基于主动式气液分离技术的航天器表面张力贮箱全自动双向在轨补加装置的制作方法

本发明涉及在轨补加装置领域，具体地，涉及基于主动式气液分离技术的航天器表面张力贮箱全自动双向在轨补加装置。

背景技术：

1、推进剂携带量是制约航天器飞行寿命的关键因素之一，对于卫星领域及载人深空探测领域来说，确保足量的推进剂进入空间并进行长期贮存是实现这些目标的根本保障与前提。若直接从地面携带足量推进剂进入空间，则势必会造成运载工具及有效载荷尺寸巨大、发射与控制难度增大、成本高昂等问题。相对于地面发射直接入轨的进入空间方式，推进剂在轨补加具有显著优势。首先，推进剂在轨补加可有效延长航天器的工作寿命；其次，推进剂在轨补加可显著扩展人类探索空间的范围；最后，推进剂在轨补加可降低航天器研制周期与成本。

2、表面张力贮箱利用表面张力进行液体输送和气液分离，从而为发动机或推力器提供不夹气的推进剂。由于表面张力贮箱具有容积大、重量轻等优点，目前广泛应用于航天器的推进系统中。因此，表面张力贮箱在轨补加技术是未来空间推进系统的重要发展方向之一。在目前已有的研究中，被补加贮箱的气液分离依然局限于依靠流体自身的表面张力来实现，导致最终的补加效率对贮箱气路管嘴安装位置、补加期间的加速度扰动情况和工质流速非常敏感，很难满足未来大容积、大流量且存在加速度扰动情况下的在轨补加需求。此外，表面张力贮箱在轨补加是一个十分复杂的过程，目前已有的表面张力贮箱在轨补加系统均需要较多的天地通信资源和大量的地面人员支持，对于补加过程中的突发事件很难及时处置。

3、综上，现有技术中的表面张力贮箱在轨补加技术无法实现双向、自动化补加和主动式气液分离。本发明所提供的基于主动式气液分离技术的航天器表面张力贮箱全自动双向在轨补加装置能够在较大程度上弥补现有技术的不足。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于主动式气液分离技术的航天器表面张力贮箱全自动双向在轨补加装置。

2、根据本发明提供的一种基于主动式气液分离技术的航天器表面张力贮箱全自动双向在轨补加装置，包括气瓶、贮箱、发动机以及补加管理器，气瓶与贮箱通过自锁阀实现隔离与连通，贮箱与发动机通过自锁阀实现隔离与连通；

3、贮箱之间分别通过补加回路实现隔离与连通，补加管理器采集补加回路上压力传感器、流量计以及推进剂监测装置的输出信号，且补加管理器驱动对接装置主动端、自锁阀以及电动泵实现推进剂在轨自动补加。

4、优选的，气瓶包括第一气瓶和第二气瓶，贮箱包括第一表面张力贮箱和第二表面张力贮箱，发动机包括第一发动机和第二发动机；

5、第一气瓶通过第一自锁阀和第一减压阀与第一表面张力贮箱实现隔离和连通，第一减压阀和第一表面张力贮箱之间设有第五压力传感器，第一表面张力贮箱的出液口通过第十自锁阀与第一发动机实现隔离与连通；

6、第二气瓶通过第二自锁阀和第二减压阀与第二表面张力贮箱实现隔离和连通，第二减压阀与第二表面张力贮箱之间设有第六压力传感器，第二表面张力贮箱的出液口通过第十二自锁阀与第二发动机实现隔离与连通。

7、优选的，第一表面张力贮箱和第二表面张力贮箱结构一致，包括贮箱壳体、带管液通、气路管嘴、转轴、电机、叶片、导线、引线螺塞、气泡陷阱、出液口a、进液口b。贮箱壳体内壁上设有一圈带管液通，带管液通上设有出液口a和进液口b，且出液口a和进液口b分别延伸出贮箱壳体外部，气路管嘴一端延伸出贮箱壳体外部，气路管嘴另一端伸入中空的转轴内部，避免发生干涉，转轴上设有叶片，转轴连接电机，电机连接气泡陷阱，气泡陷阱连接出液口a；

