剂长期接触，表面张力装置无法避免推进剂晃动。同时，随着航天器技术的发展，携带更多推进剂的需求日趋明显，采用合理的异形截面(例如扇形截面)的柱形贮箱组合体较采用传统外形的大型单体贮箱更能充分利用安装空间。此外，针对采用双元推进的航天器，双元推进剂共体贮存和管理也是解决航天器有限空间推进剂携带量问题的有效途径。因此需要设计一种金属隔膜以解决上述现有技术的不足。
4.专利文献cn114044169a公开了一种可补加的张力式推进剂贮箱及其制造方法。所述贮箱包括用于推进剂贮存的贮箱壳体(1)、用于推进剂供给和补加的管理装置(2)和用于应对液体晃动的保护装置(3)；所述贮箱壳体(1)由液端壳体(11)、中间段壳体(12)和气端壳体(13)连接组成，所述管理装置(2)由补加放气窗(21)、气泡陷阱(22)、液端通道(23)、连通座(24)、连通管(25)、气端通道(26)和连通环(27)依次连接组成；所述保护装置(3)由放气窗防晃板(31)和通道防晃板(32)构成，但该设计仍然不能解决异形截面的贮箱以及双元推进剂工体贮存的问题，有待进一步改进。专利文献cn103407590b公开了一种空间飞行器地面试验用推进剂贮箱，包括一端开口的贮箱外壳、设置在贮箱外壳内用于储存推进剂的液腔筒体、防旋防晃部件、固定部件，所述固定部件上端固定贮箱外壳开口处；固定部件下端穿过贮箱外壳插入至液腔筒体，固定部件与液腔筒体之间的间隙处横向设置有弹性元件；所述液腔筒体下端与贮箱外壳直接固定，所述液腔筒体下端还设有防晃防旋部件，但该设计也无法解决双元推进剂工体贮存的问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于管理推进剂的挤压隔离装置。
6.根据本发明提供的一种用于管理推进剂的挤压隔离装置，包括贮箱壳体以及布置
在所述贮箱壳体内部的第一金属隔膜、第二金属隔膜；
7.所述第一金属隔膜与所述贮箱壳体的一侧壁形成燃料剂贮存腔，所述第二金属隔膜与所述贮箱壳体的另一侧壁形成氧化剂贮存腔，第一金属隔膜与第二金属隔膜之间形成贮气腔，所述燃料剂贮存腔、氧化剂贮存腔、贮气腔分别连接贮箱壳体上的第一管口、第二管口、第三管口；
8.所述第一金属隔膜、第二金属隔膜均为环状波纹膜，当贮气腔体积最大时，所述第一金属隔膜、第二金属隔膜均能够贴附到贮箱壳体的内壁上；当贮气腔体积最小时，所述第一金属隔膜与第二金属隔膜贴附。
9.优选地，通过第三管口向所述贮气腔内充入或抽出气体能够实现燃料剂贮存腔内燃料剂、氧化剂贮存腔内氧化剂的输入或输出。
10.优选地，所述第一金属隔膜和第二金属隔膜的几何结构相同或者不相同。
11.优选地，所述第一金属隔膜、第二金属隔膜均包括内芯波纹、环状边缘波纹以及两侧分别与内芯波纹、环状边缘波纹无缝连接的具有多环的内侧波纹；
12.所述内芯波纹、内侧波纹、环状边缘波纹依次连接共同形成波纹膜与所述贮箱壳体的内壁形成储存腔储存推进剂。
13.优选地，所述内芯波纹包括内芯平直波纹以及布置在所述内芯平直波纹两端的两个内芯半圆形波纹，所述内芯平直波纹的横截面具有圆弧形波峰或波谷；
14.所述内芯平直波纹的两侧分别具有半个圆弧形波谷或波峰。
15.优选地，所述环状边缘波纹被配置为具有两个边缘平直波纹以及布置在两个所述边缘平直波纹两端的两个边缘半圆形波纹进而使得所述环状边缘波纹形成环状，所述边缘平直波纹与边缘半圆形波纹具有相同的横截面形状，其中，所述边缘平直波纹与边缘半圆形波纹均具有一个圆弧形波峰，所述圆弧形波峰的外侧连接一个圆弧形倾斜波，圆弧形波峰的内侧依次连接一个直线倾斜波和半个圆弧形波谷。
16.优选地，所述内侧波纹中的多个环沿径向向外的方向依次无缝连接并逐渐变大；
