适应温度交变的空间飞行器推进剂安全管理装置及使用方法与流程

本发明涉及推进剂在轨安全管理装置领域，具体地，涉及适应温度交变的空间飞行器推进剂安全管理装置及使用方法。

背景技术：

1、空间飞行器尤其是近地轨道飞行器在轨期间，由于太阳入射角及光照条件反复周期变化，导致推进剂贮箱存在高低温交变环境因而存在一定的推进剂体积变化。

2、金属膜片贮箱具有排放效率高、适应过载能力强、晃动力小等优点，然而金属膜片贮箱的金属膜片在设计上不具备反复运动的耐疲劳特性，无法适应温度交变带来的推进剂体积变化。如果采用传统温控方案，为保证在轨金属膜片贮箱在温度交变环境下安全工作，需要非常严格的控制在轨推进剂的温度变化范围。

3、金属膜盒贮箱具有高可靠的反复疲劳运动特性，常用于空间可重复补加系统。但其只适合柱形结构，重量较重、尺寸较长、排放效率也相对低。如完全采用金属膜盒贮箱方案，则系统需要牺牲部分空间及重量资源。

4、研制一种既适应温度交变、又能兼顾系统空间及重量资源的空间飞行器推进剂安全管理装置，成为当前空间推进系统研制的迫切需要。

5、目前国内没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的公开资料。

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适应温度交变的空间飞行器推进剂安全管理装置及使用方法。

2、根据本发明提供的一种适应温度交变的空间飞行器推进剂安全管理装置，包括金属膜片贮箱、补偿膜盒、气路管路以及液路管路，金属膜片贮箱的气路和补偿膜盒的气路通过气路管路连通，液路管路连通金属膜片贮箱的液路和补偿膜盒的液路；

3、金属膜片贮箱承载推进剂，补偿膜盒用于补偿推进剂因为温度变化而带来的体积变化。

4、优选的，金属膜片贮箱包括气路接口、贮箱气腔、金属膜片、贮箱液腔以及液路接口，气路接口设于贮箱气腔上，贮箱气腔通过金属膜片与贮箱液腔分隔，贮箱液腔上设有液路接口；

5、气路接口连接气路管路，贮箱气腔用于承载增压气体，贮箱液腔用于承载推进剂，并通过金属膜片隔开增压气体和推进剂，液路接口连接液路管路。

6、优选的，补偿膜盒包括气路封头、膜盒气腔、膜盒组件、膜盒液腔以及液路封头，膜盒气腔上设有气路封头，膜盒气腔通过膜盒组件与膜盒液腔分隔，膜盒液腔上设有液路封头；

7、气路封头与气路管路连接，膜盒气腔用于承载增压气体，膜盒液腔用于承载推进剂，膜盒组件用于隔开增压气体和推进剂，且膜盒组件采用可拉伸设计，膜盒组件动态调节膜盒气腔和膜盒液腔的容腔比例，液路封头与液路管路连接。

8、优选的，气路管路将气路接口与气路封头相连通，从而实现贮箱气腔与膜盒气腔的连通；

9、液路管路将液路接口与液路封头相连通，从而实现贮箱液腔与膜盒液腔的连通。

10、优选的，当空间飞行器温度上升时，贮箱液腔中的推进剂经过液路管路进入膜盒液腔并推动膜盒组件运动，使膜盒液腔容积增大、膜盒气腔容积减小，膜盒气腔压缩后多余的气体经由气路封头、气路管路、气路接口进入贮箱气腔并使系统达到压力平衡；

11、当空间飞行器温度下降时，推进剂自膜盒液腔经液路管路回流进入贮箱液腔。

12、优选的，补偿膜盒利用膜盒组件的往复运动实现膜盒液腔容积的动态变化，补偿金属膜片贮箱内推进剂的体积变化，从而避免由于金属膜片贮箱的金属膜片往复位移而可能发生的疲劳失效，实现空间飞行器在周期性温度交变下的推进剂安全管理。

13、优选的，金属膜片贮箱的启动压差为贮箱气腔压力-贮箱液腔压力，金属膜片贮箱的反向压差为贮箱液腔压力-贮箱气腔压力；

14、金属膜片贮箱的启动压差大于0.07mpa，金属膜片发生翻转的反向压差大于0.2mpa，金属膜片向下移动并推动贮箱液腔中的推进剂向下游流动；

15、金属膜片贮箱的启动压差小于等于0.07mpa，金属膜片的反向压差小于等于0.2mpa以下时，金属膜片不发生移动。

16、优选的，补偿膜盒的启动压差不大于0.02mpa，且补偿膜盒小于金属膜片的启动压差0.07mpa；

17、补偿膜盒的启动压差为膜盒气腔压力-膜盒液腔压力。

18、本发明还提供了一种适应温度交变的空间飞行器推进剂安全管理装置的使用方法，具体操作步骤如下：

19、s1、先将气路抽真空，再将液路抽真空；

20、s2、按照“补偿膜盒承受最高0.3mpa的负压差”的原则进行加注并在地面待发阶段保持“补偿膜盒承受最高0.3mpa的负压差”；

21、s3、同时，金属膜片处于初始位置，补偿膜盒的膜盒组件处于最大行程拉伸状态；

22、s4、在发射前金属膜片贮箱进行增压充填。

23、优选的，在步骤s4中，由于补偿膜盒启动压差较小，增压后补偿膜盒先动，直至补偿膜盒受压后正向压差大于等于金属膜片压差时，金属膜片才启动工作；增压完成后，气、液腔压力达到平衡，此时金属膜片保持在相应位置，而膜盒组件处于压缩位置。

