專利名稱：一種電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的鋰推進(jìn)劑供給裝置及其供給方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一套適用于電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的固體推進(jìn)劑供給裝置，具體涉及磁等離子動(dòng)力學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)(MPDT)的一種固體堿金屬推進(jìn)劑——鋰(Lithium)的供給技術(shù)。
背景技術(shù)：
磁等離子動(dòng)力學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)(MPDT)是一種典型的電磁式空間電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)，具有高比沖、大推力范圍、長壽命、高控制精度、可重復(fù)啟動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，在航天器姿軌控、深空探測和星際航行等任務(wù)中具有廣闊應(yīng)用前景。磁等離子動(dòng)力學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)劑可以采用氫氣、鋰、氖、氬、氙等，利用磁場和電流相互作用生成洛倫茲力來加速等離子體態(tài)推進(jìn)劑產(chǎn)生推力，因此也被稱為洛倫茲力加速器 (Lorentz Force Accelerator) 0 MPDT的基本形式是由頭部為錐形的棒狀陰極和環(huán)繞陰極的圓柱形陽極組成。MPDT工作時(shí)，通過在陰極和陽極之間放電形成電弧，推進(jìn)劑形成了高溫等離子體。對于自身磁場磁等離子動(dòng)力學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)，電流通過等離子體生成感生磁場，感生的磁場與電流相互作用形成軸向的洛侖茲力，加速推進(jìn)劑排出發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生推力；對于外加磁場磁等離子動(dòng)力學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)，推進(jìn)劑在外加磁場、感生磁場和電流的共同作用下實(shí)現(xiàn)加速。通過地面試驗(yàn)對MPDT發(fā)動(dòng)機(jī)的各種性能進(jìn)行研究正在世界范圍內(nèi)開展。試驗(yàn)測試表明鋰可以為磁等離子動(dòng)力學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)提供優(yōu)秀的推進(jìn)性能，是磁等離子動(dòng)力學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)劑的首選。有效的實(shí)現(xiàn)對鋰磁等離子動(dòng)力學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)劑供給是進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)的基礎(chǔ)， 直接影響試驗(yàn)效果。國外已有多家機(jī)構(gòu)和部門開展鋰MPDT發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)研究，但是未就試驗(yàn)中供給管路的重要細(xì)節(jié)進(jìn)行公開報(bào)道。目前，國內(nèi)在氣體管路和液體管路的設(shè)計(jì)方面已經(jīng)達(dá)到較高水平，但現(xiàn)有的裝置和方法在應(yīng)用到鋰MPDT發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)研究尚有較大的困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)所采用的推進(jìn)劑是固體堿金屬鋰的情況，為解決推進(jìn)劑固體堿金屬鋰流量控制的難題，提供了一種電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的鋰推進(jìn)劑供給裝置及其供給方法。