本發(fā)明涉及液體運載火箭領(lǐng)域，特別是一種適用于運載火箭貯箱的虹吸出流裝置。

背景技術(shù)：

1、液體運載火箭貯箱內(nèi)推進劑出流末期，由于貯箱邊界、出口和外界干擾等因素對局部流動特性的影響，會在出流口上方出現(xiàn)液面塌陷、漩渦等現(xiàn)象。漩渦與塌陷現(xiàn)象是液體火箭特有的，出現(xiàn)在火箭單級燃燒末期。如不采取有效的抑制措施，漩渦和塌陷會使大量氣體夾雜于推進劑中，流經(jīng)輸送管到發(fā)動機渦輪泵，嚴重影響發(fā)動機的正常工作，甚至產(chǎn)生氣蝕并導(dǎo)致發(fā)動機爆炸。因此通過設(shè)計適當?shù)某隽餮b置來防止或推遲漩渦、塌陷的發(fā)生，提高貯箱內(nèi)推進劑的利用率，是保證運載火箭動力系統(tǒng)正常工作且提高運載火箭運載能力的有效途徑。而現(xiàn)有一些液體運載火箭貯箱底部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，出流口位置較高，傳統(tǒng)的半蓋板、消漩葉片等出流裝置無法利用出流口以下的推進劑，因此需要設(shè)計新的出流裝置解決出流口以下箱底推進劑的利用問題從而進一步提高貯箱推進劑的利用率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種適用于運載火箭貯箱的虹吸出流裝置，針對貯箱底部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，出流口位置較高的液體運載火箭，解決其出流口以下箱底推進劑的利用問題，同時防止出流口上方出現(xiàn)液面塌陷、漩渦等現(xiàn)象。

2、本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種適用于運載火箭貯箱的虹吸出流裝置，其特征在于：所述虹吸出流裝置安裝于運載火箭貯箱內(nèi)，包括虹吸彎管、消漩葉片和蓄留裝置，通過虹吸效應(yīng)，實現(xiàn)對出流口以下推進劑的利用；所述虹吸彎管為彎曲管狀結(jié)構(gòu)，一端連接于貯箱的出流口，另一端為入口端，入口端與水平面平行，且低于出流口；在虹吸彎管入口端的外壁面均勻環(huán)繞排列多個消漩葉片，消漩葉片的上側(cè)固定于入口端外壁面，下側(cè)延伸至入口端下方；蓄留裝置位于虹吸彎管的頂部，蓄留裝置底部與虹吸彎管之間通過多個排氣孔相通。

3、進一步，蓄留裝置的體積、排氣孔的數(shù)量和直徑，滿足如下條件：推進劑出流過程中，蓄留裝置內(nèi)推進劑通過排氣孔流入虹吸彎管的流凈時刻晚于貯箱內(nèi)推進劑液位降到虹吸彎管入口端高度的時刻。

4、進一步，在虹吸彎管內(nèi)部，排氣孔位置的下方設(shè)置有阻流板，增加排氣孔處的流阻，減小排氣孔處推進劑流量。

5、進一步，阻流板的截面為圓弧形。

6、進一步，消漩葉片的下端寬度為0.15d，上端寬度為0.3d，高度為0.6d，葉片下端比虹吸彎管入口端低0.15d；d為虹吸彎管的管徑。

7、進一步，各消漩葉片間間隔角度為10°～15°，葉片數(shù)量大于20。

8、進一步，在虹吸彎管入口端進行局部擴張，入口端的管口截面積為虹吸彎管管道截面積的2～3倍。

9、進一步，蓄留裝置為圓筒狀結(jié)構(gòu)，圓筒上端向內(nèi)形成25～30°收角，防止出流過程中因橫向過載導(dǎo)致蓄留裝置內(nèi)的推進劑晃出。

10、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：

11、(1)本發(fā)明創(chuàng)新性提出貯箱內(nèi)虹吸彎管出流方案，虹吸彎管設(shè)計為彎曲金屬管，一端與貯箱原有出流口連接，另一端為虹吸彎管入口端，將入口端位置設(shè)計為低于原有出流口的平面，利用虹吸效應(yīng)，實現(xiàn)進一步有效利用出流口以下的推進劑，解決貯箱出流口以下的推進劑無法利用的問題，尤其針對底部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的貯箱，有效提升了貯箱內(nèi)推進劑的利用效率；

12、(2)本發(fā)明設(shè)計了一種解決夾氣問題的蓄留方案，由于虹吸彎管的彎曲結(jié)構(gòu)，在推進劑加注過程中，若虹吸彎管內(nèi)部的氣體無法排除，會造成推進劑出流過程中發(fā)生夾氣現(xiàn)象，因此在虹吸彎管高點設(shè)計小排氣孔，進一步為了防止出流過程中當液面低于排氣孔位置時，氣體進入虹吸彎管導(dǎo)致提前夾氣，安裝小孔上方安裝蓄留裝置，利用蓄留裝置中的推進劑起到液封作用，有效解決加注過程虹吸彎管內(nèi)氣體無法排出及出流過程提前夾氣的問題。