8、电机通过导线和引线螺塞与补加管理器连接，且引线螺塞连接于贮箱壳体上，电机带动转轴转动，转轴带动叶片旋转，实现失重环境下的气液分离。

9、优选的，贮箱壳体、带管液通、气路管嘴、引线螺塞、叶片、转轴、气泡陷阱、出液口a以及进液口b均由抗腐蚀材料制成，电机和导线均包含保护壳体，以实现与推进剂相容；

10、出液口a用于排出推进剂，进液口b用于接收推进剂，以实现推进剂的双向补加。

11、优选的，第一表面张力贮箱和第二表面张力贮箱气腔之间依次通过第三自锁阀、推进剂监测装置、第一对接装置主动端、第一对接装置被动端以及第四自锁阀实现隔离与连通，通过推进剂监测装置监控第一表面张力贮箱和第二表面张力贮箱气腔之间推进剂流通状况；

12、且第一表面张力贮箱和第二表面张力贮箱气腔之间依次串联有第一压力传感器、第三自锁阀、推进剂监测装置、第二压力传感器、第一对接装置主动端、第一对接装置被动端、第三压力传感器、第四自锁阀以及第四压力传感器。

13、优选的，第一表面张力贮箱的出液口a依次通过第七自锁阀、电动泵、流量计、第八自锁阀、第二对接装置主动端、第二对接装置被动端以及第六自锁阀与第二表面张力贮箱的进液口b相连；

14、电动泵为推进剂的流动提供动力，流量计测量推进剂流量，第七自锁阀、第八自锁阀、第二对接装置主动端、第二对接装置被动端以及第六自锁阀实现第一表面张力贮箱和第二表面张力贮箱液腔之间的隔离与连通。

15、优选的，第二表面张力贮箱的出液口a依次通过第九自锁阀、第三对接装置被动端、第三对接装置主动端、第十一自锁阀、电动泵、流量计以及第五自锁阀与第一表面张力贮箱的进液口b相连；

16、第九自锁阀、第三对接装置被动端、第三对接装置主动端、第十一自锁阀以及第五自锁阀实现第一表面张力贮箱和第二表面张力贮箱液腔之间的隔离与连通。

17、优选的，第一表面张力贮箱的出液口a通过第十一压力传感器分别连接第十自锁阀和第七自锁阀，电动泵通过第十四压力传感器分别连接第七自锁阀和第十一自锁阀，流量计通过第八压力传感器分别连接第五自锁阀和第八自锁阀，第一表面张力贮箱的进液口b与第五自锁阀之间设有第七压力传感器，第八自锁阀和第二对接装置主动端之间设有第十二压力传感器，第二对接装置被动端和第六自锁阀之间设有第九压力传感器，第六自锁阀和第二表面张力贮箱的进液口b之间设有第十压力传感器，第二表面张力贮箱的出液口a通过第十三压力传感器分别连接第九自锁阀和第十二自锁阀，第九自锁阀和第三对接装置被动端之间设有第十六压力传感器，第十一自锁阀和第三对接装置主动端之间设有第十五压力传感器。

18、优选的，补加管理器用于采集第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器、第六压力传感器、第七压力传感器、第八压力传感器、第九压力传感器、第十压力传感器、第十一压力传感器、第十二压力传感器、第十三压力传感器、第十四压力传感器、第十五压力传感器、第十六压力传感器、流量计以及推进剂监测装置的输出信号，补加管理器对推进剂补加量和补加系统的健康状态进行监测，且补加管理器通过内置的补加程序驱动第一对接装置主动端、第二对接装置主动端、第三对接装置主动端、第三对接装置被动端、第一自锁阀、第二自锁阀、第三自锁阀、第四自锁阀、第五自锁阀、第六自锁阀、第七自锁阀、第八自锁阀、第九自锁阀、第十自锁阀、第十一自锁阀、第十二自锁阀以及电动泵。

19、优选的，推进剂监测装置包含光线发射器和光电传感器，光线发射器和光电传感器安装在固定位置；

20、当推进剂未流过时，光电传感器能够收到来自光线发射器发射的光线；

21、当推进剂流过时，由于推进剂与气体折射率不同，光电传感器无法收到来自光线发射器发射的光线，光电传感器改变输出信号，以监测是否有推进剂流过。

22、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

23、(1)本发明通过在贮箱内部的旋转叶片，利用气体和液体的密度差实现气液主动分离，防止推进剂提前进入贮箱气路管嘴造成补加中止，极大地提升了补加期间对推进剂流速和加速度扰动的适应性，同时提升了补加效率；

24、(2)本发明通过在贮箱同时设置出液口和进液口，实现了推进剂的双向在轨补加，航天器可根据任务需要灵活设置补加方向，提升了航天器对飞行任务的适应性；

25、(3)本发明实现了表面张力贮箱的全自动在轨补加，减少了在轨补加对天地通信资源的需求量和地面人员的工作量，提高了表面张力贮箱在轨补加的可靠性。