該套裝置的建成，解決地面試驗(yàn)中以固體堿金屬鋰為推進(jìn)劑的電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)劑供給問題。一套電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的鋰推進(jìn)劑供給裝置，包括氬氣氣路分裝置、鋰推進(jìn)劑供給分裝置和冷卻水控制分裝置。氬氣氣路分裝置通過氬氣管路連通鋰貯箱的頂部，在試驗(yàn)前以惰性氣體氬氣擠壓鋰推進(jìn)劑供給分裝置中的鋰貯箱中液態(tài)的鋰推進(jìn)劑，完成鋰推進(jìn)劑供給分裝置中的鋰中轉(zhuǎn)貯箱和部分推進(jìn)劑管路的填充，在試驗(yàn)后以惰性氣體氬氣對管路中殘余的推進(jìn)劑進(jìn)行吹除。氬氣氣路分裝置主要包括氬氣氣瓶、單相氣體管路手閥、氣體主管路過濾器等。在設(shè)計(jì)中考慮到堿金屬鋰的強(qiáng)還原性，可能會(huì)被氣體或氣體中的雜質(zhì)氧化，因此氣路中的氣體采用惰性氣體氬氣并在氬氣管路上設(shè)計(jì)了過濾器。
鋰推進(jìn)劑供給分裝置用于實(shí)現(xiàn)對發(fā)動(dòng)機(jī)的鋰推進(jìn)劑供給功能，主要包括鋰貯箱、 鋰中轉(zhuǎn)貯箱、活塞和電動(dòng)機(jī)。鋰貯箱的底部通過推進(jìn)劑管路連通鋰中轉(zhuǎn)貯箱的底部，鋰中轉(zhuǎn)貯箱的底部還通過推進(jìn)劑管路連通至發(fā)動(dòng)機(jī)。在鋰貯箱的外壁面、鋰中轉(zhuǎn)貯箱的外壁面和推進(jìn)劑管路的外壁面上都布置有加熱膜。在鋰中轉(zhuǎn)貯箱的外壁面中部、鋰貯箱連通鋰中轉(zhuǎn)貯箱的推進(jìn)劑管路上以及鋰中轉(zhuǎn)貯箱連通發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)劑管路上設(shè)置有冷卻閥。鋰貯箱在放入固體鋰后密封。布置在鋰貯箱外壁面的加熱膜用于將鋰貯箱內(nèi)的固體堿金屬鋰液化。 布置在鋰中轉(zhuǎn)貯箱外壁面的加熱膜用于使鋰中轉(zhuǎn)貯箱中的鋰保持液化狀態(tài)。布置在推進(jìn)劑管路外壁面上的加熱膜用于維持管路內(nèi)的鋰保持液化狀態(tài)?；钊惭b于鋰中轉(zhuǎn)貯箱內(nèi)部的上方，用于將鋰中轉(zhuǎn)貯箱內(nèi)的液態(tài)鋰擠出。電動(dòng)機(jī)安裝于活塞的上端，用于控制活塞的上下運(yùn)動(dòng)及其運(yùn)動(dòng)速度。鋰貯箱中的固體堿金屬鋰加熱液化并通過氬氣氣路分裝置控制將液化的鋰加注到鋰中轉(zhuǎn)貯箱，通過活塞運(yùn)動(dòng)將鋰中轉(zhuǎn)貯箱中液態(tài)的鋰穩(wěn)定地、可控流量地供給電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)。冷卻水控制分裝置用于為鋰推進(jìn)劑供給分裝置中的冷卻閥通入冷卻水實(shí)現(xiàn)閥門控制的作用。冷卻水控制分裝置主要包括循環(huán)冷卻水貯箱、鋰推進(jìn)劑管路冷卻閥、冷卻水管路上的各種手動(dòng)閥和過濾器等。在設(shè)計(jì)中防止冷卻水中雜質(zhì)阻塞冷卻閥，在冷卻水管路中加入過濾器。一種應(yīng)用上述鋰推進(jìn)劑供給裝置用于電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的鋰推進(jìn)劑供給方法，具體是步驟1 打開鋰貯箱，放入作為推進(jìn)劑的固體堿金屬鋰，關(guān)閉鋰貯箱；步驟2 氬氣氣路分裝置為鋰貯箱通入氬氣；步驟3 打開加熱膜，使鋰貯箱中的固體堿金屬鋰液化；步驟4 為設(shè)置在鋰中轉(zhuǎn)貯箱的外壁面中部的冷卻閥和設(shè)置在鋰中轉(zhuǎn)貯箱連通發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)劑管路上的冷卻閥通入冷卻水，關(guān)閉鋰中轉(zhuǎn)貯箱與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的推進(jìn)劑管路， 將鋰貯箱內(nèi)的液態(tài)鋰通過推進(jìn)劑管路填充入鋰中轉(zhuǎn)貯箱；步驟5 為設(shè)置在鋰貯箱連通鋰中轉(zhuǎn)貯箱的推進(jìn)劑管路上的冷卻閥通入冷卻水， 