[发明专利]一种低温运载火箭冷氦气增压降温输送系统

说明书

一种低温运载火箭冷氦气增压降温输送系统，包括置于液氢贮箱液相内的氦气瓶，氦气瓶出口通过第一、第二节流装置和第一、第二鼓泡装置入口连接；第一鼓泡装置位于液氢贮箱的液相内，第二鼓泡装置位于液氧贮箱的液相内；液氢贮箱的液相出口和发动机的第一入口连接，液氧贮箱的液相出口和发动机的第二入口连接，本发明将绝热节流制冷、鼓泡制冷、鼓泡增压、冷氦气瓶内冷能和压能利用有机地结合在一起，实现了低温运载火箭高效增压输送，推进剂冷却降温的双重效果；可将所需增压气体消耗量大幅减少，所需氦气瓶的数量减小，使运载火箭总的起飞质量下降，有效载荷提高，发射成本进一步降低，其增压降温效果取得的优势更加显著。

技术领域

本发明涉及低温运载火箭推进增压输送技术领域，具体涉及一种低温运载火箭冷氦气增压降温输送系统。

背景技术

低温推进剂(如液氢、液氧、液态甲烷等)由于具有无毒、无污染、低成本、高比冲和大推力等优势，成为应用于大型运载火箭最广泛的一组推进剂，其比冲比常温推进剂高30％～40％。然而，低温推进剂只有在可控的贮箱气枕压力下，按照规定的压力和流量将推进剂输送至发动机涡轮泵入口处，才能满足泵的净正抽吸压头要求。通常，低温火箭增压输送方法分为挤压式和涡轮泵式，挤压式输送方法又分为低温介质自身增压和高温氦气增压。挤压式增压输送系统贮箱的增压范围为1～4MPa，涡轮泵式增压输送系统贮箱的增压范围为0.12～0.55MPA，其中增压系统一般占火箭结构总质量的5％～10％。因此，推进增压输送系统是影响火箭、飞行器性能、安全和可靠性的一个重要子系统。

目前，在低温运载火箭上获得大量应用的增压方式是冷氦加热增压技术，即利用氦气作为增压介质，且氦气气瓶浸泡在液氢箱内形成低温高压的氦气，经过减压和加热后用于对贮箱进行增压。虽然氦气加热增压技术已被广泛使用，但仍然存在以下不足：1)贮箱都是带压容器，为了达到增压输送要求，贮箱壁厚就需要相应增加，致使起飞总质量增加；2)贮存在液氢贮箱内的冷量经过加热后，白白浪费，没有更好地利用起来；3)贮存在高压氦气瓶内的压能，通过减压阀后，白白损失；4)高温氦气进入贮箱气枕后，会与推进剂发生热量交换，使推进剂热分层加剧，品质下降，剩余量上升，造成低温推进剂利用率降低。尤其对于低温上面级运载火箭多次启动推进增压系统，如果仍然采用高温氦气增压输运方式，势必造成大量的推进剂为了降温降压而进行大量的排放处理，带走额外的热流，导致推进剂白白浪费。

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低温运载火箭冷氦气增压降温输送系统，既能达到增压输送效果，又可降低推进剂温度，可实现低温火箭总起飞重量减轻，有效载荷提升，成本降低，使冷能和压能充分利用。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种低温运载火箭冷氦气增压降温输送系统，包括置于液氢贮箱10内第一液相11中的氦气瓶1，氦气瓶1出口分别和第一节流装置7、第二节流装置8入口连接，第一节流装置7出口和第一鼓泡装置9入口连接，第二节流装置8出口和第二鼓泡装置19入口连接；

第一鼓泡装置9位于液氢贮箱10内第一液相11中，第二鼓泡装置19位于液氧贮箱21内第二液相20中，冷氦气在第一鼓泡装置9和第二鼓泡装置19中形成氦气泡12；

液氢贮箱10的第一液相11出口和发动机26的第一入口连接，液氧贮箱21的第二液相20出口和发动机26的第二入口连接。

所述的氦气瓶1为高压不锈钢氦气瓶或碳纤维复合材料氦气瓶。

所述的第一节流装置7和第二节流装置8为氦气节流阀。

所述的第一鼓泡装置9和第二鼓泡装置19为圆盘形多孔结构。

所述的液氢贮箱10和液氧贮箱21采用聚氨酯发泡保温。

本发明的有益效果：