[发明专利]一种液氧甲烷推进剂供应系统

说明书

本发明公开一种液氧甲烷推进剂供应系统。液氧甲烷推进剂供应系统由推进剂吹除及预冷分系统、推进剂加注、泄出分系统，推进剂输送分系统，推进剂增压分系统、推进剂排气分系统组成。推进剂吹除采用氦气对贮箱、管路及阀门中的空气及水蒸汽进行吹除，吹除完成后对其进行预冷，保证贮箱、阀门及管路的腔体处于低温状态；推进剂加注、泄出分系统由加注阀、消能器、液位显示传感器、溢出阀等组成；推进剂输送分系统由过滤器、隔离阀、蓄压器等组成；增压分系统采用自增压输送系统，主要由隔离阀、减压阀、压力信号器、过滤器、单向阀等组成；推进剂排气分系统主要由安全阀等组成。该系统满足发动机输送要求，管路、阀门少，加注、脱离方便，可靠性高。

技术领域

本发明属于运载火箭等技术领域，具体涉及一种液氧甲烷推进剂供应系统。

背景技术

液体火箭发动机由于具有性能高、适应性强、工作安全可靠、推进剂价格低廉、对环境污染小、工作寿命长和便于重复使用等优点，在航天领域应用广泛。液氧甲烷发动机具有推进剂资源丰富、无毒无污染、变推力特性好、冷却特性好和维护使用方便等特点，在商业航天有较好的发展前景。目前，美国SpaceX公司的猛禽发动机采用了液氧甲烷推进剂，推力大概在200～300t；蓝色起源公司BE-4液氧甲烷发动机，推力为240t。国内的民营企业蓝箭、星际荣耀等多家都在研发和应用液氧甲烷发动机。

液氧甲烷发动机相对于液氧煤油发动机难度较大，但其效率更高，积碳现象少；相对于液氧液氢效率低，但设计难度较小。液氧甲烷发动机燃料液氧和甲烷属于无毒无污染推进剂，并且燃烧后只生成水和二氧化碳，是一种很好的无毒环保燃料，是未来可重复使用航天推进剂主要的发展方向。

液氧在大气压力下冰点为-218.8℃，沸点-183℃，液态甲烷在大气压力下冰点为-182.5℃，沸点-161℃，同属于低温推进剂，推进剂输送系统是将推进剂按照一定的混合比安全可靠的输送到发动机燃烧室，并保证发动机正常工作，整个系统是一套复杂的多学科交叉的系统工程。

发明内容

本发明的目的在于满足液氧甲烷发动机输送要求的前提下，提出一种箭上液氧甲烷推进剂供应系统，使箭上管路、阀门少，加注、脱离方便，可靠性高的液氧甲烷输送系统。

本发明提出的一种液氧甲烷推进剂供应系统，该系统由推进剂吹除及预冷分系统、推进剂加注、泄出分系统，推进剂输送分系统，推进剂增压分系统、推进剂排气分系统组成。

所述的推进剂吹除是采用氦气等惰性气体对液氧甲烷输送管路、贮箱及阀门中的空气及水蒸汽进行吹除，吹除时，管路及贮箱内的空气及水蒸汽等气体通过贮箱上的排气口排出箭体。吹除完成后对其进行预冷，保证贮箱到发动机之间的管路及泵腔体处于低温状态。预冷采用排放预冷方案，即将液氧/甲烷以一定的流量从推进剂贮箱流经发动机管路和泵等，直到发动机主、副系统的主、副阀前，通过泄出口排出，使发动机及管路获得预冷。排放预冷系统比较简单，所消耗的推进剂在起飞前进行补充。吹除与预冷包括了地面与箭上，为减少箭上设备，推进剂吹除与预冷箭上入口为贮箱的加注口。

所述推进剂加注、泄出分系统是将液氧甲烷从地面贮箱输送到箭上贮箱，其箭上主要设备由加注阀、消能器、液位显示传感器、溢出阀、输送管路等组成；推进剂通过地面连接器与箭上加注阀对接后进行加注，为防止推进剂在加注过程中对贮箱结构强度的影响及防止贮箱箭体产生扰动，贮箱加注口设计在贮箱的底部，并在贮箱加注口设置消能器；通过液位显示传感器确保加注精度；当推进剂加注超过预定值时，溢出阀打开，使多余的推进剂从溢出阀流出贮箱。

所述推进剂输送系统是将推进剂从箭体贮箱输送到发动机泵，为减小输送过程中液体的流阻，尽量减少阀门及管路弯折；输送分系统由过滤器、隔离阀、蓄压器及输送管路等组成。