關(guān)閉鋰貯箱與鋰中轉(zhuǎn)貯箱之間的推進(jìn)劑管路，然后停止為設(shè)置在鋰中轉(zhuǎn)貯箱連通發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)劑管路上的冷卻閥通入冷卻水，導(dǎo)通鋰中轉(zhuǎn)貯箱與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的推進(jìn)劑管路；步驟6 打開電動(dòng)機(jī)，根據(jù)所需液態(tài)鋰的流量大小調(diào)整電動(dòng)機(jī)，推動(dòng)活塞在鋰中轉(zhuǎn)貯箱中上下運(yùn)動(dòng)，將鋰中轉(zhuǎn)貯箱中的液態(tài)鋰通過推進(jìn)劑管路推向發(fā)動(dòng)機(jī)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及功效在于(1)針對電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的鋰推進(jìn)劑供給裝置的特殊要求，將固體堿金屬鋰加熱液化后擠壓入鋰中轉(zhuǎn)貯箱，通過步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制活塞實(shí)現(xiàn)了鋰推進(jìn)劑的流量可控供給， 增強(qiáng)了供給裝置的實(shí)用性和易操作性；(2)加熱膜的設(shè)計(jì)達(dá)到了固體推進(jìn)劑液化的目的，使得填充、供給和吹除更加易于實(shí)現(xiàn)；(3)所設(shè)計(jì)的冷卻閥，實(shí)現(xiàn)了鋰推進(jìn)劑管路的簡易閥門控制技術(shù)，避免了使用普通閥門時(shí)殘余推進(jìn)劑的固話凝結(jié)而容易造成的閥門損耗，大大延長了管路系統(tǒng)的壽命，并且使得管路中殘余推進(jìn)劑的吹除清理過程易于實(shí)現(xiàn)，有效提高了可操作性和實(shí)用性；(4)本發(fā)明的裝置及其方法解決了電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)地面試驗(yàn)中堿金屬固體推進(jìn)劑一鋰供給所涉及的多個(gè)具體應(yīng)用難題，為進(jìn)ー步深化電推進(jìn)技術(shù)研究與工程應(yīng)用提供 了保障，在電推進(jìn)試驗(yàn)平臺(tái)上，該套推進(jìn)劑供給裝置進(jìn)行了等離子動(dòng)力學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)(MPDT)使 用固體堿金屬鋰為推進(jìn)劑的高空模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中實(shí)現(xiàn)了對發(fā)動(dòng)機(jī)既定流量的供給， 順利完成試驗(yàn)任務(wù)并獲得有效數(shù)據(jù)，推進(jìn)劑流量控制穩(wěn)定，符合發(fā)動(dòng)機(jī)地面試驗(yàn)要求。


圖1為該套電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的鋰推進(jìn)劑供給系統(tǒng)裝置的整體示意圖；圖2為采用本發(fā)明鋰推進(jìn)劑供給裝置對電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)供給鋰推進(jìn)劑的步驟 示意圖。圖中101.氬氣氣瓶102.氬氣氣瓶手動(dòng)截止閥 103.氬氣管路過濾
器104.氬氣管路壓カ表201.鋰貯箱202.鋰貯箱溫度傳
感器203.鋰貯箱加熱膜204.鋰中轉(zhuǎn)貯箱205.活塞206.電動(dòng)機(jī)207.鋰中轉(zhuǎn)貯箱溫度傳感器208.鋰中轉(zhuǎn)貯箱加 熱膜209.推進(jìn)劑管路溫度傳感器210.推進(jìn)劑管路加熱膜301.循環(huán)冷卻水貯 箱302.冷卻水管路放水閥門I 303.冷卻水管路過濾器I 304.推進(jìn)劑管路冷 卻閥I305.冷卻水管路回流閥門I 306.冷卻水管路放水閥門II 307.冷卻水管路過 濾器II308.鋰中轉(zhuǎn)貯箱冷卻閥II 309.冷卻水管路回流閥門II 310.冷卻水管路放 水閥門III311.冷卻水管路過濾器III 312.推進(jìn)劑管路冷卻閥III 313.冷卻水管路回 流閥門III
