[发明专利]一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱

说明书

技术领域

本发明涉及低温液体火箭燃料贮箱压力管理系统，具体涉及一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱。

背景技术

运载火箭升空阶段，低温液体燃料必须以一定的压力自贮箱底部排出持续供给发动机。通常采用增压输送系统来保证这一过程的顺利实现，即通过向燃料贮箱气枕区注入气体形成基本稳定的高压环境，驱动液体推进剂顺利输送。降低增压气体消耗量是增压系统优化设计的主要目标。现有的发射水平，进入地球近地轨道(LEO)的发射成本约为每千克10,000～20,000美元。降低增压气体消耗量可显著降低发射成本，除了气体自身质量降低所带来的收益外，硬件质量(气瓶、阀门、管道、支撑结构等)减少所产生的收益更加可观。此外，增压系统整体质量的降低也有利于火箭整体布局与安全工作。鉴于此，国内外学者就增压输送系统开展了持续多年的研究，提出可通过增大气体入口温度，即提高单位气体携带能量来降低增压气体的消耗量。据试验测定，采用氦气增压液氢贮箱时，氦气温度每提高100K，气体消耗量降低约10.0～13.0％。然而，该方式增加了火箭系统的复杂性，增压气体温度过高也会对整个燃料系统的安全运行产生不利影响，限制了气体消耗量进一步降低的潜力。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱，通过抑制气枕与金属壁换热、提高留在气枕区的能量份额来减少气体消耗量，具有结构简单、运行可靠，增压效果显著等优点。

为了达到上述目标，本发明采用的技术方案为：

一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱，包括低温液体贮箱，低温液体贮箱底部设有液体推进剂下排口6，低温液体贮箱上部连接的增压输送管1的端头连接有非扩散型消能器2，低温液体贮箱的金属壁3外侧喷涂一层发泡层4，在金属壁3内侧覆盖一层非金属涂层5。

所述的发泡层4外侧覆盖密封层8，密封层8外侧喷涂反射涂料9，密封层8的材料为yΦ7-21，厚度小于1mm；反射涂料9的材料为XΠ-5237，厚度小于0.1mm。

所述的非扩散型消能器2安装于低温液体贮箱轴线，使高温气流流向液面时，气流扫过的区域位于低温液体贮箱轴线区不与金属壁3内侧的非金属涂层5接触。

所述的非扩散型消能器2采用倒锥形结构，锥形扩张角度在保证增压来流不对非金属涂层5产生直接冲击的前提下尽可能大。

所述的发泡层4采用喷涂工艺，材料为聚氨酯硬质泡沫塑料，厚度为20～30mm。

所述的非金属层涂层5为EP29LPSP耐低温环氧树脂胶，厚度为0.5～1.0mm，导热系数为0.12W/(m·K)，适用范围为4K～408K，在54℃～74℃下热固化6～8小时。

本发明的有益效果：相对于采用扩散型消能器的增压方案，非扩散消能器可在地面预增压阶段减少46.0％的气体消耗量，而在飞行增压阶段减少16.7％。相对于不采用内部表面处理的燃料贮箱，在贮箱内壁喷涂0.5mm厚发泡层的增压气体消耗量可节省约22％，由此可见，本发明对降低增压气体消耗量有显著价值。

附图说明

图1为本发明的低温液体贮箱的结构示意图。

图2为本发明低温液体贮箱的壁面结构示意图。

图3为传统扩散型消能器7对应低温液体贮箱内物理场分布。

图4为本发明非扩散型消能器2对应低温液体贮箱内物理场分布。

具体实施方式

参照图1，一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱，包括低温液体贮箱，低温液体贮箱底部设有液体推进剂下排口6，低温液体贮箱上部连接的增压输送管1的端头连接有非扩散型消能器2，低温液体贮箱的金属壁3外侧喷涂一层发泡层4，在金属壁3内侧覆盖一层非金属涂层5。

参照图2，所述的发泡层4外侧覆盖密封层8，密封层8外侧喷涂反射涂料9，密封层8的材料为yΦ7-21，厚度小于1mm；反射涂料9的材料为XΠ-5237，厚度小于0.1mm。

所述的非扩散型消能器2安装于低温液体贮箱轴线，使高温气流流向液面时，气流扫过的区域位于低温液体贮箱轴线区不与金属壁3内侧的非金属层5接触。

所述的非扩散型消能器2的结构为倒锥形，锥形扩张角度在保证增压来流不对非金属涂层5产生直接冲击的前提下尽可能大。

所述的发泡层4采用喷涂工艺，材料为聚氨酯硬质泡沫塑料，厚度为20～30mm，具有降低环境漏热的功能。