一種推進劑管路交叉輸送系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種推進劑管路交叉輸送系統(tǒng)，包括氧化劑單向閥（1）、第一氧化劑隔離閥（2）、氧化劑分離閥（3）、第二氧化劑隔離閥（4）、氧化劑交叉輸送管路（5）、燃燒劑單向閥（6）、第一燃燒劑隔離閥（7）、燃燒劑分離閥（8）、第二燃燒劑隔離閥（9）、燃燒劑交叉輸送管路（10）、燃燒劑啟動隔離閥（11）、氧化劑啟動隔離閥（12）、助推燃燒劑輸送管（13）、助推氧化劑輸送管（14）、芯一級氧化劑輸送管（15）和芯一級燃燒劑輸送管（16）。本系統(tǒng)可以提高液體運載火箭的運載能力，使其能夠達到三級火箭的效率。當助推飛行段，其中一臺發(fā)動機出現(xiàn)故障時，推進劑可通過交叉輸送管路繼續(xù)輸送給其他發(fā)動機使用，從而實現(xiàn)了動力系統(tǒng)冗余。
【專利說明】一種推進劑管路交叉輸送系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于助推器和芯級火箭之間推進劑共用管理的交叉輸送系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]對于液體運載火箭，目前多采用助推與芯級分別采用獨立的貯箱自帶推進劑的形式，助推和芯級分別配置獨立的推進劑輸送系統(tǒng)將貯箱內(nèi)的推進劑輸送給各自的發(fā)動機使用。助推級和芯級發(fā)動機同時點火飛行，分別消耗自身攜帶的推進劑，當助推級貯箱內(nèi)的推進劑消耗完畢后，助推分離，芯級繼續(xù)消耗自身剩余推進劑飛行，直到芯級推進劑耗關機。這種推進劑利用方相對獨立，一旦助推發(fā)動機出現(xiàn)故障關機后，助推貯箱內(nèi)的推進劑得不到充分利用，將直接導致發(fā)射任務失敗。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的技術解決問題是:克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種推進劑管路交叉輸送系統(tǒng)，通過改進液體運載火箭的推進劑利用方式實現(xiàn)助推器和芯級推進劑共用，可以提高火箭運載能力并能夠?qū)崿F(xiàn)動力系統(tǒng)冗余。
[0004]本發(fā)明的技術解決方案是:一種推進劑管路交叉輸送系統(tǒng)，包括氧化劑單向閥、第一氧化劑隔離閥、氧化劑分離閥、第二氧化劑隔離閥、氧化劑交叉輸送管路、燃燒劑單向閥、第一燃燒劑隔離閥、燃燒劑分離閥、第二燃燒劑隔離閥、燃燒劑交叉輸送管路、燃燒劑啟動隔離閥、氧化劑啟動隔離閥、助推燃燒劑輸送管、助推氧化劑輸送管、芯一級氧化劑輸送管和芯一級燃燒劑輸送管；
[0005]助推級貯箱內(nèi)的氧化劑由助推氧化劑輸送管引出后分成兩路，一路將氧化劑送至助推級發(fā)動機使用，另一路依次串聯(lián)氧化劑單向閥、第一氧化劑隔離閥、氧化劑分離閥和第二氧化劑隔離閥后形成氧化劑交叉輸送管路匯入芯一級氧化劑輸送管；芯一級貯箱內(nèi)的氧化劑經(jīng)芯一級氧化劑輸送管引出，然后串接氧化劑啟動隔離閥后與氧化劑交叉輸送管路連通并接至芯一級發(fā)動機；
[0006]助推級貯箱內(nèi)的燃燒劑由助推燃燒劑輸送管引出后分成兩路，一路將燃燒劑送至助推級發(fā)動機使用，另一路依次串聯(lián)燃燒劑單向閥、第一燃燒劑隔離閥、燃燒劑分離閥和第二燃燒劑隔離閥后形成燃燒劑交叉輸送管路匯入芯一級燃燒劑輸送管；芯一級貯箱內(nèi)的燃燒劑經(jīng)芯一級燃燒劑輸送管引出，然后串接燃燒劑啟動隔離閥后與燃燒劑交叉輸送管路連通并接至芯一級發(fā)動機。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于:本發(fā)明通過在助推器與芯級之間設置交叉輸送管路、單向閥、隔離閥和分離閥，實現(xiàn)推進劑的共用。