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)ー步說明本發(fā)明的鋰推進(jìn)劑供給裝置及其供給方法。如圖1所示，本發(fā)明的鋰推進(jìn)劑供給裝置包括氬氣氣路分裝置、鋰推進(jìn)劑供給分 裝置和冷卻水控制分裝置。下面按照該套裝置一般使用順序進(jìn)行說明，方便理解與使用。氬氣氣路分裝置包括氬氣氣瓶101、氬氣氣瓶手動(dòng)截止閥102、氬氣管路過濾器 103和氬氣管路壓カ表104。氬氣氣瓶101主要用于存放惰性氣體氬氣。氬氣氣瓶手動(dòng)截 止閥102安裝在氬氣氣瓶101出ロ管路上，用于控制氬氣管路的開關(guān)。氬氣管路過濾器103 位于氬氣氣瓶手動(dòng)截止閥102的下游，用來保證氬氣管路中氬氣的清潔度。氬氣管路壓カ 表104安裝在氬氣管路上，用于監(jiān)測氬氣管路內(nèi)氣體的壓力。當(dāng)打開氬氣氣瓶手動(dòng)截止閥 102后，氬氣氣瓶101中的氬氣經(jīng)過氬氣管路過濾器103到達(dá)鋰貯箱201。鋰推進(jìn)劑供給分裝置的功能是將固體堿金屬鋰加熱液化，并將其可控地供給電推 進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)，由于采用固體堿金屬鋰作為推進(jìn)劑，它的裝置較之采用氣體推進(jìn)劑及液體推進(jìn)劑供給時(shí)顯得更加復(fù)雜。鋰推進(jìn)劑供給分裝置包括鋰貯箱201、鋰貯箱溫度傳感器202、鋰貯箱加熱膜203、鋰中轉(zhuǎn)貯箱204、活塞205、電動(dòng)機(jī)206、鋰中轉(zhuǎn)貯箱溫度傳感器207、鋰中轉(zhuǎn)貯箱加熱膜208、推進(jìn)劑管路溫度傳感器209、推進(jìn)劑管路加熱膜210、推進(jìn)劑管路冷卻閥 1304、鋰中轉(zhuǎn)貯箱冷卻閥II308和推進(jìn)劑管路冷卻閥111312。鋰貯箱201主要用于存放固體堿金屬推進(jìn)劑鋰，并在其中完成固體鋰加熱液化的過程。鋰貯箱溫度傳感器202安裝在鋰貯箱201的外壁面，用于監(jiān)測鋰貯箱201的溫度狀況，保證鋰貯箱201內(nèi)的鋰處于液化狀態(tài)。鋰貯箱加熱膜203安裝于鋰貯箱201的外壁面，用于加熱鋰貯箱201，使內(nèi)部的固體堿金屬鋰液化。推進(jìn)劑管路冷卻閥I 304安裝于鋰貯箱201下游的鋰推進(jìn)劑管路上，用于控制鋰貯箱201和鋰中轉(zhuǎn)貯箱204之間的推進(jìn)劑管路的開關(guān)。鋰中轉(zhuǎn)貯箱204用于暫時(shí)存貯液態(tài)的鋰?；钊?05安裝于鋰中轉(zhuǎn)貯箱204內(nèi)，用于將鋰中轉(zhuǎn)貯箱204內(nèi)的液態(tài)鋰擠出。電動(dòng)機(jī)206位于活塞205的上端，用于控制活塞205的上下運(yùn)動(dòng)及其運(yùn)動(dòng)速度，從而完成推進(jìn)劑鋰的流量控制。鋰中轉(zhuǎn)貯箱溫度傳感器207安裝于鋰中轉(zhuǎn)貯箱204外壁面，用于監(jiān)測鋰中轉(zhuǎn)貯箱204的溫度。鋰中轉(zhuǎn)貯箱加熱膜208安裝于鋰中轉(zhuǎn)貯箱204外壁面，用于加熱鋰中轉(zhuǎn)貯箱204，維持其內(nèi)推進(jìn)劑鋰處于液態(tài)。鋰中轉(zhuǎn)貯箱冷卻閥II308安裝于鋰中轉(zhuǎn)貯箱204 外壁面中部，用于防止鋰中轉(zhuǎn)貯箱204內(nèi)的液態(tài)鋰泄漏。推進(jìn)劑管路冷卻閥III312位于鋰中轉(zhuǎn)貯箱204下游，用于控制鋰中轉(zhuǎn)貯箱204和發(fā)動(dòng)機(jī)之間的推進(jìn)劑管路的開關(guān)。推進(jìn)劑管路溫度傳感器209安裝于推進(jìn)劑管路外壁面，用于監(jiān)測推進(jìn)劑管路溫度。推進(jìn)劑管路加熱膜210安裝于推進(jìn)劑管路外壁面，用于加熱推進(jìn)劑管路，維持其內(nèi)推進(jìn)劑鋰保持液化狀態(tài)。推進(jìn)劑管路冷卻閥1304、鋰中轉(zhuǎn)貯箱冷卻閥II308和推進(jìn)劑管路冷卻閥III312是在所要布置的位置的表面上貼合著緊密纏繞上若干圈要通入冷卻水的管子。如圖1所示， 推進(jìn)劑管路冷卻閥1304、推進(jìn)劑管路冷卻閥III312都是在一段推進(jìn)劑管路的外表面上緊密纏繞若干圈要通入冷卻水的管子，鋰中轉(zhuǎn)貯箱冷卻閥II308是在鋰中轉(zhuǎn)貯箱204的中部位置的外表面上緊密纏繞若干圈要通入冷卻水的管子，纏繞的管子與所纏繞的位置貼合。 