一种基于贮箱加强筋结构的筛网通道式液体获取装置

1.本发明涉及低温推进剂空间贮存与管理技术领域，具体涉及一种基于贮箱加强筋结构的筛网通道式液体获取装置。


背景技术：

2.目前各国现役及在研的重型运载系统，均广泛采用了液氢、液氧、液甲烷等低温推进剂，其因高比冲、无污染等优势，也被认定为未来大型深空探测任务的首选推进剂；然而由于低温流体温度低、沸点低、表面张力小等特殊性，其长期在轨服务能力仍存在诸多技术挑战，亟待攻关的最为核心的关键基础之一是气液分离技术。地面环境下，气液两相能够在重力作用下因密度差形成上气下液的稳定分离，而在轨环境下，由于重力作用的消减，推进剂贮箱内的气液分布很不稳定，若不进行有效的气液分离与管理，很可能引起夹气排液或排气带液的问题，进而对航天器姿态控制、发动机在轨运行的安全稳定造成危害。
3.目前在诸多主动式、被动式气液分离技术中，筛网通道式液体获取装置(lad)能够有效利用毛细作用，在不消耗能量的条件下进行持续的气液管理，对不同重力水平、排液流量等工况条件的适用性较广，被认为是实现低温推进剂在轨长期气液管理的最佳选择。现有的筛网通道式lad的通道结构为矩形截面，通道由三侧的金属壁面和一侧金属筛网围合而成，通道一端为盲端，另一端为出液口筛网侧贴近贮箱内壁安装。金属筛网能够依靠表面张力在一定压差范围内对气相进行阻隔，并允许单相液体流通，实现气液分离。
4.然而，常规的筛网通道式lad装置应用于低温推进剂时仍存在如下缺点：矩形集液通道仅有一侧筛网结构，需要配合三侧实体金属壁面完成气液管理，通道表面积利用率低，也就是说，具有气液分离能力的金属筛网仅占整个装置总重的一小部分，导致整个lad装置的单位质量液体获取能力低、质量经济性差；集液通道以筛网侧面对贮箱内壁的形式安装，通道与贮箱结构相对独立，需要良好的固定与支撑结构保证lad的稳固安装，若筛网平面与贮箱壁面相对位置发生改变(例如局部的面接触)将显著影响lad的集液效率；另外对于大型贮箱，大型lad的安装更容易受到振动、晃动等因素的干扰，从而造成不必要的性能衰减甚至结构破坏。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术的缺点，本发明目的在于提供了一种基于贮箱加强筋结构的筛网通道式液体获取装置，在显著降低装置总质量的同时，提高装置液体获取过程的安全稳定性。
6.为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
7.一种基于贮箱加强筋结构的筛网通道式液体获取装置，包括由贮箱壁面1、贮箱加强筋结构2和金属筛网3围成的一个以上的集液通道4，金属筛网3的两侧由密封槽5封装，集液通道4一端由封板6封堵，另一端设有一个以上的通道出口7。
8.所述的金属筛网3具有多孔介质结构特性，孔隙率在0.2-0.4之间，采用不锈钢或
钛合金材质的金属细丝编制而成，编制时采用荷兰斜纹织法。
9.所述的集液通道4具有类似三角形的截面形状，分列于贮箱加强筋结构2的两侧，具体形状与面积由贮箱壁面1、贮箱加强筋结构2和金属筛网3之间的相对位置决定；集液通道4数量根据具体空间任务的出流量需求决定。
10.所述的密封槽5对金属筛网3的两侧进行封装，并与贮箱壁面1和贮箱加强筋结构2连接。
11.所述的通道出口7统一汇集于贮箱出口集液器中。
12.本发明的有益效果为：
13.本发明充分利用了贮箱壁面1和贮箱加强筋结构2的实体面结构，使其作为组成集液通道4的侧壁面，相对于原有贮箱结构只需要增加筛网面及密封槽5等装配结构；相较于传统筛网通道式lad矩形通道对三侧金属壁面结构的需求，本发明大大降低了液体获取装置的总质量，使装置附加质量更集中于有气液管理作用的金属筛网3，有效提升了装置的单位质量液体获取能力，进而有利于航天器总体设计的减重；另一方面，本发明采用依附于贮箱壁面1和贮箱加强筋结构2的集液通道4布置形式，受到振动、晃动、加减速等外界激励时装置整体会随着贮箱结构一起运动，不会与贮箱壁面发生相对位置变化甚至碰撞，显著降低了气液管理性能衰减甚至装置结构破坏的风险。本发明相较于传统筛网通道式lad的通道独立装配形式更加安全稳定、简单可靠，对lad安装精度、位置控制的要求较低，大大提高了装置对复杂任务环境的适应性。
14.本发明结构简单、成本低、重量轻，液体获取性能更加稳定可靠，对不同微重力环境和流量需求适应性更强，为低温推进剂的在轨气液管理提供了新思路和技术支持。
附图说明
15.图1是本发明实施例的结构示意图，其中图(a)是集液通道三维图；图(b)是集液通道截面图。
