一种适用于多舱段航天器的流体回路系统的制作方法

本发明属于多舱段航天器技术领域，具体涉及一种适用于多舱段航天器的流体回路系统。

背景技术：

返回式卫星已经成为专门用于“微重力科学和空间生命科学”空间实验研究的卫星平台。随着空间科学实验需求的增加，返回式卫星回收舱内的实验载荷设备的数量也是越来越多，平均功耗也比以前更大，尤其现在开展的活体类科学实验项目，对回收舱的温度要求也更加严格。传统的回收舱散热手段已不能满足载荷的需求。

为适应回收舱载荷大功耗的需求，应用流体回路主动热控技术，即在回收舱内部安装冷板收集舱内热耗，通过贯穿回收舱、制动舱、服务舱及密封舱的泵、阀、管路系统将热量传输至位于密封舱外侧的辐射器上，最后辐射器通过辐射将热量排散出舱外。由于返回卫星返回前需要进行两次舱间分离，则需要贯穿四个舱段的流体回路系统具备适应的断接能力以满足舱段分离的要求。

目前流体回路管路一般应用在单舱结构内，很少在跨舱段连接的情况下使用，偶尔使用，也是对于舱段间无在轨分离要求的连接，其舱段间的连接无需考虑在轨动态分离的状态。而要实现流体管路的多舱段连接同时需要在轨分离，则存在以下问题：

1、流体回路管路要跨舱段连接，则其管路连接必须要具备能够随舱段装配或分离相适应的断接器，因此在舱段对接和分开时要考虑断接器的安装，连接、分离等问题，从结构上必须提供相应的安装接口和操作口，增加结构设计的负责性；

2、必须考虑在轨舱段分离时，管路舱间断接器如何实现分离，且分离后不能够使管路里的工质泄露到空间和其它舱体上，这就对断接器的分类提出了较高的要求，传统的包带分离方式无法实现；

3、舱间断接器若采用被动分离方式，则必须要考虑断接器自身分离所需的外界作用力，即作用于断接器的分离力应大于断接器自身的插拔力，这就对舱段分离提出了较高的要求，必须增加舱段分离时的作用力以此来带动断接器分离，且该作用力较大，往往需要付出较大的代价或者面临技术难题。

在卫星高速运行，舱段分离作用力较大时，则可能会使卫星的姿态产生变化，解决的方法是使断接器分离力能够作用于卫星质心，从布局上往往较难实现，传统方法是对称分布断、；接器，由于断接器分离时插拔力有差异，分离不同步等方面的影响，导致该方法并不能消除对卫星姿态的影响，只能尽量降低，采用其它手段来恢复变化的姿态，导致设计时需要增加分析和其它保障手段。另外当断接器在星上的安装无法实现对称布置时，则对姿态影响更加严重。

4、返回式卫星的姿态控制调整设备均布置在服务舱和密封舱组成的仪器舱内，卫星舱段在一次分离后，无法对回收舱和制动舱组成的返回舱进行姿态调整，因此如何减小断接器分离对舱体分离后的姿态影响尤为重要。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种适用于多舱段航天器的流体回路系统，在返回式需要使用解锁螺栓进行两次舱段分离的航天器上，能够通过对流体管路进行布局和舱间连接设计，而不影响返回舱的姿态。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种适用于多舱段航天器的流体回路系统，包括：冷板、流体管路、辐射器、四个液路断接器及分离装置；

其外围设备为：由回收舱、制动舱、服务舱及密封舱顺序对接形成的航天器外形结构和安装在回收舱内的仪器盘；仪器盘的上下表面均安装有舱内设备；

所述冷板内加工有两圈以上同轴的环形孔，且两圈以上的环形孔彼此相通；

所述液路断接器具有自密封功能，液路断接器两端分别为固定端和分离端；四个液路断接器分别为液路断接器Ⅰ、液路断接器Ⅱ、液路断接器Ⅲ和液路断接器Ⅳ；

所述辐射器上设有呈S形分布的管状结构；

所述分离装置用于分离液路断接器的固定端和分离端；

整体连接关系如下：两个冷板分别安装在舱内设备与仪器盘上表面及下表面之间，且两个冷板的环形孔通过管路连通；辐射器固定在密封舱的外表面；

液路断接器Ⅰ和液路断接器Ⅱ均通过分离装置安装在制动舱和服务舱对接处；其中，分离装置通过分离装置安装支架固定在服务舱上，液路断接器Ⅰ和液路断接器Ⅱ的固定端分别与分离装置的固定支架固定连接，液路断接器Ⅰ和液路断接器Ⅱ的分离端分别与分离装置的分离支架固定连接；

