一种用于双模式卫星推进系统的非对称气路模块的制作方法

本发明涉及卫星推进系统，主要针对其中的以无水肼和四氧化二氮为推进剂的双模式推进系统。

背景技术：

大型高轨卫星一般采用传统的双组元推进系统。该推进系统包括高压气体存储模块、减压气路模块、贮箱、液路系统、推力器。该系统通过减压气路模块将高压气体减压后供给到贮箱，挤压贮箱推进剂，通过液路系统将推进剂供给到推力器产生推力。卫星入轨后，贮箱不再需要补气，减压气路模块通过电爆阀隔离，不再使用。由于该系统采用甲基肼和四氧化二氮作为推进剂，可实现氧燃推进剂等体积排放，因此系统减压气路模块的氧燃路气体流量相同，简单的对称设计即能保证减压气路模块的氧燃路流阻平衡。

为了提高卫星推进系统适应能力，在传统双组元推进系统的基础上集成单组元推进和电弧推进，形成了双模式推进系统。该推进系统以无水肼和四氧化二氮为推进剂，系统氧燃不再以等体积排放。推进剂的非等体积排放将导致气路模块氧燃路的气体流量差异，因此传统的简单对称气路模块不再适用。另外，该系统在轨期间需要通过对燃料贮箱的多次补气避免燃料贮箱压力过低，从而影响电弧推力器性能。因此，卫星入轨后气路模块不能完全隔离，需要保证燃路气路的长期在轨可用。

为了解决传统卫星减压气路模块不能适应双模式推进系统使用需求的问题，需要针对双模式推进系统的特殊需求设计气路模块。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：提供了一种非对称气路模块，能够解决卫星双模式推进系统由于推进剂非等体积排放带来的气路流阻不平衡问题、燃路气路在轨长期使用问题等，满足卫星双模式推进系统的使用需求。

本发明的技术解决方案是：一种用于双模式卫星推进系统的非对称气路模块，包括减压器、氧路气路模块、第一气体试验接口、燃路气路模块；减压器接收上游高压气体，并将高压气体减压成下游所需压力，减压器出口同时与氧路气路模块、第一气体试验接口、燃路气路模块三部分入口相连；氧路气路模块出口向下游供给一路增压气体；燃路气路模块出口向下游供给一路增压气体；第一气体试验接口出口对外提供测试接口。

所述氧路气路模块包括第一低压常开电爆阀、第一膜片式单向阀、第二膜片式单向阀、第二气体试验接口、第一高压常闭电爆阀、第二高压常闭电爆阀、氧箱加排阀；第一低压常开电爆阀入口作为氧路气路模块入口，接收减压器减压后的气体；第一低压常开电爆阀、第一膜片式单向阀、第二膜片式单向阀、第一高压常闭电爆阀通过管路依次串联连接；在第二膜片式单向阀出口分出一支管路分支连接第二气体试验接口；在第一高压常闭电爆阀出口、入口各分出一支管路分支，分别对应连接第二高压常闭电爆阀出口、入口，使第二高压常闭电爆阀与第一高压常闭电爆阀形成并联结构；在第二高压常闭电爆阀与第一高压常闭电爆阀形成的并联结构出口管路分出两路管路分支，一路与氧箱加排阀入口相连，另一路作为氧路气路模块的出口供给气体进入氧贮箱进行补气增压。

所述的燃路气路模块包括第三膜片式单向阀、第三气体试验接口、第三高压常闭电爆阀、燃气路自锁阀、第二低压常开电爆阀、燃箱加排阀；第三膜片式单向阀入口作为燃路气路模块入口，接收减压器减压后的气体；第三膜片式单向阀出口分出两路管路，一路与第三气体试验接口入口相连，另一路与第三高压常闭电爆阀相连；第三高压常闭电爆阀出口、入口各分出一路管路分别对应连接燃气路自锁阀的出口、入口，使燃气路自锁阀与第三高压常闭电爆阀形成并联结构；在燃气路自锁阀与第三高压常闭电爆阀形成的并联结构出口管路分出两路管路分支，一路与燃箱加排阀入口相连，另一路与第二低压常开电爆阀入口相连；第二低压常开电爆阀出口作为燃路气路模块的出口供给气体进入燃贮箱进行补气增压。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明通过引入开启压差小的膜片式单向阀，解决了现有双组元推进系统气路模块由于单向阀开启压差大带来的氧燃贮箱补气时刻可能相差过大的问题；