17.所述内侧波纹中的每个环具有两个内侧平直波纹，内侧平直波纹的两端连接两个内侧半圆形波纹，所述内侧平直波纹和内侧半圆形波纹具有相同的横截面形状，其中，所述内侧平直波纹和内侧半圆形波纹均具有一个圆弧形波峰，圆弧形波峰的两侧分别连接一个直线倾斜波和半个圆弧形波谷。
18.优选地，所述内芯平直波纹与所述环状边缘波纹具有的边缘平直波纹、所述内侧波纹所具有的内侧平直波纹长度相等。
19.优选地，所述内芯半圆形波纹与所述环状边缘波纹具有的边缘半圆形波纹、所述内侧波纹所具有的内侧半圆形波纹形心相同。
20.优选地，所述内芯波纹、环状边缘波纹、内侧波纹所具有的波纹中相邻圆弧形波峰和波谷的半径相等。
21.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
22.1、本发明打破推进剂贮箱传统金属隔膜形式，实现了常规圆形截面球柱形贮箱的金属隔膜式推进剂管理方式，波纹式金属隔膜较传统的类球形金属隔膜，变形压差低，变形规则，贮箱排放效率高，抗力学环境性好。
23.2、本发明通过设计金属隔膜初始波纹形式、尺寸和个数，可实现非圆形(异形)截
面的最终工作型面，进而实现异形截面的柱形贮箱的推进剂管理，能够满足更多特殊的应用场景。
24.3、本方明通过金属隔膜管理方式的使用，有效解决了目前非金属囊式柱形推进剂贮箱无法长期与推进剂接触的问题，以及表面张力式柱形推进剂贮箱推进剂晃动问题。
25.4、本发明采用非圆形截面的贮箱不仅能够实现整体贮箱的小型化，而且能够根据航天器内部空间合理设计，解决了推进剂贮箱空间大、受规则放置空间限制的难题。
26.5、本发明通过挤压/隔离装置中的两件金属隔膜可实现单一柱形贮箱的多种推进剂贮存和管理需求，实用性强，调节方便。
附图说明
27.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
28.图1为本发明中实施例1的结构示意图；
29.图2为图1的横截面的结构示意图；
30.图3为实施例1中第一金属隔膜或第二金属隔膜的结构示意图；
31.图4为实施例1中第一金属隔膜的结构示意图，其中，图中的虚线为贮气腔充气后第一金属隔膜膨胀后的结构；
32.图5为图4中横截面的结构示意图；
33.图6为本发明中实施例2的结构示意图；
34.图7为图6的横截面的结构示意图；
35.图8为实施例2中第一金属隔膜或第二金属隔膜的结构示意图；
36.图9为实施例2中第二金属隔膜的结构示意图，其中，图中的虚线为贮气腔充气后第二金属隔膜膨胀后的结构；
37.图10为图9中横截面的结构示意图；
38.图11为实施例2中非圆形(异形)截面棱柱形金属隔膜贮箱组装的结构示意图；
39.图12为图11的俯视示意图。
40.图中示出：
41.内芯波纹1
42.内芯平直波纹11
43.内芯半圆形波纹12
44.环状边缘波纹2
45.边缘平直波纹21
46.边缘半圆形波纹22
47.内侧波纹3
48.内侧平直波纹31
49.内侧半圆形波纹32
50.球柱形型面4
51.菱柱形型面5
52.贮箱壳体100
53.第一金属隔膜200
54.第二金属隔膜300
55.燃料剂贮存腔101
56.氧化剂贮存腔102
57.贮气腔103
58.第一管口104
59.第二管口105
60.第三管口106
具体实施方式
61.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
62.实施例1：
63.本发明旨在解决现有技术的常规圆形截面的球柱形贮箱无法采用金属隔膜进行推进剂管理问题、非圆形(异形)截面柱形贮箱的推进剂管理问题、非金属囊式柱形贮箱推进剂长期贮存问题、表面张力式柱形贮箱推进剂晃动问题以及单个柱形贮箱多种推进剂的贮存和管理问题，提供了一种用于管理推进剂的挤压隔离装置，其由一组波纹式金属隔膜构成。通过对构成金属隔膜的初始波纹形式、各几何尺寸和数量进行设计，可实现不同的最终膨胀型面，进而满足不同的贮箱形式。
