一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱，包括低温液体贮箱，低温液体贮箱底部设有液体推进剂下排口，低温液体贮箱上部连接的增压输送管的端头连接有非扩散型消能器，低温液体贮箱的金属壁外侧喷涂一层发泡层，在发泡层外侧覆盖密封层，密封层外侧喷涂反射涂料，在金属壁内侧覆盖一层非金属涂层，通过抑制气枕与金属壁换热、提高留在气枕区的能量份额来减少气体消耗量，具有结构简单、运行可靠，增压效果显著等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及低温液体火箭燃料贮箱压力管理系统，具体涉及一种可提高气体增压 效果的低温液体贮箱。
技术介绍
运载火箭升空阶段，低温液体燃料必须以一定的压力自贮箱底部排出持续供给发 动机。通常采用增压输送系统来保证这一过程的顺利实现，即通过向燃料贮箱气枕区注入 气体形成基本稳定的高压环境，驱动液体推进剂顺利输送。降低增压气体消耗量是增压系 统优化设计的主要目标。现有的发射水平，进入地球近地轨道（LEO)的发射成本约为每千 克10, 000~20, 000美元。降低增压气体消耗量可显著降低发射成本，除了气体自身质量 降低所带来的收益外，硬件质量（气瓶、阀门、管道、支撑结构等）减少所产生的收益更加可 观。此外，增压系统整体质量的降低也有利于火箭整体布局与安全工作。鉴于此，国内外学 者就增压输送系统开展了持续多年的研宄，提出可通过增大气体入口温度，即提高单位气 体携带能量来降低增压气体的消耗量。据试验测定，采用氦气增压液氢贮箱时，氦气温度每 提高100K，气体消耗量降低约10. 0~13. 0%。然而，该方式增加了火箭系统的复杂性，增 压气体温度过高也会对整个燃料系统的安全运行产生不利影响，限制了气体消耗量进一步 降低的潜力。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种可提高气体增压效果 的低温液体贮箱，通过抑制气枕与金属壁换热、提高留在气枕区的能量份额来减少气体消 耗量，具有结构简单、运行可靠，增压效果显著等优点。 为了达到上述目标，本专利技术采用的技术方案为： 一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱，包括低温液体贮箱，低温液体贮箱底 部设有液体推进剂下排口 6,低温液体贮箱上部连接的增压输送管1的端头连接有非扩散 型消能器2,低温液体贮箱的金属壁3外侧喷涂一层发泡层4,在金属壁3内侧覆盖一层非 金属涂层5。 所述的发泡层4外侧覆盖密封层8,密封层8外侧喷涂反射涂料9,密封层8的材 料为y? 7-21，厚度小于Imm ;反射涂料9的材料为Xn-5237,厚度小于0. 1mm。 所述的非扩散型消能器2安装于低温液体贮箱轴线，使高温气流流向液面时，气 流扫过的区域位于低温液体贮箱轴线区不与金属壁3内侧的非金属涂层5接触。 所述的非扩散型消能器2采用倒锥形结构，锥形扩张角度在保证增压来流不对非 金属涂层5产生直接冲击的前提下尽可能大。 所述的发泡层4采用喷涂工艺，材料为聚氨酯硬质泡沫塑料，厚度为20~30mm。 所述的非金属层涂层5为EP29LPSP耐低温环氧树脂胶，厚度为0. 5~I. 0mm，导热 系数为0. 12WAm ? K)，适用范围为4K~408K，在54°C~74°C下热固化6~8小时。 本专利技术的有益效果：相对于采用扩散型消能器的增压方案，非扩散消能器可在地 面预增压阶段减少46. 0%的气体消耗量，而在飞行增压阶段减少16. 7%。相对于不采用 内部表面处理的燃料贮箱，在贮箱内壁喷涂0. 5mm厚发泡层的增压气体消耗量可节省约 22%，由此可见，本专利技术对降低增压气体消耗量有显著价值。【附图说明】 图1为本专利技术的低温液体贮箱的结构示意图。 图2为本专利技术低温液体贮箱的壁面结构示意图。 图3为传统扩散型消能器7对应低温液体贮箱内物理场分布。 图4为本专利技术非扩散型消能器2对应低温液体贮箱内物理场分布。【具体实施方式】 参照图1，一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱，包括低温液体贮箱，低温液 体贮箱底部设有液体推进剂下排口 6,低温液体贮箱上部连接的增压输送管1的端头连接 有非扩散型消能器2,低温液体贮箱的金属壁3外侧喷涂一层发泡层4,在金属壁3内侧覆 盖一层非金属涂层5。 参照图2,所述的发泡层4外侧覆盖密封层8,密封层8外侧喷涂反射涂料9,密封 层8的材料为y? 