(2)本发明通过非对称配置单向阀，解决了双模式推进系统氧燃路气路流量不一致导致的氧燃路气路流阻差异过大的问题。现有对称结构双组元推进系统用于双模式推进系统将导致氧燃路气路流阻差异过大，进而导致气路模块供给到下游氧燃贮箱的气体压力差异偏大，影响系统正常工作；

(3)本发明通过燃路气路模块的自锁阀和加排阀配置，解决了双模式推进系统要求燃路气路在轨长期使用的问题。自锁阀用于随时开启关闭燃路气路，与自锁阀并联的高压常闭电爆阀用于作为自锁阀打不开的备份，自锁阀下游的低压常开电爆阀用于自锁阀在轨失效泄露时切断气路，确保下游贮箱安全。

(4)本发明通过将氧路气路低压常开电爆阀位置提前到单向阀上游，解决了双模式推进系统入轨后有效隔离无用模块，提高系统密封可靠性的问题。传统卫星双组元推进系统入轨后气路不再使用，氧路气路模块位于高压常闭电爆阀下游，用于隔离上游气路模块。双模式推进系统入轨后氧路气路和氧路液路均不再使用，将氧路气路低压常开电爆阀位置提前到单向阀上游，能够确保隔离整个氧路气路和氧路液路。

(5)本发明提供了一种满足双模式推进系统工作需求的气路模块，解决了传统气路模块无法适应双模式推进系统工作特点的问题。

附图说明

图1为本发明一种用于双模式卫星推进系统的非对称气路模块结构图；

图2为本发明氧路气路模块结构图；

图3为本发明燃路气路模块结构图。

具体实施方式

针对双模式卫星推进系统的特殊需求，本发明提出一种用于双模式卫星推进系统的非对称气路模块，该模块能够适应双模式卫星推进系统氧燃推进剂非等体积排放和氧燃路气路工作寿命需求不一致两大特点，通过引入开启压差小的膜片式单向阀、配置氧燃路非对称气路等设计解决了双模式卫星推进系统由于氧燃推进剂非等体积排放带来的系统氧燃路工作不平衡问题，并满足了系统燃路气路长期在轨使用的需求。

一种用于双模式卫星推进系统的非对称气路模块包括减压器、氧路气路模块、气体试验接口1、燃路气路模块。减压器用于将高压气体减压成下游所需压力。氧路气路模块将减压后的气体供给到氧贮箱，同时防止氧贮箱推进剂蒸汽反向向上游渗透，并在氧路工作全部完成后切断整个氧路。第一气体试验接口3用于系统测试时获取减压器出口压力。燃路气路模块将减压后的气体供给到燃贮箱，防止燃贮箱推进剂蒸汽反向向上游渗透，保证燃路气路随时能够向燃贮箱补气的，同时保证燃路气路发生泄漏故障时及时隔离，不对下游造成影响。

下面根据附图对本发明系统进行详细说明。

一种用于双模式卫星推进系统的非对称气路模块如图1所示，包括：减压器1、氧路气路模块2、第一气体试验接口3、燃路气路模块4。减压器1接收上游高压气体，出口同时与氧路气路模块2、第一气体试验接口3、燃路气路模块4三部分入口相连。氧路气路模块2出口向下游供给一路增压气体。燃路气路模块4向下游供给一路增压气体。第一气体试验接口3出口对外提供测试接口。

(1)氧路气路模块

氧路气路模块2如图2所示。第一低压常开电爆阀5入口作为该模块入口接收减压器1减压后的气体。第一低压常开电爆阀5、第一膜片式单向阀6、第二膜片式单向阀7、第一高压常闭电爆阀9通过管路依次串联连接。在第二膜片式单向阀7出口分出一支管路分支连接气体试验接口8。在第一高压常闭电爆阀9出入口各分出一支管路分支分别连接第二高压常闭电爆阀10出入口，使第二高压常闭电爆阀10与第一高压常闭电爆阀9形成并联结构。在第二高压常闭电爆阀10与第一高压常闭电爆阀9形成的并联结构出口管路分出两路管路分支，一路与氧箱加排阀11入口相连，另一路作为氧路气路模块2的出口供给气体进入氧贮箱进行补气增压。