在助推飛行階段，助推器和芯級的發(fā)動機同時點火，發(fā)動機只消耗助推器貯箱內(nèi)的推進劑，助推器內(nèi)推進劑消耗完畢后，芯級隔離閥打開，芯級貯箱內(nèi)的推進劑繼續(xù)供給芯級發(fā)動機使用，交叉輸送管路上的隔離閥關閉保證管路密封，分離閥分離后實現(xiàn)助推器與芯級的分離。在助推器分離后，火箭的結(jié)構重量減輕，而芯級貯箱內(nèi)仍保留滿箱的推進劑，因此能夠大大提高其運載能力。另外，當助推器一臺發(fā)動機出現(xiàn)故障時，現(xiàn)役運載火箭在能夠保證火箭姿態(tài)的前提下，助推器貯箱內(nèi)的推進劑得不到利用，將減弱其有效載荷的入軌能力。若采用交叉輸送技術，助推器貯箱內(nèi)的推進劑仍然可以通過交叉輸送管路繼續(xù)提供給芯級發(fā)動機使用，保證發(fā)動機出現(xiàn)故障時火箭仍可以將有效載荷送入預定軌道。
[0008]本系統(tǒng)可以提聞液體運載火箭的運載能力，使其能夠達到二級火箭的效率。使用交叉輸送系統(tǒng)與不使用交叉輸送系統(tǒng)相比能夠提高大約12%的運載能力。當助推飛行段，其中一臺發(fā)動機出現(xiàn)故障時，推進劑可通過交叉輸送管路繼續(xù)輸送給其他發(fā)動機使用，從而實現(xiàn)了動力系統(tǒng)冗余。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的組成原理框圖。I 一氧化劑單向閥，2—第一氧化劑隔離閥，3—氧化劑分離閥，4一第二氧化劑隔離閥，5—氧化劑交叉輸送管路，6—燃燒劑單向閥，7—第一燃燒劑隔離閥，8—燃燒劑分離閥，9 一第二燃燒劑隔離閥，10—燃燒劑交叉輸送管路，
11一燃燒劑啟動隔離閥，12—氧化劑啟動隔離閥，13—助推燃燒劑輸送管，14 一助推氧化劑輸送管，15—芯一級氧化劑輸送管，16—芯一級燃燒劑輸送管。
【具體實施方式】
[0010]推進劑交叉輸送技術一種高效的推進劑利用技術，通過交叉輸送管路將助推器和芯級推進劑輸送管路連接起來，在助推飛行段，助推器貯箱中的推進劑在供給自身發(fā)動機的同時，通過交叉輸送管路輸送給芯級發(fā)動機使用。它主要適用于兩級或多級并聯(lián)同時啟動工作的飛行器，如捆綁式運載火箭和航天飛機等，能夠有效提高運載火箭的運載能力并能夠?qū)崿F(xiàn)動力系統(tǒng)冗余。
[0011]本發(fā)明推進劑管路交叉輸送系統(tǒng)的原理如圖1所示。系統(tǒng)組成包括氧化劑單向閥I，第一氧化劑隔離閥2，氧化劑分離閥3，第二氧化劑隔離閥4，氧化劑交叉輸送管路5，燃燒劑單向閥6，第一燃燒劑隔離閥7，燃燒劑分離閥8，第二燃燒劑隔離閥9，燃燒劑交叉輸送管路10，燃燒劑啟動隔離閥11，氧化劑啟動隔離閥12，助推燃燒劑輸送管13，助推氧化劑輸送管14，芯一級氧化劑輸送管15，芯一級燃燒劑輸送管16。
[0012]芯一級火箭捆綁兩個助推器，助推1、助推II和芯一級采用相同的構型，在助推1、助推II和芯一級氧化劑、燃燒劑之間分別設置交叉輸送管路。助推II交叉輸送管路原理與助推I相同，均匯入芯一級輸送管路。
[0013]如圖1所示，助推級貯箱內(nèi)的氧化劑由助推氧化劑輸送管14引出，串聯(lián)氧化劑單向閥1，第一氧化劑隔離閥2、氧化劑分離閥3和第二氧化劑隔離閥4后形成氧化劑交叉輸送管路5匯入芯一級氧化劑輸送管15，匯總后分別輸送給芯級的發(fā)動機使用。芯一級氧化劑輸送管15在匯總節(jié)點前安裝有氧化劑啟動隔離閥12。
[0014]助推級貯箱內(nèi)的燃燒劑由助推燃燒劑輸送管13引出，串聯(lián)燃燒劑單向閥6，第一燃燒劑隔離閥7，燃燒劑分離閥8和第二燃燒劑隔離閥9后形成燃燒劑交叉輸送管路10匯入芯一級燃燒劑輸送管16，匯總后分別輸送給芯級的發(fā)動機使用。芯一級燃燒劑輸送管16在匯總節(jié)點前安裝有燃燒劑啟動隔離閥11。
[0015]氧化劑單向閥I和燃燒劑單向閥6用于防止芯一級輸送管內(nèi)推進劑壓力高于助推輸送管內(nèi)推進劑壓力時，芯一級輸送管路內(nèi)推進劑返流至助推輸送管路。
[0016]第一氧化劑隔離閥2，第二氧化劑隔離閥4，第一燃燒劑隔離閥7，第二燃燒劑隔離閥9用于交叉輸送管路分離后的管路密封，防止推進劑泄漏。
