[发明专利]满足共底零蒸发储存要求的液氧/液甲烷地面测试系统

说明书

一种满足共底零蒸发储存要求的液氧/液甲烷地面测试系统，包括：外筒壁、吊挂于其内部的大面积冷屏、液氮腔、设置于外筒壁外的热水腔、吊挂于大面积冷屏内的液甲烷腔和液氧腔，液甲烷腔与液氧腔共同组成液氧/液甲烷共底贮箱。本发明通过改变液氧/液甲烷腔之间共底夹层材料，测量不同材料对液氧/液甲烷推进剂储存状态的影响；通过控制开闭氧气/甲烷排气阀破坏零蒸发储存过程中的液氧/液甲烷状态平衡，测量平衡恢复过程中的液氧/液甲烷状态变化；利用液氮对氧气/甲烷气进行就地液化获取液氧与液甲烷，省去有危险的液氧/液甲烷购买和运输，提高试验测试过程中的安全性；根据低温流体稳态蒸发法计量制冷机关闭时通过制冷系统与多层绝热材料进入储罐的热流密度。通过控制系统中的热边界温度模拟屏以及真空控制阀，本发明可在不同热边界温度、不同真空度环境下对液氧/液甲烷推进剂共底零蒸发贮存状态进行测试。

技术领域

本发明涉及的是一种航天燃料领域的技术，具体是一种满足共底零蒸发储存要求的液氧/液甲烷地面测试系统。

背景技术

随着深空探测航天技术的不断发展，低温推进剂要适应未来空间在轨数月甚至数年的长时间贮存任务需求。由于低温推进剂饱和温度极低且气化潜热较小，贮存过程中易受热蒸发，难于长期贮存。

采用空间低温制冷机，通过消耗一定的外部输入电能，对贮箱内的推进剂进行制冷降温，实现低温推进剂的零蒸发是解决上述问题的理想方案。此外，目前在轨贮存的研究主要是关于单种推进剂的独立贮箱，而实际上推进剂总是由燃料和氧化剂成对使用。关于成对低温推进剂的共底零蒸发储存的实验数据十分匮乏，如液氢/液氧、液氧/液甲烷。在实际应用之前，还需进行大量的性能测试以及优化研究。因此，迫切需要能在地面完整准确地测试低温推进剂组合共底零蒸发储存性能的系统。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种满足共底零蒸发储存要求的液氧/液甲烷地面测试系统，通过改变液氧/液甲烷腔之间共底夹层材料，测量不同材料对液氧/液甲烷推进剂储存状态的影响；通过控制开闭氧气/甲烷排气阀破坏零蒸发储存过程中的液氧/液甲烷状态平衡，测量平衡恢复过程中的液氧/液甲烷状态变化；利用液氮对氧气/甲烷气进行就地液化获取液氧与液甲烷，省去有危险的液氧/液甲烷购买和运输，提高试验测试过程中的安全性；根据低温流体稳态蒸发法计量制冷机关闭时通过制冷系统与多层绝热材料进入储罐的热流密度。通过控制系统中的热边界温度模拟屏以及真空控制阀，本发明可在不同热边界温度、不同真空度环境下对液氧/液甲烷推进剂共底零蒸发贮存状态进行测试。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种满足共底零蒸发储存要求的液氧/液甲烷地面测试系统，包括：外筒壁、吊挂于其内部的大面积冷屏、液氮腔、设置于外筒壁外的热水腔、吊挂于大面积冷屏内的液甲烷腔和液氧腔，其中：液氮腔、热水腔分别与液甲烷腔和液氧腔相连，液甲烷腔和液氧腔分别与外部甲烷源和氧气源相连，液甲烷腔与液氧腔共同组成液氧/液甲烷共底贮箱。

所述的大面积冷屏直径大于液氧腔与液甲烷腔直径，且嵌套包围在液氧/液甲烷共底贮箱外侧，形状与其相同，两者中心重合；大面积冷屏与液甲烷腔和液氧腔之间、大面积冷屏与热边界温度模拟屏之间设有多层绝热材料。

所述的多层绝热材料采用但不限于等密度真空多层、变密度真空多层或聚氨酯泡沫中的一种或多种不同组合。大面积冷屏在绝热材料中位置的改变通过调整大面积冷屏内、外侧绝热材料的多少来实现。

本发明涉及一种基于上述系统的液氧/液甲烷共底零蒸发贮存装置的测试方法，包括：

1)准备阶段：通过分子泵机组将腔内抽真空后，开启热水腔的加热器，开启制冷系统，通过氦气循环泵将冷量输送到冷屏上，将液氧腔与液甲烷腔温度降低至液氧温度，避免氧气/甲烷液化之后的大量蒸发。之后开始进行氧气、甲烷的液化加注，待液氧腔、液甲烷腔充满低温液体后，开启温控仪并将热边界温度模拟屏温度设为预定值；