氧路气路模块2接收减压器1减压后的气体，并将气体输入到下游氧贮箱，对氧贮箱进行补气增压。第一低压常开电爆阀5用于氧路气路模块及其下游的氧路部分不再使用时对氧路气路模块及其下游的氧路部分进行隔离，保证其不再影响推进系统其他部分。第一膜片式单向阀6和第二膜片式单向阀7用于防止下游贮箱内推进剂蒸汽反向渗透到气路上游。气体试验接口8用于对气路系统进行检测。第一高压常闭电爆阀9和第二高压常闭电爆阀10相互备份，共同用于气路系统启用前隔离上游气体和下游贮箱，提高系统安全性。氧箱加排阀11作为下游氧贮箱的加气放气接口。

传统的卫星推进系统气路模块采用普通单向阀，其开启压差0.1MPa。偏大的开启压差使得系统工作时，只有下游贮箱推进剂消耗到一定程度，贮箱压力下降较多时单向阀才能够开启，气路模块才能够开始对贮箱进行补气。传统卫星双组元推进系统氧燃推进剂等体积消耗，贮箱压力同时等速降低，因此氧燃贮箱可以在几乎相同时刻达到补气状态开始补气，整个过程氧燃贮箱压力差异较小。对于双模式推进系统，氧燃推进剂非等体积消耗，补气前氧燃贮箱压力下降速率不一致，两贮箱达到单向阀开启所要求的压力的时间不一致。两贮箱压力降低到满足单向阀开启要求的时间差随气路单向阀开启压差的增大而增大。当气路模块所用单向阀开启压差偏大时，将造成氧燃贮箱一个已经补气增压，另一个长时间未达到补气增压状态，氧燃贮箱出现长时间较大压力偏差。该状态严重影响系统稳定工作。

本发明氧路气路模块2和燃路气路模块4采用膜片式单向阀，其开启压差仅为0.025MPa，远小于传统单向阀的0.1MPa，有效避免了双模式推进系统氧燃贮箱因为补气时刻相差过大造成的氧燃贮箱长时间较大压力偏差。

双模式卫星推进系统氧燃推进剂消耗体积比在0.7：1左右，因此，氧燃路气路补气流量大约为0.7：1。传统卫星双组元推进系统氧燃气路模块对称配置，0.7：1的气体流量将导致氧路气路流阻小，燃路气路流阻大，最终导致气路模块供给到氧贮箱气体压力高，供给到燃贮箱气体压力低，造成系统工作不平衡。

本发明采用氧路气路模块和燃路气路模块非对称配置。相同流量下，燃气路自锁阀流阻远小于一个膜片式单向阀。本发明氧路气路模块配置两个膜片式单向阀，燃路气路模块配置一个膜片式单向阀和一个燃气路自锁阀，能够保证氧燃气路模块在气体流量0.7：1状态下，氧燃气路流阻基本一致，满足系统工作要求。

传统卫星双组元推进系统气路模块将低压常开电爆阀设置于氧燃气路模块出口，用于卫星入轨后气路系统不再使用时，隔离整个气路模块，确保推进系统剩余部分的密封可靠性。

双模式卫星推进系统在卫星入轨后氧路气路模块和整个氧路液路部分不再使用，需要有效隔离这两部分。本发明将第一低压常开电爆阀5设置于氧路气路入口，能够保证卫星入轨后最大程度地隔离氧路气路模块和氧路液路部分。

2燃路气路模块

燃路气路模块4如图3所示。第三膜片式单向阀12入口作为该模块入口接收减压器1减压后的气体。第三膜片式单向阀12出口分出两路管路，一路与第三气体试验接口13入口相连，另一路与第三高压常闭电爆阀15相连。第三高压常闭电爆阀15出入口各分出一路管路分别连接燃气路自锁阀14的出入口，使燃气路自锁阀14与第三高压常闭电爆阀15形成并联结构。在燃气路自锁阀14与第三高压常闭电爆阀15形成的并联结构出口管路分出两路管路分支，一路与燃箱加排阀17入口相连，另一路与第二低压常开电爆阀16入口相连。第二低压常开电爆阀16出口作为燃路气路模块4的出口供给气体进入燃贮箱进行补气增压。

燃路气路模块4接收减压器1减压后的气体，并将气体输入到下游燃贮箱，对燃贮箱进行补气增压。第三膜片式单向阀12用于防止下游贮箱内推进剂蒸汽反向渗透到气路上游。第三气体试验接口13用于对气路系统进行检测。燃气路自锁阀14作为燃路气路模块在轨对燃贮箱进行补气增压的一道开关阀们。第三高压常闭电爆阀15作为燃气路自锁阀14打不开故障的备份。第二低压常开电爆阀16用于气路出现故障时隔离气路，避免影响推进系统下游正常工作。燃箱加排阀17作为下游燃贮箱的加气放气接口。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。