[0017]氧化劑分離閥3和燃燒劑分離閥8用于實現(xiàn)交叉輸送管路分離，管路分離后進而實現(xiàn)助推和芯級火箭的分離。
[0018]燃燒劑啟動隔離閥11和氧化劑啟動隔離閥12用于隔離芯一級貯箱內(nèi)的推進劑并按照時序完成打開動作，實現(xiàn)控制芯一級推進劑出流。
[0019]系統(tǒng)工作過程:在飛行準備階段，氧化劑和燃燒劑加注完成后，首先關閉氧化劑啟動隔離閥12和燃燒劑啟動隔離閥11，飛行初始時刻，當助推器推進劑開始流動時，氧化劑單向閥I和燃燒劑單向閥6在壓差作用下自動打開，推進劑在流向助推發(fā)動機的同時，分別通過氧化劑交叉輸送管路5、燃燒劑交叉輸送管路10流向芯一級發(fā)動機，給芯級發(fā)動機提供推進劑。在助推飛行末段，助推1、助推II內(nèi)的推進劑消耗殆盡，由控制系統(tǒng)時序控制氧化劑啟動隔離閥12和燃燒劑啟動隔離閥11打開，芯一級貯箱內(nèi)推進劑開始流向芯一級的發(fā)動機，為芯一級發(fā)動機提供推進劑，當芯一級推進劑壓力超過助推1、助推II推進劑壓力后，氧化劑單向閥I和燃燒劑單向閥6自動關閉，防止芯一級推進劑流向助推發(fā)動機。
[0020]氧化劑單向閥I和燃燒劑單向閥6關閉后，控制系統(tǒng)時序控制氧化劑交叉輸送管路5上的第一氧化劑隔離閥2、第二氧化劑隔離閥4關閉，同時燃燒劑交叉輸送管路10上的第一燃燒劑隔離閥7、第二燃燒劑隔離閥9關閉。助推發(fā)動機關機后，控制系統(tǒng)時序控制氧化劑分離閥3和燃燒劑分離閥8關閉并分離。助推1、助推II和芯一級之間的管路分離后，完成助推1、助推II和芯一級火箭分離。
[0021]每個助推級發(fā)動機消耗自身2/3推進劑，另外1/3推進劑輸送給芯一級發(fā)動機使用。當助推器分離時，芯一級仍然保留滿箱的推進劑，此時繼續(xù)供給芯一級發(fā)動機使用，因此達到了三級火箭的性能，提高了火箭的運載能力。
[0022]本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬本領域技術人員的公知技術。
【權利要求】
1.一種推進劑管路交叉輸送系統(tǒng)，其特征在于:包括氧化劑單向閥(I)、第一氧化劑隔離閥(2)、氧化劑分離閥(3)、第二氧化劑隔離閥(4)、氧化劑交叉輸送管路(5)、燃燒劑單向閥(6)、第一燃燒劑隔離閥(7)、燃燒劑分離閥(8)、第二燃燒劑隔離閥(9)、燃燒劑交叉輸送管路(10)、燃燒劑啟動隔離閥(11)、氧化劑啟動隔離閥(12)、助推燃燒劑輸送管(13)、助推氧化劑輸送管(14)、芯一級氧化劑輸送管(15)和芯一級燃燒劑輸送管(16); 助推級貯箱內(nèi)的氧化劑由助推氧化劑輸送管(14)弓丨出后分成兩路，一路將氧化劑送至助推級發(fā)動機使用，另一路依次串聯(lián)氧化劑單向閥(I)、第一氧化劑隔離閥(2)、氧化劑分離閥(3)和第二氧化劑隔離閥(4)后形成氧化劑交叉輸送管路(5)匯入芯一級氧化劑輸送管(15);芯一級貯箱內(nèi)的氧化劑經(jīng)芯一級氧化劑輸送管(15)引出，然后串接氧化劑啟動隔離閥(12)后與氧化劑交叉輸送管路(5)連通并接至芯一級發(fā)動機； 助推級貯箱內(nèi)的燃燒劑由助推燃燒劑輸送管(13)引出后分成兩路，一路將燃燒劑送至助推級發(fā)動機使用，另一路依次串聯(lián)燃燒劑單向閥(6)、第一燃燒劑隔離閥(7)、燃燒劑分離閥(8)和第二燃燒劑隔離閥(9)后形成燃燒劑交叉輸送管路(10)匯入芯一級燃燒劑輸送管(16);芯一級貯箱內(nèi)的燃燒劑經(jīng)芯一級燃燒劑輸送管(16)引出，然后串接燃燒劑啟動隔離閥(11)后與燃燒劑交叉輸送管路(10 )連通并接至芯一級發(fā)動機。
【文檔編號】F02K9/44GK103670800SQ201310577108
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權日:2013年11月18日
【發(fā)明者】馬方超, 劉文川, 張立強, 丁建春, 修建生, 周浩洋, 曾斌, 史淑娟, 林楊, 滿滿, 吳姮, 帥彤 申請人:北京宇航系統(tǒng)工程研究所, 中國運載火箭技術研究院