一种航天器流体回路舱间耦合结构的制作方法

1.本发明属于航天器热控制技术领域，具体涉及一种航天器流体回路舱间耦合结构。


背景技术：

2.载人航天飞船、空间站等空间飞行器，主要通过大规模流体回路实现热量的收集、运输、分配以及排散，以达到对航天器热量管理的目的。一般地，流体回路由泵阀设备、管路系统以及管路内的散热液体介质(以下简称为“工质”)构成。
3.对于类似于载人空间站等复杂大型航天器，是由单独的航天器逐个发射到太空中后，再通过交会对接的方式组合进而形成组合体，不断扩大航天器的规模，增强组合体的功能。其中，每个单独的航天器都独立设计和配置流体回路，在轨交会对接形成组合体后，单独航天器的热控流体回路只能为本航天器进行服务。目前国际空间站的各航天器的中温回路是独立设计的，外回路是通过中间换热器将不同独立舱段的外回路耦合起来，形成一个规模更大的外回路，但仅仅能够实现热量的交换这一基本需求，不能满足下述两种情形，其一，当某个航天器的热控任务需要扩展时，需要利用其它航天器的流体回路散热能力实现本航天器散热能力的扩容；其二，当某个舱段的热控流体回路发生类似于循环泵全部不能正常使用或者其外回路不能排散热量的故障时，需要通过其它航天器将故障航天器的热量排散出去。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种航天器流体回路舱间耦合结构，解决了多个航天器在轨通过交会对接形成组合体后，各航天器流体回路之间不能相互支持进而实现功能扩展或故障支持的问题，既可以提高参与流体回路耦合的航天器的热控能力，也可以提供航天器的系统可靠度。
5.本发明是通过下述技术方案实现的：
6.一种航天器流体回路舱间耦合结构，基于两个以上航天器的舱间耦合，包括：舱间耦合软管和两个以上航天器的流体回路；
7.每个航天器的流体回路上均设置有舱间耦合接口，每个航天器的舱间耦合接口与其他航天器的舱间耦合接口均通过舱间耦合软管进行连接，从而实现航天器之间流体回路的舱间耦合。
8.进一步的，当所述航天器个数为两个时，令两个航天器分别为航天器a和航天器b，所述舱间耦合软管为舱间耦合软管ⅰ和舱间耦合软管ⅱ；
9.所述航天器a的流体回路上设置有航天器a舱间耦合接口ⅰ和航天器a舱间耦合接口ⅱ，所述航天器b的流体回路上设置有航天器b舱间耦合接口ⅰ和航天器b舱间耦合接口ⅱ；
10.所述舱间耦合软管ⅰ的两端分别与航天器a舱间耦合接口ⅰ和航天器b舱间耦合接
和航天器e舱间耦合接口ⅱ；所述舱间耦合软管ⅲ上设置有a接口ⅰ、b接口ⅰ和c接口ⅰ；所述舱间耦合软管ⅳ上设置有a接口ⅱ、b接口ⅱ和c接口ⅱ，航天器c舱间耦合接口ⅰ与a 接口ⅰ连接，航天器d舱间耦合接口ⅱ与b接口ⅰ连接，航天器e舱间耦合接口ⅱ与c接口ⅰ连接；航天器c舱间耦合接口ⅱ与a接口ⅱ连接，航天器d舱间耦合接口ⅰ与b接口ⅱ连接，航天器e舱间耦合接口ⅰ与c接口ⅱ连接；通过航天员的手动操作，可以利用舱间耦合软管ⅲ和舱间耦合软管ⅳ两个舱间耦合软管实现三个航天器两两内回路之间的耦合，从而实现舱段间的热量转移和故障下的功能重构。
25.(4)本发明每个所述航天器内回路上均设置有一个以上并联的支路，每个支路的入口都设置有流量调节阀门，航天员可以手动控制流量调节阀门，调节其开度，改变流量调节阀门的流动阻力，进而调节流量调节阀门所在支路的阻力，改变该支路的流量；当需要从一个航天器向另一个航天器进行散热能力调配的时候，航天员可以调节分别位于两个航天器内回路支路上的流量调节阀门，从而使两个航天器之间的耦合流体回路之间产生一定的耦合流量，实现舱段间(即航天器之间)流量的定量转移和调配，同时，在当某一内回路循环泵发生故障时，可以关闭某支路上能够关闭的设备，使该支路不需要工质散热，从而关闭该支路入口的流量调节阀门，以提高其余支路的流量，进而满足相应的散热流量需求。
