[发明专利]一种新型EHD空间燃料贮箱气液相分离管理系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型EHD空间燃料贮箱气液相分离管理系统，特别是涉及一种基于电场效应的应用于空间微重力环境下的燃料贮箱流体管理系统。本发明在空间燃料贮箱中创新利用电水动力学EHD理念，通过由电场形成的保守力场代替重力场，对空间燃料贮箱中的流体工质燃料的气液相分布进行有效地强化输运和主动控制，属于在轨服务流体管理领域。

背景技术

随着人类空间开发与利用规模的迅速扩大，航天器为执行飞行任务，满足其功能、性能要求，对流体工质燃料的需求量越来越大，其工作任务周期直接受到航天器上可消耗流体物质装载量的限制，例如卫星变轨和长期轨道保持、月球与行星表面基地建设、大型深空探测活动等，均需要携带和消耗大量的推进剂燃料；天基化学激光器等特殊空间装置需携带相当数量的化学燃料等。因此，近几年来以航天器维护、维修等为主要目的的各类航天器在轨服务技术得到了广泛关注和研究，而作为其中的重要组成部分，航天器在轨加注技术能够在空间环境下为航天器补充燃料，延长其在轨寿命，能够大幅度节省空间任务的成本，在人类空间活动中起到非常重要的作用。其中，在轨加注技术作为在轨服务流体管理的核心关键技术之一，要求在微重力条件下把无蒸汽的单一液体以特定的热力学状态从贮箱输送到需要加注液体的航天器贮箱中。通常情况下，航天器的寿命决定于燃料的携带量，通过对在轨航天器进行加注，可以有效延长航天器的使用寿命，节约发射成本，并提高航天器的机动性和可靠性。在当前空间资源日趋紧张的情况下，在轨加注技术能够避免更多空间垃圾的产生，更加凸显了其应用价值。

微重力条件下的流体有效管理是一个复杂的过程，尽管国内外航天大国在航天器加注贮箱设计和正常运行期间流体管理等方面积累了丰富的经验，但由于微重力的特殊环境存在，推进剂燃料的加注过程与地面还是存在很大差别的。在空间微重力环境下，贮箱内液体的气液相不会由于两相密度差异而自然分层，而是在表面张力等次级力的作用下，气液共同悬浮在贮箱内呈不规则分布，因此无法预测其具体分布。随着加注量的增加，气液分布的状态也会发生很大变化，同时由于压力的变化，加注速度也会产生相应的变化。为了保障供给空间燃料贮箱为单相液体，则很有必要对微重力条件下贮箱内的燃料工质通过流体管理装置进行有效管理，其主要作用是在燃料流体管理过程中实现气液相分离，强化输运并使燃料工质保持稳定状态，防止微重力条件下由于燃料的不可控运动而导致航天器失稳。

目前航天器上普遍采用表面张力贮箱作为燃料液体管理装置。表面张力贮箱是推进剂燃料在轨加注的关键设备，它利用表面张力进行液体输送和气液分离，为航天器提供不夹气的燃料，不仅要满足航天器供给燃料的需求，还要在燃料加注和排放过程中对燃料进行有效管理。而近几年在轨服务技术的发展，为航天器燃料贮箱提出了更高的要求。在燃料加注和排出输运过程中，如果贮箱遇到外界干扰晃动或流体流动速度较大时，表面张力贮箱仍然无法彻底实现气液分离并完全保证为需要加注液体的航天器贮箱提供不夹气的燃料，因此急需发展一种新型的可以主动强化控制微重力液体燃料气液相分离的空间燃料贮箱流体管理系统。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种新型EHD空间燃料贮箱气液相分离管理系统，有效提升了微重力环境下气液相分离主动控制能力和在轨服务流体管理水平。

本发明的技术解决方案是：一种新型EHD空间燃料贮箱气液相分离管理系统，包括贮箱壁、排气管、排液/加注口、由上筒和下筒组成的中心筒、内导流板、外导流板、上托盘环、下托盘、正电极棒；

上筒和下筒通过插接或焊接的内导流板实现上、下固定连接，上筒和下筒之间交界面、下筒外侧圆周面上均喷涂环氧树脂涂层；正电极棒安装固定在下筒内部且正电极棒的轴线与下筒的轴线重合，正电极棒上圆面和下圆面均喷涂环氧树脂涂层；正电极棒与电源的正极连接，下筒圆周壁面与电源的负极连接；上筒和下筒的圆周壁面、内导流板上开多个mm量级小孔；下筒的下端与排液/加注口之间安装毛细筛网，贮箱内与排液/加注口相对的上端安装排气管；贮箱壁、排气管、排液/加注口、中心筒，内导流板、外导流板、上托盘环、下托盘组成板式表面张力燃料贮箱；

在微重力环境下，当需要将贮箱内的燃料排出时，电源加电，燃料由中心筒圆周壁面上的小孔进入中心筒，进入下筒内正电极棒与下筒筒壁之间形成的电场区域，将混入燃料内的气泡在电场力的作用下，突破下筒圆周壁面小孔处的表面张力和流体阻力的束缚，从下筒圆周壁面小孔处脱离中心筒而进入燃料贮箱内部，通过中心筒内的电场作用，避免气泡混入排液/加注口。

所述的排气管为螺旋型排气管。