24、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

25、本发明采用大容积金属膜片贮箱与小容积补偿膜盒进行组合，金属膜片贮箱在轨温度交变导致的推进剂体积变化由补偿膜盒补偿，保证了金属膜片的位置在飞行器在轨运行期间保持不动，提高了金属膜片贮箱的工作可靠性和安全性。

技术特征：

1.一种适应温度交变的空间飞行器推进剂安全管理装置，其特征在于，包括金属膜片贮箱(1)、补偿膜盒(2)、气路管路(3)以及液路管路(4)，所述金属膜片贮箱(1)的气路和所述补偿膜盒(2)的气路通过气路管路(3)连通，所述液路管路(4)连通所述金属膜片贮箱(1)的液路和所述补偿膜盒(2)的液路；

2.根据权利要求1所述适应温度交变的空间飞行器推进剂安全管理装置，其特征在于，所述金属膜片贮箱(1)包括气路接口(11)、贮箱气腔(12)、金属膜片(13)、贮箱液腔(14)以及液路接口(15)，所述气路接口(11)设于所述贮箱气腔(12)上，所述贮箱气腔(12)通过所述金属膜片(13)与所述贮箱液腔(14)分隔，所述贮箱液腔(14)上设有液路接口(15)；

3.根据权利要求2所述适应温度交变的空间飞行器推进剂安全管理装置，其特征在于，所述补偿膜盒(2)包括气路封头(21)、膜盒气腔(22)、膜盒组件(23)、膜盒液腔(24)以及液路封头(25)，所述膜盒气腔(22)上设有所述气路封头(21)，所述膜盒气腔(22)通过所述膜盒组件(23)与所述膜盒液腔(24)分隔，所述膜盒液腔(24)上设有所述液路封头(25)；

4.根据权利要求3所述适应温度交变的空间飞行器推进剂安全管理装置，其特征在于，所述气路管路(3)将所述气路接口(11)与所述气路封头(21)相连通，从而实现所述贮箱气腔(12)与所述膜盒气腔(22)的连通；

5.根据权利要求3所述适应温度交变的空间飞行器推进剂安全管理装置，其特征在于，当空间飞行器温度上升时，所述贮箱液腔(14)中的推进剂经过所述液路管路(4)进入所述膜盒液腔(24)并推动所述膜盒组件(23)运动，使所述膜盒液腔(24)容积增大、所述膜盒气腔(22)容积减小，所述膜盒气腔(22)压缩后多余的气体经由所述气路封头(21)、所述气路管路(3)、所述气路接口(11)进入所述贮箱气腔(12)并使系统达到压力平衡；

6.根据权利要求5所述适应温度交变的空间飞行器推进剂安全管理装置，其特征在于，所述补偿膜盒(2)利用所述膜盒组件(23)的往复运动实现所述膜盒液腔(24)容积的动态变化，补偿所述金属膜片贮箱(1)内推进剂的体积变化，从而避免由于所述金属膜片贮箱(1)的所述金属膜片(13)往复位移而可能发生的疲劳失效，实现空间飞行器在周期性温度交变下的推进剂安全管理。

7.根据权利要求2所述适应温度交变的空间飞行器推进剂安全管理装置，其特征在于，所述金属膜片贮箱(1)的启动压差为所述贮箱气腔(12)压力-所述贮箱液腔(14)压力，所述金属膜片贮箱(1)的反向压差为所述贮箱液腔(14)压力-所述贮箱气腔(12)压力；

8.根据权利要求7所述适应温度交变的空间飞行器推进剂安全管理装置，其特征在于，所述补偿膜盒(2)的启动压差不大于0.02mpa，且所述补偿膜盒(2)小于所述金属膜片(13)的启动压差0.07mpa；

9.一种采用权利要求1-8任一项所述的适应温度交变的空间飞行器推进剂安全管理装置的使用方法，其特征在于，具体操作步骤如下：

10.根据权利要求9所述的适应温度交变的空间飞行器推进剂安全管理装置的使用方法，其特征在于，在步骤s4中，由于所述补偿膜盒(2)启动压差较小，增压后所述补偿膜盒(2)先动，直至所述补偿膜盒(2)受压后正向压差大于等于所述金属膜片(13)压差时，所述金属膜片(13)才启动工作；增压完成后，气、液腔压力达到平衡，此时所述金属膜片(13)保持在相应位置，而所述膜盒组件(23)处于压缩位置。

技术总结
本发明提供了一种涉及推进剂在轨安全管理装置领域的适应温度交变的空间飞行器推进剂安全管理装置及使用方法，包括金属膜片贮箱、补偿膜盒、气路管路以及液路管路，金属膜片贮箱的气路和补偿膜盒的气路通过气路管路连通，液路管路连通金属膜片贮箱的液路和补偿膜盒的液路；金属膜片贮箱承载推进剂，补偿膜盒用于补偿推进剂因为温度变化而带来的体积变化。本发明采用大容积金属膜片贮箱与小容积补偿膜盒进行组合，金属膜片贮箱在轨温度交变导致的推进剂体积变化由补偿膜盒补偿，保证了金属膜片的位置在飞行器在轨运行期间保持不动，提高了金属膜片贮箱的工作可靠性和安全性。

技术研发人员：魏彦祥,施伟,申静静,吴天宇,丰凡,李想,王云舒
受保护的技术使用者：上海空间推进研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17