64.图1展示了一种可实现两种推进剂贮存和管理的常规圆形截面球柱形金属隔膜贮箱。其包括贮箱壳体100以及布置在贮箱壳体100内部的第一金属隔膜200、第二金属隔膜300，第一金属隔膜200与贮箱壳体100的一侧壁形成燃料剂贮存腔101，第二金属隔膜300与贮箱壳体100的另一侧壁形成氧化剂贮存腔102，第一金属隔膜200与第二金属隔膜300之间形成贮气腔103，燃料剂贮存腔101、氧化剂贮存腔102、贮气腔103分别连接贮箱壳体100上的第一管口104、第二管口105、第三管口106，其中，第一管口104作为燃料剂贮存腔101进出燃料剂的通道，第二管口105作为氧化剂贮存腔102进出氧化剂的通道，第三管口106作为贮气腔103进出气体的通道。
65.需要说明的是，通过第三管口106向贮气腔103内充入或抽出气体能够实现燃料剂贮存腔101内燃料剂、氧化剂贮存腔102内氧化剂的输入或输出。具体地，在使用时，可以通过第三管口106向贮气腔103中充气作为燃料剂和氧化剂输出的动力。可以通过第三管口106从贮气腔103中抽气作为燃料剂和氧化剂输入的动力；或者，当向燃料剂贮存腔101、氧化剂贮存腔102中补充推进剂时贮气腔103中的气体可通过第三管口106排出，实现推进剂的充装。
66.进一步地，如图1、图2、图3、图4、图5所示，第一金属隔膜200、第二金属隔膜300均为环状波纹膜，第一金属隔膜200和第二金属隔膜300的几何结构相同，当贮气腔103体积最大时，第一金属隔膜200、第二金属隔膜300均能够贴附到贮箱壳体100的内壁上；当贮气腔103体积最小时，第一金属隔膜200与第二金属隔膜300贴附在一起，燃料剂贮存腔101、氧化
剂贮存腔102的内部充满推进剂。
67.本实施例中，如图3、图4、图5所示，第一金属隔膜200、第二金属隔膜300相对于贮箱壳体100的中心呈中心对称布置，第一金属隔膜200、第二金属隔膜300均包括内芯波纹1、环状边缘波纹2以及两侧分别与内芯波纹1、环状边缘波纹2无缝连接的具有多环的内侧波纹3，内芯波纹1、内侧波纹3、环状边缘波纹2依次连接共同形成完整的波纹隔膜与贮箱壳体100的内壁形成储存腔储存推进剂，组成一个完整液/胶体推进剂管理装置，波纹式隔膜完全展开后，其型面由初始的波纹型面膨胀变形为最终截面呈圆形的球柱形型面4，从而实现隔膜初始型面与最终型面形成的贮箱壳体100内的液/胶体推进剂的挤压供给。
68.内芯波纹1包括内芯平直波纹11以及布置在内芯平直波纹11两端的两个内芯半圆形波纹12，内芯平直波纹11的横截面具有圆弧形波峰或波谷，内芯平直波纹11的两侧分别具有半个圆弧形波谷或波峰。
69.环状边缘波纹2被配置为具有两个边缘平直波纹21以及布置在两个边缘平直波纹21两端的两个边缘半圆形波纹22进而使得环状边缘波纹2形成环状，边缘平直波纹21与边缘半圆形波纹22具有相同的横截面形状，其中，边缘平直波纹21与边缘半圆形波纹22均具有一个圆弧形波峰，圆弧形波峰的外侧连接一个圆弧形倾斜波，圆弧形波峰的内侧依次连接一个直线倾斜波和半个圆弧形波谷。
70.内侧波纹3中的多个环沿径向向外的方向依次无缝连接并逐渐变大，内侧波纹3中的每个环具有两个内侧平直波纹31，内侧平直波纹31的两端连接两个内侧半圆形波纹32，内侧平直波纹31和内侧半圆形波纹32具有相同的横截面形状，其中，内侧平直波纹31和内侧半圆形波纹32均具有一个圆弧形波峰，圆弧形波峰的两侧分别连接一个直线倾斜波和半个圆弧形波谷。