當(dāng)纏繞的管子中通入冷卻水的時(shí)候，推進(jìn)劑管路上布置冷卻閥的位置的溫度降低，推進(jìn)劑管路中流經(jīng)的液態(tài)鋰受冷由液態(tài)轉(zhuǎn)換為固體，使得推進(jìn)劑管路堵塞，從而起到閥門關(guān)閉的作用。在停止通入冷卻水的時(shí)候，由于推進(jìn)劑管路加熱膜210的加熱，固體狀態(tài)的鋰受熱轉(zhuǎn)換為液態(tài)，使得推進(jìn)劑管路疏通。鋰中轉(zhuǎn)貯箱冷卻閥II308通入冷卻水時(shí)，使得鋰中轉(zhuǎn)貯箱 204的中部位置的溫度變低，防止鋰中轉(zhuǎn)貯箱204內(nèi)的液態(tài)鋰泄漏。冷卻水控制分裝置包括循環(huán)冷卻水貯箱301、冷卻水管路放水閥門1302、冷卻水管路過濾器1303、冷卻水管路回流閥門1305、冷卻水管路放水閥門11306、冷卻水管路過濾器11307、冷卻水管路回流閥門11309、冷卻水管路放水閥門111310、冷卻水管路過濾器 III311和冷卻水管路回流閥門111313。循環(huán)冷卻水貯箱301主要用于貯存循環(huán)冷卻水。 冷卻水管路放水閥門1302、冷卻水管路放水閥門11306、冷卻水管路放水閥門III310分別安裝于循環(huán)冷卻水貯箱301下游不同的冷卻水管路I、II、III，分別用于控制冷卻水管路 I、II、III的放水。冷卻水管路過濾器1303、冷卻水管路過濾器11307、冷卻水管路過濾器 III311分別安裝于冷卻水管路I、II、III中冷卻水管路放水閥門1302、冷卻水管路放水閥門11306、冷卻水管路放水閥門III310的下游，分別用于過濾冷卻水管路I、II、III中的循環(huán)冷卻水。推進(jìn)劑管路冷卻閥1304、鋰中轉(zhuǎn)貯箱冷卻閥11308、推進(jìn)劑管路冷卻閥III312 分別安裝于冷卻水管路I、II、III中冷卻水管路過濾器1303、冷卻水管路過濾器11307、冷卻水管路過濾器III311的下游。冷卻水管路回流閥門1305、冷卻水管路回流閥門11309、 冷卻水管路回流閥門III313分別安裝于冷卻水管路I、II、III中推進(jìn)劑管路冷卻閥1304、 鋰中轉(zhuǎn)貯箱冷卻閥11308、推進(jìn)劑管路冷卻閥III312的下游，分別用于控制冷卻水管路I、 II、III的冷卻水回流。本發(fā)明裝置中選用的管路為不銹鋼管，材料為lCrl8M9Ti，材料具有良好的耐腐蝕性。本發(fā)明裝置中選用的溫度傳感器采用熱電阻PT100，測溫范圍為0 500°C。本發(fā)明裝置中所采用的手動(dòng)截止閥門均采用型號為TO708. 1-91的手動(dòng)截止閥， 閥門接口為標(biāo)準(zhǔn)DN4、37°接頭并與相應(yīng)管路上球頭連接。本發(fā)明裝置中設(shè)置在氬氣氣路上的過濾器采用型號為25 μ m的產(chǎn)品，冷卻水管路上的過濾器采用型號為ΙΟμπι的產(chǎn)品。具體應(yīng)用中可以根據(jù)使用要求自行選取。搭建該套裝置中需要進(jìn)行許多焊接工作，建議使用氬弧焊或者其他惰性氣體保護(hù)焊，這樣減少焊接處的氧化物，而且管路加工完畢后必須經(jīng)過酸洗鈍化，再進(jìn)行超聲波清洗、氮?dú)獯党炔僮鳎M(jìn)而保證供給裝置的清潔度。下面對采用本發(fā)明的鋰推進(jìn)劑供給裝置對電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)供給鋰推進(jìn)劑的方法進(jìn)行說明。如圖2所示，具體過程如下(1)試驗(yàn)操作前，首先打開鋰貯箱201，把作為推進(jìn)劑的固體堿金屬鋰放入其中。(2)氬氣氣路分裝置為鋰貯箱201通入增壓的氣體。氬氣氣瓶101提供了一路用于在推進(jìn)劑填充過程中對鋰貯箱201增壓的氣體，打開手動(dòng)截止閥102，氣體從氬氣氣瓶101 流出后首先通過手動(dòng)截止閥102進(jìn)入氬氣管路過濾器103，將氣體中可能攜帶的顆粒等雜質(zhì)過濾掉；氬氣氣路壓力表104用于監(jiān)測向鋰貯箱201提供的增壓氣體的壓力；氬氣氣瓶手動(dòng)截止閥102打開的時(shí)候，裝置實(shí)現(xiàn)對鋰貯箱201的放氣操作。(3)同時(shí)打開加熱膜。