一种用于在轨加注无推力气体排放装置的制作方法

本发明涉及一种用于在轨加注无推力气体排放装置，属于气液分离技术领域，特别是一种用于卫星推进剂贮箱排气装置。

背景技术：

目前卫星在轨加注技术在我国仍处于研制阶段，推进剂贮箱的无推力气体排放是在轨加注系统的核心技术。我国用于在轨加注系统的无推力气体排放装置还没有成熟的产品应用记录。目前在地面上针对气液分离主要采用离心式气液分离技术完成，离心式气液分离技术主要采用旋转部件或设计螺旋流道实现，在旋转部件转速较低或螺旋流道流量较小时无法实现分离功能，存在一定的缺陷。卫星在轨加注系统不仅要实现大流量下的排气功能，而且小流量下需要实现无夹液的排气，避免排气过程中出现液体在真空环境下迅速冻结堵塞排气管路。同时，排气过程中不能对整个卫星产生附加力矩，需要实现无推力排气。因此，用于在轨加注无推力气体排放装置是实现卫星在轨加注的关键。

目前，尚没有关于卫星在轨加注过程气体排放装置的文献。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于在轨加注无推力气体排放装置，本发明利用微重力下表面张力驱动液体原理，结合锐角蓄留能力强的特点，设计气液分离腔室结构和带有通孔蓄留板式叶片，实现微重力下的液体蓄留功能和无夹液排气，同时排气口对称布置，使排气口产生的推力相互抵消，最终实现在轨加注无推力的气体排放。

本发明的技术解决方案是：

一种用于在轨加注无推力气体排放装置，包括：进口结构、气液分离腔室、排气结构、排液结构；

气液分离腔室：采用微重力下表面张力驱动液体的原理将流入的待排气流体分离为气体和液体；

进口结构：安装在气液分离腔室的顶部；用于使待排气流体流入所述气液分离腔室；

排气结构：安装在所述气液分离腔室的侧壁；用于排出所述气体；

排液结构：安装在所述气液分离腔室的底部，用于排出所述液体。

所述气液分离腔室为空腔结构，空腔结构内部包括：板式大叶片和板式小叶片；

多个所述板式大叶片和所述板式小叶片交替排布在所述空腔结构的底部。

所述气液分离腔室的横截面为由直线和圆弧组成的封闭结构，所述封闭结构的底部为由两条直线构成的尖角，尖角开口朝上，圆弧与所述两条直线相切，所述圆弧的开口朝向尖角；

板式大叶片：为至少存在一个直线边的薄板，所述直线边为第一边长，所述薄板端面上等间距开有多行通孔，所述每行通孔圆心的连线平行第一边长；

板式小叶片：为至少存在一个直线边的薄板，所述直线边为第二边长，所述薄板端面上等间距开有多个通孔，所述多个通孔圆心连线平行第二边长；

多个所述板式大叶片和所述板式小叶片交替排布，所述第一边长和所述第二边长重叠作为公共边固定在所述气液分离腔室的底部，所述板式大叶片与第一边长垂直的直角边和所述板式小叶片与第二边长垂直的直角边分别位于所述公共边的两端，所述第一边长和所述第二边长均垂直于所述气液分离腔室的横截面。

所述进口结构：横截面为由直线和圆弧组成的封闭结构，两条所述直线构成的尖角，尖角开口与所述圆弧的开口相对，所述圆弧与所述两条直线相切；所述圆弧的半径r1取值范围为3-6mm，所述尖角α的取值范围为20°～40°。

所述板式大叶片和板式小叶片均为直角三角形薄板，所述板式大叶片和所述板式小叶片上通孔的半径取值范围均为2-5mm，所述板式大叶片和所述板式小叶片上的通孔间距的取值范围均为5-8mm，所述板式大叶片和所述板式小叶片厚度取值范围均为0.5～1mm，所述第一边长和第二边长均为所述直角三角形的直角边。

所述板式大叶片上由所述直角三角形斜边和所述第一边长构成的夹角β取值范围为5-20°，所述板式小叶片上由所述直角三角形斜边和所述第一边长构成的夹角θ取值范围为5-10°。

所述板式大叶片上与所述第一边长垂直的直角边h的长度不大于气液分离腔室高度的一半；所述板式小叶片上与所述第二边长垂直的直角边h2的长度不大于气液分离腔室高度的1/3。

所述气液分离腔室：横截面为由直线和圆弧组成的封闭结构，所述封闭结构的底部为由两条直线构成的尖角，尖角开口朝上，圆弧与所述两条直线相切，所述圆弧的开口朝向尖角；所述圆弧半径r3的取值范围为10～15mm，所述尖角γ的取值范围为20°～40°。

包括2个所述排气结构，所述排气结构为空心圆管，两个空心圆管对称安装在所述气液分离腔室的侧壁上与所述气液分离腔室的内部连通，两个空心圆管的轴线同轴且与所述气液分离腔室横截面平行。

包括2个所述排液结构，所述排液结构为空心圆管，两个空心圆管的轴线垂直于所述气液分离腔室的底部且与所述气液分离腔室的内部连通。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1)本发明空间在轨加注用无推力气体排放装置利用表面张力作用可以实现气体流量不大于20l/min时的气液分离功能，保证气口排出的气体不夹带液体。

2)本发明采用气体排气结构对称布置使排气产生的推力为0，不会对卫星的姿态产生影响。

3)本发明进口结构尖角优选的取值范围为20°～40°，流体进入进口结构时利用表面张力作用驱动液体向进口结构尾部尖角运动。

4)本发明采用板式管理装置，包括板式大叶片和板式小叶片结构，板式大叶片和板式小叶片为直角三角形结构，其中一个锐角角度优选的取值范围为5-20°，板式大叶片和板式小叶片上开有多个通孔，同时板式小叶片和板式大叶片交替排布，该结构实现微重力下的液体蓄积，保证液体和气体分离。