26.(5)本发明的每个舱间耦合软管均通过液路快速断接器与舱间耦合接口连接，每个液路快速断接器包括固定件和分离件，每个所述液路快速断接器的固定件与舱间耦合接口连接，分离件与舱间耦合软管连接，通过连接液路快速断接器的固定件和分离件，将舱间耦合软管连接至舱间耦合接口；通过设置液路快速断接器，可在固定件和分离件连接的状态下实现两个航天器的流体回路之间密封状态下的工质流通，在固定件和分离件断开的状态下，仍能保证单独航天器的流体回路的密封。
附图说明
27.图1是两个航天器流体回路舱间耦合示意图；
28.图2是三个航天器流体回路舱间耦合示意图；
29.其中，1-航天器a外回路，2-外回路循环泵ⅰ，3-中间换热器ⅰ，4-内回路循环泵ⅰ， 5-支路ⅲ入口流量调节阀门ⅰ，6-支路ⅱ入口流量调节阀门ⅰ，7-支路ⅰ入口流量调节阀门ⅰ，8-航天器a舱间耦合接口ⅰ，9-航天器a舱间耦合接口ⅱ，10-航天器b舱间耦合接口ⅰ，11-支路ⅰ入口流量调节阀门ⅱ，12-支路ⅱ入口流量调节阀门ⅱ，13-支路ⅲ入口流量调节阀门ⅱ，14-内回路循环泵ⅱ，15-外回路循环泵ⅱ，16-航天器b外回路，17-中间换热器ⅱ， 18-航天器b舱间耦合接口ⅱ，19-舱间耦合软管ⅰ，20-舱间耦合软管ⅱ；21-航天器c舱间耦合接口ⅰ，22-航天器c舱间耦合接口ⅱ，23-航天器d舱间耦合接口ⅰ，24-航天器d舱间耦合接口ⅱ，25-航天器e舱间耦合接口ⅰ，26-航天器e舱间耦合接口ⅱ，27-a接口ⅰ，28-a 接口ⅱ，29-b接口ⅱ，30-b接口ⅰ，31-c接口ⅱ，32-c接口ⅰ，33-舱间耦合软管ⅲ，34
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舱间耦合软管ⅳ。
具体实施方式
30.下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
31.实施例1：
32.本实施例提供了一种航天器流体回路舱间耦合结构，基于两个航天器的舱间耦
合，参见附图1，两个航天器分别为航天器a和航天器b，航天器a的流体回路和航天器b的流体回路之间通过舱间耦合软管ⅰ19和舱间耦合软管ⅱ20进行耦合连接，具体结构与连接关系如下：
33.所述航天器a的流体回路上设置有航天器a舱间耦合接口ⅰ8和航天器a舱间耦合接口ⅱ9，所述航天器b的流体回路上设置有航天器b舱间耦合接口ⅰ10和航天器b舱间耦合接口ⅱ18；所述舱间耦合软管ⅰ19的两端分别通过液路快速断接器与航天器a舱间耦合接口
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8和航天器b舱间耦合接口ⅰ10连接，所述舱间耦合软管ⅱ20的两端分别通过液路快速断接器与航天器a舱间耦合接口ⅱ9和航天器b舱间耦合接口ⅱ18连接；
34.所述液路快速断接器均具有自密封功能，所述液路快速断接器包括固定件和分离件，每个所述液路快速断接器的固定件与舱间耦合接口连接，分离件与舱间耦合软管连接；在构建舱间耦合时，通过航天员手动操作，连接液路快速断接器的固定件和分离件，使得舱间耦合软管连接至航天器a的流体回路和航天器b的流体回路之间，将航天器a的流体回路与航天器b的流体回路耦合起来，从而实现两个航天器的流体回路内液体工质密封状态下的的耦合流动；在构建舱间耦合前或者解除舱间耦后，固定件与分离件断开，固定件具有自密封功能，仍能保证单独航天器的流体回路的密封，使得单独航天器的热量正常排散。