71.本实施例中，内芯平直波纹11与边缘平直波纹21、内侧平直波纹31长度相等，均为600mm；内芯半圆形波纹12与边缘半圆形波纹22、内侧半圆形波纹32形心相同。环状边缘波纹2和多环状的内侧波纹3的波纹形状和尺寸沿其各自的环向保持不变。
72.内芯波纹1、环状边缘波纹2、内侧波纹3所具有的波纹中相邻圆弧形波峰和波谷的半径相等。
73.环状边缘波纹2的波纹倾角α和波纹高度h大于环状内侧波纹3的波纹倾角α和波纹高度h，最终形成球柱形型面4隔膜的环状内侧波纹3的波纹倾角α和波纹高度h由内向外逐渐增加。
74.本实施例中，环状边缘波纹2的波纹倾角α为87
°
，波纹高度h＝60mm，环状内侧波纹3的波纹倾角α由内向外从30
°
逐渐增加至85
°
，波纹高度从10mm逐渐增加至30mm，隔膜厚度为0.5mm。
75.本实施例中，波纹式隔膜采用采用纯铝1050a制造，隔膜厚度为0.2mm～1.5mm。
76.该贮箱工作时，随着贮气腔103内的压力升高，第一金属隔膜200和第二金属隔膜300由初始的波纹型面膨胀变形为最终截面呈圆形的球柱形型面4，并且与贮箱壳体100内型面贴合，从而实现燃烧剂和氧化剂的挤压供给。
77.实施例2：
78.本实施例为实施例1的变化例。
79.本实施例中，第一金属隔膜200和第二金属隔膜300的几何结构不相同，通过第一
金属隔膜200和第二金属隔膜300的几何尺寸差异，实现安装空间适应性更强的菱柱形金属隔膜贮箱的推进剂管理功能，如图11、图12所示。
80.如图6、图7、图8、图9、图10所示，波纹式隔膜完全展开后，其型面由初始的波纹型面膨胀变形为最终截面呈扇形的菱柱形型面5，最终形成菱柱形型面5隔膜的环状内侧波纹3的波纹倾角α和波纹高度h由内向外保持不变，
81.具体地，第一金属隔膜200的环状边缘波纹2的波纹倾角α为87
°
，波纹高度h＝60mm；
82.具体地，第二金属隔膜300的环状边缘波纹2的波纹倾角α为85
°
，波纹高度h＝30mm；
83.具体地，第一金属隔膜200和第二金属隔膜300的环状内侧波纹3的波纹倾角α由内向外从30
°
逐渐增加至85
°
，波纹高度从10mm逐渐增加至30mm；
84.具体地，第二金属隔膜300的环状内侧波纹3的波纹倾角α由内向外保持不变，均为60
°
，波纹高度由内向外保持不变，均为10mm。
85.本发明涉及航天推进领域一种通过安装波纹式隔膜实现液/胶体推进剂调节的挤压隔离装置，通过一个位于贮箱壳体100内部中心区域的内芯波纹1、一个位于隔膜的外侧区域的环状边缘波纹2以及若干位于内芯波纹1和环状边缘波纹2之间的环状内侧波纹3间无缝连接组成一个完整隔膜，两个隔膜组成一个液/胶体推进剂挤压隔离装置，波纹式隔膜完全展开后，其型面由初始的波纹型面膨胀变形为最终的圆形或非圆形(异形)型面，从而实现液/胶体推进剂的供给。本发明有效解决了现有技术的常规圆形截面的球柱形贮箱无法采用金属隔膜进行推进剂管理问题、非圆形(异形)截面柱形贮箱的推进剂管理问题、非金属囊式柱形贮箱推进剂长期贮存问题、表面张力式柱形贮箱推进剂晃动问题以及单个柱形贮箱双元推进剂共体贮存和管理问题。
86.本发明的工作原理如下：
87.在使用时，通过第三管口106向贮气腔103中充气作为燃料剂和氧化剂输出的动力，具体地，在向贮气腔103中充气时可同时调节第一管口104、第二管口105上的阀门以调节燃料剂和氧化剂输出体积的比例。
88.在充装推进剂时，可以通过第三管口106从贮气腔103中抽气作为燃料剂和氧化剂输入的动力，同时打开第一管口104、第二管口105上的阀门，实现推进剂的充装。
89.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
90.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。