[发明专利]一种基于金属网幕两侧压力联动的空间液体获取装置

说明书

一种基于金属网幕两侧压力联动的空间液体获取装置，包括外部包裹有绝热材料层的低温燃料贮箱，低温燃料贮箱的内部设有金属网幕通道，金属网幕通道构成壁面的一部分由金属网幕组成；金属网幕通道的底部出口管路伸出低温燃料贮箱外，并连接有液体泄流阀，金属网幕通道的顶部通过第一压力引管、第一连接阀和装有移动活塞的压力平衡腔的有杆腔连通，移动活塞的有杆腔一侧通过弹簧和弹簧调节螺栓连接，弹簧调节螺栓安装在压力平衡腔上；压力平衡腔的无杆腔通过第二压力引管、第二连接阀和低温燃料贮箱的顶部连通；本发明通过在金属网幕两侧建立压力联动变化机制，保证最大限度的利用金属网幕两侧压差驱动液相的空间获取，增大液体获取效率。

技术领域

本发明属于液氢燃料贮箱在轨气液分离技术领域，具体涉及一种基于金属网幕两侧压力联动的空间液体获取装置。

背景技术

微重力下液氢的气液分离与纯液氢获取技术是实现低温航天未来发展的关键技术之一，利用表面张力实现气液分离最具发展潜力，表面张力式分离方案主要包括板式贮箱与金属网幕通道式液体获取装置(LAD)。

板式贮箱可用于常温推进剂在微重力下的气液分离，但用于低温推进剂，尤其是表面张力极低的氢分离时，效果不佳。为此，NASA开发了基于金属网幕通道的LAD，金属网幕采用微米级别的不锈钢丝按照“织布”的形式经纬相织布置，形成微米级别的微孔；在网幕两侧压差的驱动下，液体将通过微孔进入LAD通道，而将气体阻隔，从而实现全液体获取。在金属网幕LAD有效工作范围内，随着网幕两侧压差的增大，液相汲取速率增加；但当两侧压力达到某一临界压差时，金属网幕隔绝气液相流的能力被破坏，气相也将穿过网幕，造成无法实现气液相的有效分离，定义这一临界压差为“起泡压力”。起泡压力越高，网幕通道实现大流量液体获取与宽范围压力适应的能力越强。

网幕通道的分离能力主要取决于网幕的微观尺度与流体物性，在一个大气压下，氢表面张力仅是氮的22％、是氧与甲烷的15％，造成金属网幕用于氢的气液分离时对应的起泡压力较低，分离效能不佳。已有研究表明，同样结构的金属网幕，实现氮、氧、甲烷分离时的起泡压力约3000～5000Pa，而氢的起泡压力仅有500～800Pa。

采用金属网幕通道LAD开展微重力气液分离时，必须建立网幕通道两侧的工作压差。在实际操作中，低温贮箱的压力、通道内压力均可能随着过程的进行而波动。箱内压力降低或通道内压力升高，引起驱动压差降低而减弱液体获取效率，箱内压力升高或通道内压力降低，则可能超过起泡压力，导致网幕通道LAD工作失效。为此，为了实现气液分离的有效进行，往往会留有较大的冗余，即通过牺牲液体获取效率来换取气液分离的稳定性。

在金属网幕两侧间建立压力联动机制以实现网幕通道LAD高效液相获取目前国内外无公开报道。

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了一种基于金属网幕两侧压力联动的空间液体获取装置，可实现网幕两侧压力联动变化，有利于增大液体获取效率，并提高抗压力波动的能力。

一种基于金属网幕两侧压力联动的空间液体获取装置，包括外部包裹有绝热材料层2的低温燃料贮箱1，低温燃料贮箱1的内部设有金属网幕通道4，金属网幕通道4构成壁面的一部分由金属网幕5组成；金属网幕通道4的底部出口管路伸出低温燃料贮箱1外，并连接有液体泄流阀3，金属网幕通道4的顶部通过第一压力引管8、第一连接阀6和装有移动活塞11的压力平衡腔10的有杆腔连通，移动活塞11的有杆腔一侧通过弹簧13和弹簧调节螺栓12连接，弹簧调节螺栓12安装在压力平衡腔10上；压力平衡腔10的无杆腔通过第二压力引管9、第二连接阀7和低温燃料贮箱1的顶部连通。

所述的低温燃料贮箱1壁面材料为不锈钢、铝合金或聚合物基复合材料。

所述的绝热材料层2由聚氨酯发泡层、多层绝热材料层MLI或二者组合构成，发泡层为喷涂聚氨酯硬质泡沫塑料，MLI由单面镀铝、镀金或双面镀铝、镀金聚酯膜构成，或由单面或双面金属薄膜、非金属间隔相间构成。