打開鋰貯箱加熱膜203，使得鋰貯箱201中的固體堿金屬鋰液化，同時(shí)打開鋰中轉(zhuǎn)貯箱加熱膜208和推進(jìn)劑管路加熱膜210，保證流入鋰中轉(zhuǎn)貯箱204 和推進(jìn)劑管路的鋰保持液態(tài)。(4)給鋰中轉(zhuǎn)貯箱冷卻閥ΙΙ308和推進(jìn)劑管路冷卻閥ΙΙΙ312通入冷卻水，關(guān)閉鋰中轉(zhuǎn)貯箱204與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的推進(jìn)劑管路，鋰貯箱201內(nèi)的液態(tài)鋰通過推進(jìn)劑管路進(jìn)入鋰中轉(zhuǎn)貯箱204。先打開冷卻水管路回流閥門11309、冷卻水管路回流閥門111313，隨后打開冷卻水管路放水閥門ΙΙ306和冷卻水管路放水閥門111310，使鋰中轉(zhuǎn)貯箱冷卻閥ΙΙ308和鋰推進(jìn)劑管路冷卻閥ΙΙΙ312處于工作狀態(tài)，此時(shí)向鋰貯箱201增壓進(jìn)行推進(jìn)劑的加注時(shí)， 鋰貯箱201內(nèi)的液態(tài)鋰便會(huì)通過推進(jìn)劑管路經(jīng)過鋰管路冷卻閥1304進(jìn)入鋰中轉(zhuǎn)貯箱204。 鋰中轉(zhuǎn)貯箱冷卻閥ΙΙ308處于工作狀態(tài)可以防止液態(tài)鋰從鋰中轉(zhuǎn)貯箱204的泄漏；鋰推進(jìn)劑管路冷卻閥ΙΙΙ312處于工作狀態(tài)，可以使得液態(tài)鋰在此處冷卻固化，起到控制閥的作用。(5)關(guān)閉鋰貯箱201與鋰中轉(zhuǎn)貯箱204之間的推進(jìn)劑管路，打開鋰中轉(zhuǎn)貯箱204與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的推進(jìn)劑管路。在完成向鋰中轉(zhuǎn)貯箱204填充推進(jìn)劑操作后，依次打開冷卻水管路回流閥門1305和冷卻水管路放水閥門1302，推進(jìn)劑管路冷卻閥1304處于工作狀態(tài)，此處的液體鋰?yán)鋮s固化，斷開鋰中箱201和鋰中轉(zhuǎn)貯箱204之間的推進(jìn)劑管路；然后依次關(guān)閉冷卻水管路放水閥門ΙΙΙ310和冷卻水管路回流閥門111313，鋰推進(jìn)劑管路冷卻閥ΙΙΙ312處于非工作狀態(tài)，此處固態(tài)的鋰加熱液化，鋰中轉(zhuǎn)貯箱204和發(fā)動(dòng)機(jī)之間的推進(jìn)劑管路導(dǎo)
ο(6)通過鋰中轉(zhuǎn)貯箱204里設(shè)置的活塞205的上下運(yùn)動(dòng)，將鋰中轉(zhuǎn)貯箱204中的液態(tài)鋰通過推進(jìn)劑管路推向發(fā)動(dòng)機(jī)。完成以上步驟后，便可以向試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)供給推進(jìn)劑。 打開電動(dòng)機(jī)206推動(dòng)活塞205，根據(jù)所需流量的大小調(diào)整電動(dòng)機(jī)，鋰中轉(zhuǎn)貯箱204中的液態(tài)鋰進(jìn)入推進(jìn)劑管路，經(jīng)過處于非工作狀態(tài)的推進(jìn)劑管路冷卻閥111312，最后到達(dá)試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)。由于固體堿金屬鋰具有強(qiáng)還原性，在空氣中加熱后很容易被氧化。所以除了氬氣氣路分裝置和冷卻水控制分裝置，鋰推進(jìn)劑供給分裝置應(yīng)該放在提供真空環(huán)境的真空艙中。并且鋰極易與水發(fā)生反應(yīng)，所以固體堿金屬推進(jìn)劑——鋰放入鋰貯箱201的過程也應(yīng)該通過防護(hù)手套在艙內(nèi)真空環(huán)境下進(jìn)行。固體堿金屬鋰還極易與水發(fā)生劇烈反應(yīng)，所以在試驗(yàn)開始前應(yīng)該加熱管路和設(shè)備并用氬氣吹除，保持管路和設(shè)備的干燥；同時(shí)氬氣管路的過濾器103也應(yīng)該具有一定的干燥作用，防止氬氣中含有一定水分。為了防止管路及設(shè)備中殘留的鋰在冷卻后固化，影響系統(tǒng)下次的使用，在試驗(yàn)后依次關(guān)閉冷卻水管路回流閥門 1305和冷卻水管路放水閥門1302，推進(jìn)劑管路冷卻閥1304處于非工作狀態(tài)，而同時(shí)保持所有的加熱膜處于工作狀態(tài)，并打開氬氣氣路手動(dòng)截止閥102，對所有的管路和設(shè)備進(jìn)行殘留推進(jìn)劑吹除。