液路断接器Ⅲ和液路断接器Ⅳ安装在回收舱和制动舱对接处，且液路断接器Ⅲ和液路断接器Ⅳ位于回收舱的两侧，并沿回收舱的中心轴对称分布；其中，液路断接器Ⅲ和液路断接器Ⅳ的固定端分别通过固定端安装支架与回收舱固定连接，液路断接器Ⅲ和液路断接器Ⅳ的分离端分别通过分离端安装支架与制动舱固定连接；

两路流体管路的一端分别与冷板的环形孔连接，其中一路流体管路的另一端顺序通过液路断接器Ⅲ、液路断接器Ⅰ后，穿过服务舱的壳体，并通过可拆分接头与辐射器的管状结构的入口端连接；另一路流体管路的另一端顺序通过液路断接器Ⅳ、液路断接器Ⅱ后，穿过服务舱的壳体，并与辐射器的管状结构的出口端连接；冷板的环形孔、两路流体管路和辐射器的管状结构形成一条封闭的液体回路，液体回路内充满冷却液。

进一步的，所述流体管路与冷板的环形孔的连接及流体管路与辐射器的管状结构的连接均通过可拆分接头进行可拆卸的连接。

进一步的，所述液路断接器Ⅰ和液路断接器Ⅱ的分离先于制动舱和服务舱的分离。

进一步的，所述液路断接器Ⅲ和液路断接器Ⅳ随回收舱和制动舱的分离进行被动分离。

有益效果：(1)本发明通过在一次分离采用主动分离的方法，即液路断接器分离通过分离装置控制，先于舱段分离；二次分离采用被动分离的方法，通过液路断接器对称布置，并随舱体同时分离；所采用的舱间分离方式和整个管路的布局能够满足流体管路的使用要求，流体管路的舱间分离不影响舱段分离，且对分离后的星体姿态无影响。

(2)本发明进行一次分离中分离装置的设计结构满足刚度强度要求，其动态分离时，其作用力能够满足液路断接器的最大分离力；二次分离中的扰动对再入的最大动压、最大过载和航程影响小于0.4％，可忽略。

(3)本发明的液路断接器进行一次分离的布置无需考虑对称问题，可以布置在需要的任意位置，且布置后先于舱段分离，不会对卫星姿态产生干扰；且两个液路断接器安装在分离装置的同一固定(或分离)支架上，便于进行固定(或分离)支架的设计，以保证液路断接器安装后的尺寸指标要求。

(4)本发明分离装置能够有效解决液路断接器插拔力过大的问题，通过分离装置产生的作用力使断接器进行分离。

(5)本发明进行二次分离中的液路断接器和流体管路采用对称布置的形式，能够减小对分离后对返回舱姿态的影响；

(6)本发明的液路断接器选用自密封的断接器，在分离后能够保证流体管路内的冷却液不泄露，不会污染星体。

(7)本发明的流体管路与仪器盘上的冷板连接及与辐射器的管状结构均采用可拆卸的连接形式，以方便卫星总装过程的操作。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为一次分离的液路断接器的安装示意图。

图3为二次分离的液路断接器的安装示意图。

图4为流体管路与冷板的连接示意图。

其中，1-回收舱，2-制动舱，3-服务舱，4-密封舱，5-仪器盘，6-冷板，7-流体管路，8-辐射器，9-分离装置的固定支架，10-分离装置的分离支架，11-分离装置，12-分离装置安装支架，14-固定端安装支架，15-分离端安装支架，可拆分接头16。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种适用于多舱段航天器的流体回路系统，参见附图1-4，包括：冷板6、流体管路7、辐射器8、四个液路断接器、分离装置11及可拆分接头16；