35.参见附图1，所述航天器a的流体回路包括航天器a外回路1、航天器a内回路和中间换热器ⅰ3；所述航天器a内回路通过中间换热器ⅰ3与航天器a外回路1耦合连接，实现航天器a内回路与航天器a外回路1之间的热量交换；航天器a内回路为闭合的回路，所述航天器a舱间耦合接口ⅰ8和航天器a舱间耦合接口ⅱ9设置在航天器a内回路上；所述航天器a 内回路上还设置有内回路循环泵ⅰ4，用于驱动航天器a内回路里的工质流动收集热量，收集到的热量通过中间换热器ⅰ3传递给航天器a外回路1；所述航天器a外回路1上设置有外回路循环泵ⅰ2和辐射器，所述外回路循环泵ⅰ24用于驱动航天器a外回路内的工质流动传输热量，最终通过航天器a外回路1上的辐射器将热量排散到外太空；
36.所述航天器b的流体回路包括航天器b内回路、航天器b外回路16和中间换热器ⅱ17；所述航天器b内回路通过中间换热器ⅱ17与航天器b外回路16耦合连接，实现航天器b内回路与航天器b外回路16之间的热量交换；航天器b内回路为闭合的回路，所述航天器b舱间耦合接口ⅰ10和航天器b舱间耦合接口ⅱ18设置在航天器b的内回路上；所述航天器b内回路还设置有内回路循环泵ⅱ14，用于驱动航天器b内回路里的工质流动收集热量，收集到的热量通过中间换热器ⅱ17传递给航天器b外回路16；所述航天器b外回路16上设置有外回路循环泵ⅱ15和另一个辐射器；所述外回路循环泵ⅱ14用于驱动航天器b外回路16内的工质流动传输热量，最终通过航天器b外回路16上的辐射器将热量排散到外太空；
37.所述航天器a内回路上设置有三个并联的支路，每个支路的入口都设置有流量调节阀门，分别为支路ⅲ入口流量调节阀门ⅰ5、支路ⅱ入口流量调节阀门ⅰ6和支路ⅰ入口流量调节阀门ⅰ7；所述航天器b内回路上设置有三个并联的支路，每个支路的入口都设置有流量调节阀门，分别为支路ⅰ入口流量调节阀门ⅱ11、支路ⅱ入口流量调节阀门ⅱ12和支路ⅲ入口流量调节阀门ⅱ13；通过航天员的手动控制流量调节阀门可以调节其开度，改变流量调节阀门的流动阻力，进而调节流量调节阀门所在支路的阻力，改变该支路的流量，以实现不同航天器的支路间流量的定量转移和调配，进而实现航天器之间散热能力的定量转移和调配。
38.工作原理：
39.1)构建舱间耦合：当航天器a与航天器b分别发射进入轨道后，通过交会对接技术将两个航天器之间的组合起来形成一个组合体。航天员通过手动操作连接舱间耦合软管与两个航天器的内回路，即用舱间耦合软管ⅰ19将航天器a舱间耦合接口ⅰ8和航天器b舱间耦合接口ⅰ10连通，用舱间耦合软管ⅱ20将航天器a舱间耦合接口ⅱ9和航天器b舱间耦合接口
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18连通，从而将航天器a内回路和航天器b内回路连通，构建航天器a内回路和航天器b内回路舱段间耦合。
40.2)舱段间散热能力调配：以航天器a向航天器b调配散热能力为例(航天器b向航天器 a调配散热能力同理)，参见附图1，可以增加航天器b内回路的支路ⅰ内工质的流量，首先将支路ⅰ入口流量调节阀门ⅱ11的开度调小一定幅度，使其流阻减小，使该支路的流量增加一定量，然后将支路ⅰ入口流量调节阀门ⅰ7调大一定幅度，使其流阻增加，使该支路的流量减小一定量，那么舱间耦合软管ⅰ19和舱间耦合软管ⅱ20之间就会产生一定的耦合流量，其数值等于航天器a内回路支路ⅰ减小的流量，或者航天器b内回路支路ⅰ增加的流量，从而实现舱段间散热能力的定量调配。
41.3)舱段间故障下功能重构：故障包括某一航天器外回路故障和内回路故障。
42.其中，外回路故障以航天器a外回路1故障，航天器b向航天器a提供功能重构支持为例(航天器a向航天器b提供功能重构支持同理)，当航天器a外回路1不能实现散热时，通过航天器a内回路和航天器b内回路之间工质的耦合流动，可将航天器a内回路工质携带的热量通过航天器b外回路16进行散热，从而实现外回路故障下的功能重构；