權(quán)利要求
1.一種電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的鋰推進(jìn)劑供給裝置，其特征在于，該裝置包括三部分氬氣氣路分裝置、冷卻水控制分裝置和放置在真空艙中的鋰推進(jìn)劑供給分裝置；所述的鋰推進(jìn)劑供給分裝置主要包括鋰貯箱、鋰中轉(zhuǎn)貯箱、活塞和電動(dòng)機(jī)，鋰貯箱的底部通過推進(jìn)劑管路連通鋰中轉(zhuǎn)貯箱的底部，鋰中轉(zhuǎn)貯箱的底部還通過推進(jìn)劑管路連通至發(fā)動(dòng)機(jī)，在鋰貯箱的外壁面、鋰中轉(zhuǎn)貯箱的外壁面和推進(jìn)劑管路的外壁面上都布置有加熱膜， 在鋰中轉(zhuǎn)貯箱的外壁面中部、鋰貯箱連通鋰中轉(zhuǎn)貯箱的推進(jìn)劑管路上以及鋰中轉(zhuǎn)貯箱連通發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)劑管路上設(shè)置有冷卻閥；鋰貯箱在放入固體鋰后密封，布置在鋰貯箱外壁面的加熱膜用于將鋰貯箱內(nèi)的固體堿金屬鋰液化，布置在鋰中轉(zhuǎn)貯箱外壁面的加熱膜用于使鋰中轉(zhuǎn)貯箱中的鋰保持液化狀態(tài)，布置在推進(jìn)劑管路外壁面上的加熱膜用于維持管路內(nèi)的鋰保持液化狀態(tài)；活塞安裝于鋰中轉(zhuǎn)貯箱內(nèi)部的上方，用于將鋰中轉(zhuǎn)貯箱內(nèi)的液態(tài)鋰擠出， 電動(dòng)機(jī)安裝于活塞的上端，用于控制活塞的上下運(yùn)動(dòng)及其運(yùn)動(dòng)速度；所述的氬氣氣路分裝置通過氬氣管路連通鋰貯箱的頂部，在試驗(yàn)前以惰性氣體氬氣擠壓鋰貯箱中的液態(tài)鋰；所述的冷卻水控制分裝置用于為鋰推進(jìn)劑供給分裝置中的冷卻閥通入冷卻水實(shí)現(xiàn)閥門控制的作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的鋰推進(jìn)劑供給裝置，其特征在于， 所述的鋰推進(jìn)劑供給分裝置還包括溫度傳感器，溫度傳感器分別設(shè)置在鋰貯箱的外壁面、 鋰中轉(zhuǎn)貯箱的外壁面以及鋰中轉(zhuǎn)貯箱連通發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)劑管路上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的鋰推進(jìn)劑供給裝置，其特征在于， 所述的溫度傳感器采用熱電阻PT100，測溫范圍為0 500°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的鋰推進(jìn)劑供給裝置，其特征在于， 所述的冷卻閥為要通入冷卻水的管子，該管子緊密地纏繞在所要布置的位置的外表面上， 纏繞一圈以上，要通入冷卻水的管子與所要纏繞的部位貼合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的鋰推進(jìn)劑供給裝置，其特征在于， 所述的氬氣氣路分裝置包括氬氣氣瓶、氬氣氣瓶手動(dòng)截止閥、氬氣管路過濾器和氬氣管路壓力表，氬氣氣瓶通過氬氣管路從鋰貯箱的頂部伸入鋰貯箱，在氬氣氣瓶出口的氬氣管路上安裝有氬氣氣瓶手動(dòng)截止閥，在氬氣氣瓶手動(dòng)截止閥下游的氬氣管路上安裝有氬氣管路過濾器，氬氣管路壓力表安裝在氬氣管路上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的鋰推進(jìn)劑供給裝置，其特征在于， 所述的冷卻水控制分裝置包括循環(huán)冷卻水貯箱、冷卻水管路放水閥門、冷卻水管路過濾器和冷卻水管路回流閥門；所述的循環(huán)冷卻水貯箱用于貯存循環(huán)冷卻水，具有三條循環(huán)的冷卻水管路冷卻水管路I、冷卻水管路II和冷卻水管路III ；在三條循環(huán)的冷卻水管路上， 按照冷卻水流動(dòng)的方向，均依次在放水口設(shè)置有冷卻水管路放水閥門，在冷卻水管路放水閥門下游設(shè)置有冷卻水管路過濾器，在冷卻水管路I的冷卻水管路過濾器的下游接入設(shè)置在鋰貯箱連通鋰中轉(zhuǎn)貯箱的推進(jìn)劑管路上的冷卻閥，在冷卻水管路II的冷卻水管路過濾器的下游接入設(shè)置在鋰中轉(zhuǎn)貯箱的外壁面中部的冷卻閥，在冷卻水管路III的冷卻水管路過濾器的下游接入設(shè)置在鋰中轉(zhuǎn)貯箱連通發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)劑管路上的冷卻閥，在冷卻閥的下游均設(shè)置有冷卻水管路回流閥門，用于控制冷卻水管路中冷卻水的回流。