5)本发明优选的板式大叶片的高度为气液分离腔室高度的一半，板式小叶片的高度优选的为气液分离腔室高度的1/3，保证气体顺利排出。

6)本发明气液分离腔室横截面尖角优选的取值范围为20°～40°，尖角可以实现进气过程中利用表面张力驱动液体向一侧运动。

附图说明

图1为本发明一种用于在轨加注无推力气体排放装置结构示意图；

图2为本发明进口结构结构图；

图3为本发明板式大叶片结构图；

图4为本发明板式小叶片结构图；

图5为本发明气液分离腔室结构图。

具体实施方式

本发明的一种用于在轨加注无推力气体排放装置，利用微重力下表面张力驱动液体原理，采用板式液体管理技术和锐角蓄留能力强的特点，设计气液分离腔室4和带有通孔蓄留板式叶片，两者结合实现微重力下的液体蓄留功能，从而实现气液分离达到无夹液排气的目的，同时排气口对称布置，使排气口产生的推力相互抵消，最终完成在轨加注无推力气体排放。

本发明结构中流体从进口结构1进入气液分离腔室4，在压差作用下，流体流动至板式大叶片2和板式小叶片3区域，在表面张力的作用下，待排气流体中的液体向气液分离腔室4的底部汇集，实现气液分离功能，气液分离后的液体由2个排液结构6排出，气体由2个对称分布的排气结构5排出，实现无推力的排气。2个排气结构5为空心圆管，两个空心圆管对称安装在气液分离腔室4的侧壁上与气液分离腔室4的内部连通，两个空心圆管的轴线同轴且与所述气液分离腔室4所述横截面平行。2个排液结构6为空心圆管，两个空心圆管的轴线垂直于气液分离腔室4的底部且与气液分离腔室4的内部连通。

使用本发明装置的循环加注泵的体积是同性能泵的2/3，质量范围在0.4～0.6kg，比转速最低可达18。

实施例，如图1所示，一种用于在轨加注无推力气体排放装置：包括进口结构1、板式大叶片2、板式小叶片3、气液分离腔室4、2个排气结构5和2个排液结构6。进口结构1、排气结构5、排气结构5、排液结构6和排液结构6与气液分离腔室4连通，进口结构1安装在气液分离腔室4顶部右侧，2个排液结构6分别安装在气液分离腔室4底部左右两侧；板式大叶片2和板式小叶片3固定在气液分离腔室4内部。

如图2所示，为本发明进口结构1示意图，其中，进口结构1的横截面为由直线和圆弧组成的封闭结构，两条所述直线构成的尖角，尖角开口与所述圆弧的开口相对，所述圆弧与所述两条直线相切；进口结构1的尖角可以实现进气过程中利用表面张力驱动液体向一侧运动。进口结构1圆弧部分的半径r1取值范围为3-6mm，尖角α的取值范围为20°～40°。

如图3所示，为本发明板式大叶片2结构示意图，板式大叶片2采用厚度范围为0.5～1mm的薄板加工而成，为直角三角形结构，底边为直角边，斜边与底边的夹角β的取值范围为5-20°，三角形薄板上排布有两排共11个通孔，每排通孔圆心的连线平行于直角三角形的底边l，通孔半径r2的取值范围为2-5mm，通孔等间距排布，通孔平行于直角三角形底边l方向的间距l1的取值范围为5-8mm，两排通孔垂直于直角三角形底边l方向的间距h1取值范围为6-10mm，以保证板式大叶片2具有较强的蓄留液体能力。垂直于底边的直角边高度h等于气液分离腔室4高度的一半，保证气体顺利排出。板式大叶片2的数量为3个。

如图4所示，为本发明板式小叶片3结构示意图，板式小叶片3也采用厚度为0.5～1mm的薄板加工而成，为直角三角形结构，底边l2为直角边，斜边与底边l2的夹角θ的取值范围为5-10°，三角形薄板上设置6个半径取值范围为2-5mm的通孔，通孔圆心的连线平行于直角三角形的底边l2，通孔等间距排布，通孔平行于直角三角形底边l2方向的间距l3的取值范围为5-8mm，以保证板式小叶片3具有较强的蓄留液体能力。垂直于底边l2的直角边h2高度的高度为气液分离腔室4高度的1/3，保证液体向气液分离腔室4的尖角处蓄积。板式小叶片3的数量为2个。

如图5所示，为本发明气液分离腔室4结构示意图，气液分离腔室4平行于如图1所述的a面的横截面为由直线和圆弧组成的封闭结构，所述a面垂直于板式大叶片2的底边l和板式小叶片3的底边l2，所述板式大叶片2的底边l和板式小叶片3的底边l2重叠，所述封闭结构的底部为由两条直线构成的尖角，尖角开口朝上，圆弧与所述两条直线相切，所述圆弧的开口朝向尖角。气液分离腔室4的尖角可以实现进气过程中利用表面张力驱动液体向一侧运动。气液分离腔室4圆弧半径r3的取值范围为10～15mm，尖角γ的取值范围为20°～40°。

本发明的无推力气体排放装置，利用微重力下表面张力驱动液体原理，采用板式液体管理技术和锐角蓄留能力强的特点，设计气液分离腔室4结构和带有通孔蓄留板式叶片，两者结合实现微重力下的液体蓄留功能，从而实现无夹液排气，同时排气口对称布置，使排气口产生的推力相互抵消，最终完成在轨加注无推力气体排放。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。