7-21，厚度小于Imm ;反射涂料9的材料为Xn-5237,厚度小于0. 1_。 所述的非扩散型消能器2安装于低温液体贮箱轴线，使高温气流流向液面时，气 流扫过的区域位于低温液体贮箱轴线区不与金属壁3内侧的非金属层5接触。 所述的非扩散型消能器2的结构为倒锥形，锥形扩张角度在保证增压来流不对非 金属涂层5产生直接冲击的前提下尽可能大。 所述的发泡层4采用喷涂工艺，材料为聚氨酯硬质泡沫塑料，厚度为20~30mm，具 有降低环境漏热的功能。 所述的非金属层涂层5为EP29LPSP耐低温环氧树脂胶，均匀涂刷在金属壁3内 侦牝厚度为〇. 5~I. 0mm，EP29LPSP的导热系数为0. 12WAm ?!()，适用温度范围在4K~408K， 在54°C~74°C下热固化6~8小时获得最佳效果。 本专利技术的工作原理为： 参照图3、图4,传统的采用扩散型消能器7,气流会与金属壁3接触造成热损失； 采用非扩散型消能器2后气枕区存在明显的径向温度梯度，且高温区位于低温液体贮箱的 轴线附近，同一高度的近壁区被温度相对较低的气体覆盖，造成气体传给壁面的热量更少， 留在气枕区提供增压效果的能量增多，非金属涂层5的存在使得来自非扩散型消能器2的 增压气体并不能与金属壁3直接接触，升空过程中，随着低温液体自贮箱下排口 6排出，温 度较高的气枕首先通过对流作用将热量传递给非金属涂层5,非金属涂层5吸收热量后自 身温度升高，再通过导热作用将热量传递给金属壁3,由于非金属涂层5为非金属材质，具 有较低的导热系数，热量从非金属涂层5传递至金属壁3的速率较低，相比于纯金属壁面， 非金属涂层5内存在较明显的径向温度梯度，面向气枕的一侧温度较高，拉低了换热面与 气枕之间的换热温差，使得气枕传给壁面的热量降低，从而有利于热量留在气枕区提供增 压效果，发泡层4用于屏蔽环境漏热，密封层8可阻止环境中的水蒸汽渗入发泡层4而影响 其绝热性能，反射涂层9可减弱环境向低温贮箱的辐射换热。【主权项】1. 一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱，包括低温液体贮箱，低温液体贮箱底部 设有液体推进剂下排口（6)，其特征在于：低温液体贮箱上部连接的增压输送管（1)的端头 连接有非扩散型消能器（2)，低温液体贮箱的金属壁（3)外侧喷涂一层发泡层（4)，在金属 壁（3)内侧覆盖一层非金属涂层（5)。2. 根据权利要求1所述的一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱，其特征在于：所 述的发泡层（4)外侧覆盖密封层（8)，密封层（8)外侧喷涂反射涂料（9)，密封层（8)的材 料为y(D7-21，厚度小于Imm;反射涂料（9)的材料为ΧΠ -5237,厚度小于〇. 1mm。3. 根据权利要求1所述的一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱，其特征在于：所 述的非扩散型消能器（2)，安装于低温液体贮箱轴线，使高温气流流向液面时，气流扫过的 区域位于低温液体贮箱轴线区不与金属壁（3)内侧的非金属涂层（5)接触。4. 根据权利要求1所述的一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱，其特征在于：所 述的非扩散型消能器（2)采用倒锥形结构，锥形扩张角度在保证增压来流不对非金属涂层 (5)产生直接冲击的前提下尽可能大。5. 根据权利要求1所述的一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱，其特征在于：所 述的发泡层（4)采用喷涂工艺，材料为聚氨酯硬质泡沫塑料，厚度为20~30mm。6. 根据权利要求1所述的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱，包括低温液体贮箱，低温液体贮箱底部设有液体推进剂下排口(6)，其特征在于：低温液体贮箱上部连接的增压输送管(1)的端头连接有非扩散型消能器(2)，低温液体贮箱的金属壁(3)外侧喷涂一层发泡层(4)，在金属壁(3)内侧覆盖一层非金属涂层(5)。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，厉彦忠，马原，刘展，朱康，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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