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的一種電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的鋰推進(jìn)劑供給裝置， 其特征在于，所述的氬氣氣瓶手動(dòng)截止閥和冷卻水管路放水閥門、冷卻水管路回流閥門均采用型號為TO708. 1-91的手動(dòng)截止閥，閥門接口為標(biāo)準(zhǔn)DN4、37°接頭，并與相應(yīng)管路上球頭連接。
8.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的鋰推進(jìn)劑供給裝置對電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)供給鋰推進(jìn)劑的方法，其特征在于，具有如下步驟步驟1 打開鋰貯箱，放入作為推進(jìn)劑的固體堿金屬鋰，關(guān)閉鋰貯箱；步驟2 氬氣氣路分裝置為鋰貯箱通入氬氣；步驟3 打開加熱膜，使鋰貯箱中的固體堿金屬鋰液化；步驟4 為設(shè)置在鋰中轉(zhuǎn)貯箱的外壁面中部的冷卻閥和設(shè)置在鋰中轉(zhuǎn)貯箱連通發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)劑管路上的冷卻閥通入冷卻水，關(guān)閉鋰中轉(zhuǎn)貯箱與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的推進(jìn)劑管路，將鋰貯箱內(nèi)的液態(tài)鋰通過推進(jìn)劑管路填充入鋰中轉(zhuǎn)貯箱；步驟5 為設(shè)置在鋰貯箱連通鋰中轉(zhuǎn)貯箱的推進(jìn)劑管路上的冷卻閥通入冷卻水，關(guān)閉鋰貯箱與鋰中轉(zhuǎn)貯箱之間的推進(jìn)劑管路，然后停止為設(shè)置在鋰中轉(zhuǎn)貯箱連通發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)劑管路上的冷卻閥通入冷卻水，導(dǎo)通鋰中轉(zhuǎn)貯箱與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的推進(jìn)劑管路；步驟6 打開電動(dòng)機(jī)，根據(jù)所需液態(tài)鋰的流量大小調(diào)整電動(dòng)機(jī)，推動(dòng)活塞在鋰中轉(zhuǎn)貯箱中上下運(yùn)動(dòng)，將鋰中轉(zhuǎn)貯箱中的液態(tài)鋰通過推進(jìn)劑管路推向發(fā)動(dòng)機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明提出一種電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的鋰推進(jìn)劑供給裝置及其供給方法，該裝置包括氬氣氣路分裝置、冷卻水控制分裝置和放置在真空艙中的鋰推進(jìn)劑供給分裝置，鋰推進(jìn)劑供給分裝置中的鋰貯箱、鋰中轉(zhuǎn)貯箱和推進(jìn)劑管路的外壁上都設(shè)置有加熱膜，鋰貯箱與鋰中轉(zhuǎn)貯箱之間的推進(jìn)劑管路上、鋰中轉(zhuǎn)貯箱與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的推進(jìn)劑管路上都設(shè)置有冷卻閥，氬氣氣路分裝置為鋰貯箱提供氣體壓力，冷卻水控制分裝置為冷卻閥供應(yīng)冷卻水。所述方法通過加熱膜將固體堿金屬鋰液化后擠壓入中轉(zhuǎn)貯箱，通過電動(dòng)機(jī)控制活塞實(shí)現(xiàn)了鋰推進(jìn)劑的流量可控供給。本發(fā)明具有較高的可操作性和實(shí)用性，使鋰固體推進(jìn)劑供給的流量控制穩(wěn)定，符合發(fā)動(dòng)機(jī)地面試驗(yàn)要求。
文檔編號G01M15/02GK102445347SQ20111030027
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者王海興, 耿金越, 陳士強(qiáng) 申請人:北京航空航天大學(xué)