[发明专利]火箭氧箱冷氦增压系统中增压气瓶环状布置方式

说明书

技术领域

本发明属于运载火箭增压输送系统与低温工程技术领域，具体涉及火箭氧箱冷氦增压系统中增压气瓶环状布置方式。

背景技术

冷氦增压系统是低温液体推进系统的关键技术之一。该系统通常利用氦气作为增压介质，且氦气瓶置于液氧箱内，低温高压氦气经过减压和加温后进入氧箱气枕，用于对氧箱进行增压，以保证发动机泵入口的压力要求。冷氦增压能够减轻增压系统重量，减少常温气瓶补压用氦气量，提高火箭运载能力；同时氦气化学性质比较稳定，不会与推进剂发生反应。

国外S-VIB、H-1和H-2、阿里安、能源号火箭应用了将冷氦气瓶安装于液氢箱的冷氦增压技术；俄罗斯、乌克兰研制的天顶号火箭、美国土星五号火箭和猎鹰9应用了可置于液氧箱中的与液氧相容的冷氦气瓶及相应的增压技术。国内某火箭的三子级应用了冷氦气瓶放置于液氢箱中的冷氦增压技术。

我国正在研制大推力液氧煤油发动机，与液氧相容的冷氦增压技术具有一定的先进性，但目前国内相关领域比较缺乏针对气瓶放置于液氧箱中的冷氦增压技术。针对不同气瓶安装布局，增压过程中冷氦气瓶与气枕及液氧的传热特性也不同，需要考虑不同气瓶布局条件下，增压过程气瓶热力状态的变化、气瓶最低温度，以及气枕与液氧的温度、压力变化情况。为了提高增压安全可靠性和减少增压用氦量，针对冷氦气瓶安装位置的设计布局，需要通过仿真分析进行优化，为地面模拟实验系统的方案设计提供指导。

发明内容

本发明的目的在于：在目前国内相关领域比较缺乏针对气瓶放置于液氧箱中的冷氦增压技术的情况下，提出了冷氦气瓶在液氧箱中的环状布置方式，以保证增压系统正常工作，同时提高增压安全可靠性并减少增压用氦量。本发明还提供了气瓶环状布置方式下的增压仿真结果。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

火箭氧箱冷氦增压系统中增压气瓶环状布置方式,具体如下：

液氧贮箱1内安装若干个增压用冷氦气瓶2，环状布置于氧箱底部和氧箱筒段：

冷氦气瓶2环状布置于氧箱1底部和氧箱1筒段(如图1)。

上述冷氦气瓶环状布置方案，所述的气瓶个数为16个，气瓶体积为40L，气瓶形状为球形，气瓶材料为高温合金。

上述冷氦气瓶环状布置方案，所述的气瓶初始压力为23MPa，初始温度为90K。

上述冷氦气瓶环状布置方案，所述的16个冷氦气瓶分2层，每层8个气瓶均匀布置于氧箱底部和氧箱筒段，紧贴氧箱壁面布置。

上述冷氦气瓶环状布置方案，所述的第一层8个冷氦气瓶布置于氧箱筒段，中心位置距离氧箱后赤道面(氧箱柱段与底部椭球交界面)300mm；第二层8个冷氦气瓶布置于氧箱底部，中心位置距离氧箱后赤道面-378mm。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明所述的增压气瓶环状布置方式，通过合理设计冷氦气瓶在液氧箱中的布置方式和数量，减轻了增压系统重量，减少了增压用氦量，可以提高火箭运载能力。

2、通过航空航天领域广泛使用的SindaFluint软件的模拟计算，证实本发明所述的增压气瓶布置方式可以保证增压系统正常工作，同时不会对氧箱中的液氧产生不利影响，具有较高的安全可靠性。

附图说明

图1a、图1b、图1c为本发明实施例的冷氦气瓶环状布置于液氧储箱底部和筒段的示意图；

图2为冷氦气瓶环状布置于氧箱底部和氧箱筒段示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明的火箭氧箱冷氦增压系统中增压气瓶环状布置方式如图1所示。图1表示的是冷氦气瓶2环状布置于氧箱1底部和氧箱1筒段：16个40L的球形冷氦气瓶分2层，每层8个气瓶均布于氧箱底部和氧箱筒段，第一层8个冷氦气瓶中心位置距氧箱后赤道面300mm；第二层8个冷氦气瓶中心位置距氧箱后赤道面-378mm。