43.内回路故障以航天器a内回路的内回路循环泵ⅰ4故障，航天器b向航天器a提供功能重构支持为例(航天器a向航天器b提供功能重构支持同理)，内回路循环泵ⅰ4故障，可以仅利用航天器b内回路的内回路循环泵ⅱ14向航天器a内回路的三条支路和航天器b内回路的三条支路提供流量驱动；同时，可以关闭某支路上能够关闭的设备，使该支路不需要工质散热，从而关闭该支路入口的流量调节阀门，以提高其余支路的流量，进而满足相应的散热流量需求，从而实现内回路故障下的功能重构。
44.4)解除舱间耦合：当航天器a与航天器b需要分离时，航天员通过手动操作，将舱间耦合软管与两个航天器的内回路断开，即将航天器a舱间耦合接口ⅰ8和有航天器b舱间耦合接口ⅰ10之间的舱间耦合软管ⅰ19断开，将航天器a舱间耦合接口ⅱ9和航天器b舱间耦合接口ⅱ18之间的舱间耦合软管ⅱ20的断开，实现航天器a和航天器b的内回路舱间耦合解除。
45.实施例2：
46.本实施例提供了一种航天器流体回路舱间耦合结构，基于三个航天器的舱间耦合，即在实施例1的基础上增加一个航天器，令三个航天器分别为航天器c、航天器d和航天器e，且航天器c的流体回路、航天器d的流体回路和航天器e的流体回路均与航天器a或航天器b 的流体回路相同，航天器c的流体回路、航天器d的流体回路和航天器e的流体回路之间通过舱间耦合软管ⅲ33和舱间耦合软管ⅳ34耦合连接，具体结构与连接关系如下：
47.所述航天器c的内回路上设置有航天器c舱间耦合接口ⅰ21和航天器c舱间耦合接口
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22，所述航天器d的内回路上设置有航天器d舱间耦合接口ⅰ23和航天器d舱间耦合接口
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24，所述航天器e的内回路上设置有航天器e舱间耦合接口ⅰ25和航天器e舱间耦合接口
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26；
48.所述舱间耦合软管ⅲ33上设置有a接口ⅰ27、b接口ⅰ30和c接口ⅰ32；所述舱间耦合软管ⅳ34上设置有a接口ⅱ28、b接口ⅱ29和c接口ⅱ31；
49.三个航天器的内回路与软管的连接关系如下：
50.航天器c舱间耦合接口ⅰ21与a接口ⅰ27连接，航天器d舱间耦合接口ⅱ24与b接口ⅰ30连接，航天器e舱间耦合接口ⅱ26与c接口ⅰ32连接；航天器c舱间耦合接口ⅱ22与 a接口ⅱ28连接，航天器d舱间耦合接口ⅰ23与b接口ⅱ29连接，航天器e舱间耦合接口
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25与c接口ⅱ31连接，从而实现三个航天器内回路的耦合；所述连接均通过液路快速断接器进行连接。
51.工作原理：
52.构建舱间耦合：当三个航天器分别发射进入轨道后，通过交会对接技术将三个航天器之间的组合起来形成一个组合体。航天员通过手动操作，利用舱间耦合软管ⅲ33和舱间耦合软管ⅳ34实现三个航天器两两内回路之间的耦合。以航天器d与航天器e耦合为例，航天员将 b接口ⅱ29与航天器d舱间耦合接口ⅰ23连通，c接口ⅱ31与航天器e舱间耦合接口ⅰ25连通，将b接口ⅰ30与航天器d舱间耦合接口ⅱ24连通，保持航天器c舱间耦合接口ⅰ21与a 接口ⅰ27断开、航天器c舱间耦合接口ⅱ22与a接口ⅱ28断开，则实现了以航天器d与航天器e的耦合。更多数量的航天器的舱间耦合原理类似，可以此为基础类推。
53.其余实施方式和工作原理与实施例1相同，此处不在赘述。
54.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。