其外围设备为：回收舱1、制动舱2、服务舱3、密封舱4及仪器盘5；所述回收舱1、制动舱2、服务舱3和密封舱4顺序对接形成航天器的外形结构；仪器盘5安装在回收舱1内，其上下表面均安装有舱内设备；

所述冷板6内加工有两圈以上同轴的环形孔，且两圈以上的环形孔彼此相通；

所述液路断接器选用具有自密封功能的断接器，以满足舱段分离后流体管路7内的冷却液不泄露，同时液路断接器能够随舱体进行对接和分离；液路断接器两端分别为固定端和分离端；四个液路断接器分别为液路断接器Ⅰ、液路断接器Ⅱ、液路断接器Ⅲ和液路断接器Ⅳ；

所述辐射器8上设有呈S形分布的管状结构；

所述分离装置11用于分离液路断接器的固定端和分离端；

所述可拆分接头16为螺栓或卡扣；

整体连接关系如下：两个冷板6分别安装在舱内设备与仪器盘5上表面及下表面之间，用于收集舱内设备产生的热量，且两个冷板6的环形孔通过管路连通；辐射器8固定在密封舱4的外表面；

液路断接器Ⅰ和液路断接器Ⅱ均通过同一个分离装置11安装在制动舱2和服务舱3对接处；其中，分离装置11通过分离装置安装支架12固定在服务舱3上，液路断接器Ⅰ和液路断接器Ⅱ的固定端分别与分离装置的固定支架9固定连接，液路断接器Ⅰ和液路断接器Ⅱ的分离端分别与分离装置的分离支架10固定连接；

液路断接器Ⅲ和液路断接器Ⅳ安装在回收舱1和制动舱2对接处，且液路断接器Ⅲ和液路断接器Ⅳ位于回收舱1的两侧，并沿回收舱1的中心轴对称分布；其中，液路断接器Ⅲ和液路断接器Ⅳ的固定端分别通过固定端安装支架14与回收舱1固定连接，液路断接器Ⅲ和液路断接器Ⅳ的分离端分别通过分离端安装支架15与制动舱2固定连接；

两路流体管路7的一端分别通过可拆分接头16与冷板6的环形孔连接，其中一路流体管路7的另一端顺序通过液路断接器Ⅲ、液路断接器Ⅰ后，穿过服务舱3的壳体，并通过可拆分接头16与辐射器8的管状结构的入口端连接；另一路流体管路7的另一端顺序通过液路断接器Ⅳ、液路断接器Ⅱ后，穿过服务舱3的壳体，并通过可拆分接头16与辐射器8的管状结构的出口端连接；冷板6的环形孔、两路流体管路7和辐射器8的管状结构形成一条封闭的液体回路，液体回路内充满冷却液，用于将热量收集并进行传递；

工作时，回收舱1内部的冷板6收集舱内设备产生的热量，并通过贯穿回收舱1、制动舱2、服务舱3的流体管路7内的冷却液将热量传输至位于密封舱3外的辐射器8上，最后辐射器8通过空间辐射将热量排散出舱外；

当航天器进行舱体分离时：首先，液路断接器Ⅰ和液路断接器Ⅱ的固定端和分离端均通过分离装置11产生的作用力进行分离，且液路断接器Ⅰ和液路断接器Ⅱ分离后均进行自密封，防止流体管路7内的冷却液流出；因此，液路断接器Ⅰ和液路断接器Ⅱ为主动分离，液路断接器Ⅰ和液路断接器Ⅱ的分离先于制动舱2和服务舱3的分离，能够保证液路断接器Ⅰ和液路断接器Ⅱ的分离不会对舱段分离产生影响；然后，在液路断接器Ⅰ和液路断接器Ⅱ的分离后，制动舱2和服务舱3进行一次分离；最后，回收舱1和制动舱2进行二次分离，通过回收舱1和制动舱2分离时的作用力使液路断接器Ⅲ和液路断接器Ⅳ的固定端和分离端同时分开，且液路断接器Ⅲ和液路断接器Ⅳ分离后均进行自密封，防止流体管路7内的冷却液流出；因此，液路断接器Ⅲ和液路断接器Ⅳ为被动分离。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。