13、(3)本發(fā)明提出了一種基于總壓抑制的阻流方案，推進劑出流過程中，蓄留裝置和排氣孔的尺寸關(guān)系滿足蓄留裝置內(nèi)推進劑流凈時刻晚于貯箱內(nèi)推進劑液位到達虹吸彎管入口端平面高度的時刻，從而保證蓄留裝置的液封效果，進一步，在虹吸彎管內(nèi)部安裝擋流板，可以增加蓄留裝置內(nèi)小孔處的流阻，減小小孔處推進劑流量，使得蓄留裝置容積減少1/3。

14、4)本發(fā)明提出了虹吸彎管入口端增加消漩葉片的方案，在虹吸彎管入口處的外壁面環(huán)繞安裝消漩葉片，可以在液位較高時抑制出流過程中的漩渦夾氣進入輸送管內(nèi)，推遲了輸送管內(nèi)發(fā)生夾氣的時間，大幅降低了發(fā)生夾氣時推進劑剩余量。

技術(shù)特征：

1.一種適用于運載火箭貯箱的虹吸出流裝置，其特征在于：所述虹吸出流裝置安裝于運載火箭貯箱內(nèi)，包括虹吸彎管(1)、消漩葉片(2)和蓄留裝置(3)，通過虹吸效應(yīng)，實現(xiàn)對出流口以下推進劑的利用；所述虹吸彎管(1)為彎曲管狀結(jié)構(gòu)，一端連接于貯箱的出流口，另一端為入口端，入口端與水平面平行，且低于出流口；在虹吸彎管(1)入口端的外壁面均勻環(huán)繞排列多個消漩葉片(2)，消漩葉片的上側(cè)固定于入口端外壁面，下側(cè)延伸至入口端下方；蓄留裝置(3)位于虹吸彎管(1)的頂部，蓄留裝置(3)底部與虹吸彎管(1)之間通過多個排氣孔(4)相通。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于運載火箭貯箱的虹吸出流裝置，其特征在于：蓄留裝置(3)的體積、排氣孔(4)的數(shù)量和直徑，滿足如下條件：推進劑出流過程中，蓄留裝置(3)內(nèi)推進劑通過排氣孔(4)流入虹吸彎管(1)的流凈時刻晚于貯箱內(nèi)推進劑液位降到虹吸彎管(1)入口端高度的時刻。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于運載火箭貯箱的虹吸出流裝置，其特征在于：在虹吸彎管(1)內(nèi)部，排氣孔位置的下方設(shè)置有阻流板(5)，增加排氣孔(4)處的流阻，減小排氣孔(4)處推進劑流量。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適用于運載火箭貯箱的虹吸出流裝置，其特征在于：阻流板(5)的截面為圓弧形。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于運載火箭貯箱的虹吸出流裝置，其特征在于：消漩葉片(2)的下端寬度為0.15d，上端寬度為0.3d，高度為0.6d，葉片下端比虹吸彎管入口端低0.15d；d為虹吸彎管的管徑。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的適用于運載火箭貯箱的虹吸出流裝置，其特征在于：各消漩葉片間間隔角度為10°～15°，葉片數(shù)量大于20。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于運載火箭貯箱的虹吸出流裝置，其特征在于：在虹吸彎管(1)入口端進行局部擴張，入口端的管口截面積為虹吸彎管(1)管道截面積的2～3倍。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于運載火箭貯箱的虹吸出流裝置，其特征在于：蓄留裝置(3)為圓筒狀結(jié)構(gòu)，圓筒上端向內(nèi)形成25～30°收角，防止出流過程中因橫向過載導(dǎo)致蓄留裝置內(nèi)的推進劑晃出。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種適用于運載火箭貯箱的虹吸出流裝置，安裝于運載火箭貯箱內(nèi)，包括虹吸彎管、消漩葉片和蓄留裝置；虹吸彎管設(shè)計為彎曲管狀結(jié)構(gòu)，一端連接于貯箱的出流口，另一端為入口端，入口端與水平面平行，且低于出流口；在虹吸彎管入口端的外壁面均勻環(huán)繞排列多個消漩葉片，消漩葉片的上側(cè)固定于入口端外壁面，下側(cè)延伸至入口端下方；蓄留裝置位于虹吸彎管的頂部，蓄留裝置底部與虹吸彎管之間通過多個排氣孔相通。本發(fā)明通過虹吸效應(yīng)，解決了貯箱出流口以下的推進劑無法利用的問題，尤其針對底部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的貯箱，有效提升了貯箱內(nèi)推進劑的利用效率。

技術(shù)研發(fā)人員：方一博,陳二鋒,岳婷,賈鵬飛,張騰,孫善秀,王細波,胡曉軍,吳俊峰,王太平,方紅榮,張連萬,丁蕾
受保護的技術(shù)使用者：北京宇航系統(tǒng)工程研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26