具体实施方式
16.下面结合附图和实施例来进一步说明本发明的技术方案。
17.如图1所示，一种基于贮箱加强筋结构的筛网通道式液体获取装置，包括由贮箱壁面1、贮箱加强筋结构2和金属筛网3围成的两个集液通道4，金属筛网3的两侧由密封槽5封装，集液通道4一端由封板6封堵，另一端设有两个通道出口7。
18.所述的金属筛网3具有多孔介质结构特性，孔隙率在0.2-0.4之间；一般采用不锈钢或钛合金材质的金属细丝编制而成，对于低温流体编制时采用荷兰斜纹织法。
19.所述的集液通道4具有类似三角形的截面形状，分列于贮箱加强筋结构2的两侧，具体形状与面积由贮箱壁面1、贮箱加强筋结构2和金属筛网3之间的相对位置决定；集液通道4数量可以根据具体空间任务的出流量需求决定，流量需求小时不需要在每根贮箱加强筋结构2处都布置集液通道。
20.所述的密封槽5采用铟丝密封、粘接等形式对金属筛网3的两侧进行封装，并通过焊接等形式与贮箱壁面1和贮箱加强筋结构2连接，用于固定金属筛网3。
21.所述的通道出口7统一汇集于贮箱出口集液器中，用于向发动机等装置供给单相
液体推进剂。
22.本发明的工作原理是：
23.根据任务需求将筛网通道式lad沿贮箱加强筋结构布置，lad初始处于干燥状态，尚不具备液体获取能力。贮箱系统完成吹除后进行推进剂加注，金属筛网3任意或多个位置接触到液体后，液体将在毛细力牵引下逐渐润湿整个金属筛网3，具有多孔介质结构特征的金属筛网3在完全润湿后，其孔隙将被液体填满形成封闭面，并与其他侧壁面结构组成封闭的集液通道4；集液通道4远离排液口一侧通过封板6构成盲端，另一侧设有通道出口7并汇集于排液口用于液相推进剂供给。需要液体获取时，向贮箱气枕区增压，只要金属筛网3任意或多个位置能够保持与液相区的稳定接触，液体将在气枕与排液口之间压差的驱动下穿透金属筛网3进入集液通道4并流向排液口(图中箭头指向表示液体的流向)。对于与气相区直接接触的润湿金属筛网3部分，微尺度孔隙内填充的液体能够依靠表面张力在一定压差范围内对气相进行阻隔，实现气液分离。
24.以上实施例只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述事例限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种基于贮箱加强筋结构的筛网通道式液体获取装置，其特征在于：包括由贮箱壁面(1)、贮箱加强筋结构(2)和金属筛网(3)围成的一个以上的集液通道(4)，金属筛网(3)的两侧由密封槽(5)封装，集液通道(4)一端由封板(6)封堵，另一端设有一个以上的通道出口(7)。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的金属筛网(3)具有多孔介质结构特性，孔隙率在0.2-0.4之间，采用不锈钢或钛合金材质的金属细丝编制而成，编制时采用荷兰斜纹织法。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的集液通道(4)具有类似三角形的截面形状，分列于贮箱加强筋结构(2)的两侧，具体形状与面积由贮箱壁面(1)、贮箱加强筋结构(2)和金属筛网(3)之间的相对位置决定；集液通道(4)数量根据具体空间任务的出流量需求决定。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的密封槽(5)对金属筛网(3)的两侧进行封装，并与贮箱壁面(1)和贮箱加强筋结构(2)连接。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的通道出口(7)统一汇集于贮箱出口集液器中。

技术总结
一种基于贮箱加强筋结构的筛网通道式液体获取装置，包括由贮箱壁面、贮箱加强筋结构和金属筛网围成的一个以上的集液通道，金属筛网的两侧由密封槽封装，集液通道一端由封板封堵，另一端设有一个以上的通道出口；本发明充分利用了贮箱壁面和贮箱加强筋结构的实体面结构，在显著降低装置总质量的同时，提高装置液体获取过程的安全稳定性，为低温推进剂的在轨气液管理提供了新思路和技术支持。轨气液管理提供了新思路和技术支持。轨气液管理提供了新思路和技术支持。


技术研发人员：马原 李剑 孙靖阳 刘童 王磊
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2021.11.26
技术公布日：2022/2/28