非金属隔膜耗气装置及使用方法与流程

本发明涉及空间，具体地，涉及非金属隔膜耗气装置及使用方法。

背景技术：

1、运载火箭姿控发动机为了在工作结束后实现剩余高压气体耗尽功能，一般在其增压系统低压路中设置有排气孔，当姿控发动机工作后实现耗气，避免高压气体长期在轨存在而对太空其他航空器带来危险。由于姿控发动机耗气口直接与外界联通，火箭射前停放期间，潮气或多余物可以通过排气孔进入姿控发动机低压气路中，可能对姿控发动机的功能和性能造成影响。

2、经过调研，目前一些型号姿控发动机耗气口在射前处于敞开状态，一些姿控发动机在耗气口上安装了耗气堵盖，该耗气堵盖在姿控发动机工作后能够耗气，但无法实现姿控发动机工作前耗气口处的密封。敞开的耗气口会引入水汽进入系统，而且历史上曾出现水汽通过耗气口进入系统，造成姿控发动机性能降低的情况。

3、经过调研，为了保证姿控发动机工作前排气孔的密封性，亦有采用在耗气堵盖上粘贴镀铝薄膜和缠胶带措施，姿控发动机工作后，耗气口处压力升高，将包覆层冲开实现耗气。该方法中，堵盖外部包覆在射前流程进行，此时在舱内操作且耗气口处空间狭小，因此操作不便且增加了射前工作量和工作时间。此外该措施在姿控发动机工作后，气体会从堵盖上一侧小孔冲出包覆层，无法实现对称耗气，会给箭体姿态带来影响。

4、经过调研和实验，非金属隔膜极限受压自然破裂时容易产生多余物，会对耗气装置和系统的性能带来影响。

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非金属隔膜耗气装置及使用方法。

2、根据本发明提供的一种非金属隔膜耗气装置，包括：装置主体、非金属隔膜以及刺破结构；

3、所述装置主体一端安装所述非金属隔膜，另一端安装所述刺破结构，所述装置主体内部设置空腔，所述空腔通过排气孔连通外界，所述排气孔设置在所述非金属隔膜和所述刺破结构之间；

4、当所述非金属隔膜受压朝所述刺破结构方向发生形变，所述刺破结构的尖锥将所述非金属隔膜刺破。

5、优选地，所述装置主体远离所述刺破结构一端内部设置限位槽，所述非金属隔膜安装在所述限位槽内。

6、优选地，所述限位槽背向所述刺破结构一侧设置限位块；

7、所述限位槽背向所述限位块一侧设置开口，所述开口一侧连接所述非金属隔膜，另一侧连通所述空腔。

8、优选地，所述开口直径小于所述限位槽直径。

9、优选地，所述刺破结构朝向所述非金属隔膜一侧中部设置所述尖锥，所述尖锥周侧设置环形柱，所述环形柱背向所述非金属隔膜一侧设置限位板。

10、优选地，所述环形柱螺纹连接所述装置主体朝向所述刺破结构一端。

11、优选地，所述装置主体朝向所述刺破结构一端设置安装槽，所述安装槽内安装密封件，所述限位板紧贴所述密封件背向所述安装槽一侧并对所述密封件限位。

12、优选地，所述尖锥设置为锐角。

13、优选地，所述非金属隔膜自然极限破裂压力满足：

14、f＝p×πd2/4

15、

16、ts＝b/(dδ)

17、其中，f为所述非金属隔膜垂直方向受力总和，p为破裂时压差，d为断裂原宽度即所述开口直径，fb为所述非金属隔膜破裂时平面的分力，ts为所述非金属隔膜的拉伸强度，δ为所述非金属隔膜的原始厚度。

18、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

19、1、本发明通过非金属隔膜实现了姿控发动机耗气口在发动机工作前保持密封，姿控发动机工作后实现对称耗气功能；

20、2、本发明安装便捷，安装完成后不用进行包覆等措施，简化射前工作流程；

21、3、本发明有稳定的非金属隔膜破裂时压差，减少姿控发动机或其他系统故障风险；

22、4、本发明设计刺破结构使非金属隔膜非自然极限破裂，在破裂时不产生多余物；

23、5、本发明结构简便巧妙，易于加工。

技术特征：

1.一种非金属隔膜耗气装置，其特征在于，包括：装置主体(1)、非金属隔膜(2)以及刺破结构(4)；

2.根据权利要求1所述非金属隔膜耗气装置，其特征在于：所述装置主体(1)远离所述刺破结构(4)一端内部设置限位槽(11)，所述非金属隔膜(2)安装在所述限位槽(11)内。

3.根据权利要求2所述非金属隔膜耗气装置，其特征在于：所述限位槽(11)背向所述刺破结构(4)一侧设置限位块；

4.根据权利要求3所述非金属隔膜耗气装置，其特征在于：所述开口(12)直径小于所述限位槽(11)直径。

5.根据权利要求1所述非金属隔膜耗气装置，其特征在于：所述刺破结构(4)朝向所述非金属隔膜(2)一侧中部设置所述尖锥(41)，所述尖锥(41)周侧设置环形柱(42)，所述环形柱(42)背向所述非金属隔膜(2)一侧设置限位板(43)。

6.根据权利要求5所述非金属隔膜耗气装置，其特征在于：所述环形柱(42)安装在所述装置主体(1)朝向所述刺破结构(4)一端内侧。

7.根据权利要求5所述非金属隔膜耗气装置，其特征在于：所述装置主体(1)朝向所述刺破结构(4)一端设置安装槽(14)，所述安装槽(14)内安装密封件(3)，所述限位板(43)紧贴所述密封件(3)背向所述安装槽(14)一侧并对所述密封件(3)限位。

8.根据权利要求1所述非金属隔膜耗气装置，其特征在于：所述尖锥(41)设置为锐角；

9.根据权利要求3所述非金属隔膜耗气装置，其特征在于：所述非金属隔膜(2)自然极限破裂压力满足：

10.一种权利要求1-9任一项所述非金属隔膜耗气装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明提供了一种非金属隔膜耗气装置及使用方法，包括：装置主体、非金属隔膜以及刺破结构；所述装置主体一端安装所述非金属隔膜，另一端安装所述刺破结构，所述装置主体内部设置空腔，所述空腔通过排气孔连通外界，所述排气孔设置在所述非金属隔膜和所述刺破结构之间；当所述非金属隔膜受压朝所述刺破结构方向发生形变，所述刺破结构的尖锥将所述非金属隔膜刺破。本发明实现了姿控发动机耗气口在发动机工作前保持密封，姿控发动机工作后实现对称耗气功能。

技术研发人员：唐肇求,杨明磊,刘涛,赵恒斌,刘贵闯,刘小康,徐立峰
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：2024/1/11