蓄液器及蓄液器的选型方法技术

本发明专利技术公开了一种蓄液器，蓄液器为多孔介质材料制备的圆柱体，多孔介质材料的孔隙率为70～95％，多孔介质材料的等效孔径从蓄液器底面至顶面逐渐增大。蓄液器为多孔介质材料制备的圆柱体，多孔介质材料的孔隙率为70～95％，利用间隙结构的表面张力将推进剂控制在贮箱出口处。并且由于蓄液器底面的孔隙的等效孔径小于蓄液器顶面的孔隙的等效孔径，孔隙中的气泡具有向等效孔径大的方向运动的趋势，因而可有效的阻隔气泡进入蓄液器，因而在贮箱出口处无需设置筛网，从而简化了结构。上述蓄液器结构简单，易于制造，并且无需设置配合使用的筛网，简化了贮箱的结构。

【技术实现步骤摘要】
蓄液器及蓄液器的选型方法
本专利技术涉及卫星设备领域，特别地，涉及一种蓄液器。此外，本专利技术还涉及一种上述蓄液器的选型方法。
技术介绍
蓄液器作为贮箱推进剂管理装置的核心部件，通过它可以实现液体的存储和气液分离，为推力器连续提供充足的燃料，避免贮箱的推进剂中的气体经贮箱出口进入发动机，并能有效抑制液体晃动，提高航天器控制精度。目前国内外对贮箱蓄液器的设计主要为板式蓄液器，板式蓄液器由多个导流叶片构成，叶片上有小孔，使得叶片之间的推进剂相互连通。通过叶片之间的表面张力将推进剂控制在贮箱出口处，并在贮箱出口处设有筛网防止气泡进入。目前，经过工程人员的不断设计，新一代的蓄液器将板式蓄液器与气泡陷阱结构合二为一，在蓄留住推进剂的同时，通过复杂的结构将气泡排除，虽然简化了结构，但增加了设计难度与加工难度。
技术实现思路
本专利技术提供了一种蓄液器和蓄液器的选型方法，以解决现有的蓄液器结构复杂、设计和加工难的技术问题。本专利技术一方面提供了一种蓄液器，蓄液器为多孔介质材料制备的圆柱体，多孔介质材料的孔隙率为70～95％，多孔介质材料的等效孔径从蓄液器底面至顶面逐渐增大。进一步地，多孔介质材料在蓄液器底面的等效孔径为19～21μm，多孔介质材料在蓄液器顶面的等效孔径为1～2mm。进一步地，多孔介质材料为泡沫金属，泡沫金属为泡沫铜、泡沫铝或泡沫钛。进一步地，蓄液器由一层泡沫金属构成；或蓄液器由至少两层依次重叠连接的泡沫金属层构成，且泡沫金属层的等效孔径根据重叠连接顺序从下至上增大并呈等差分布。进一步地，蓄液器由三层泡沫金属层构成。本专利技术另一方面提供了一种上述的蓄液器的选型方法，蓄液器安装于卫星的贮箱中，选型方法包括以下步骤：1)根据卫星的侧向最大加速度、卫星的轴向最大加速度、最小要求蓄液体积、孔隙率以及卫星处于侧向最大加速度时蓄液器中推进剂的体积分数确定蓄液器的半径。2)根据卫星的侧向最大加速度、卫星的轴向最大加速度、最小要求蓄液体积、孔隙率以及卫星处于侧向最大加速度时蓄液器中推进剂的体积分数确定蓄液器的高度。3)根据卫星的侧向最大加速度、卫星处于侧向最大加速度时蓄液器中推进剂的体积分数、步骤1)中确定的蓄液器的半径、推进剂的密度以及推进剂的表面张力确定蓄液器的最大等效孔径。或根据卫星的轴向最大加速度、步骤2)中确定的蓄液器的高度、推进剂的密度以及推进剂的表面张力确定蓄液器的最大等效孔径。进一步地，步骤1)中蓄液器的半径的确定具体为：式中，a侧,a轴分别为卫星的侧向最大加速度和卫星的轴向最大加速度，n为卫星处于侧向最大加速度时蓄液器中推进剂体积分数，V为最小要求蓄液体积，σ为推进剂表面张力，rmax和φ分别为蓄液器最大孔径和孔隙率，R为蓄液器的半径。由式得到进一步地，步骤2)中蓄液器的高度的确定具体为：进一步地，步骤2)中蓄液器最大孔径的确定具体为：或本专利技术具有以下有益效果：蓄液器为多孔介质材料制备的圆柱体，多孔介质材料的孔隙率为70～95％，利用间隙结构的表面张力将推进剂控制在贮箱出口处。并且由于蓄液器底面的孔隙的等效孔径小于蓄液器顶面的孔隙的等效孔径，孔隙中的气泡具有向等效孔径大的方向运动的趋势，因而可有效的阻隔气泡进入蓄液器，因而在贮箱出口处无需设置筛网，从而简化了结构。上述蓄液器结构简单，易于制造，并且无需设置配合使用的筛网，简化了贮箱的结构。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术优选实施例的蓄液器结构示意图；图2是本专利技术优选实施例的蓄液器另一视角结构示意图；图3是本专利技术优选实施例的泡沫金属层重叠连接结构示意图；图4是本专利技术优选实施例的蓄液器排除气泡原理示意图；图5是本专利技术优选实施例的蓄液器的选型方法流程图。附图标记说明：100、泡沫金属层；200、贮箱。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。参照图1和图2，本专利技术的优选实施例提供了一种蓄液器，蓄液器为多孔介质材料制备的圆柱体，多孔介质材料的孔隙率为70～95％，多孔介质材料的等效孔径从蓄液器底面至顶面逐渐增大。蓄液器任一径向截面的孔隙均一性好，均在同一孔径范围内略微浮动。孔隙的等效孔径从蓄液器底面至顶面逐渐增大，在蓄液器底面至顶面的方向上，多个孔隙连通形成类似锥形的管道。如图4所示，一个空气气泡夹在锥形管中，周围被推进剂液体所包裹，锥形管中R1>r，气泡与管壁接触角为θ，θ>90°，其中，P为气泡内部压强，P1为气泡左侧受到压力，P2为气泡左侧受到压力，由Young-Laplace方程可得，气液分界面上的表面张力分别为：式中σ为推进剂表面张力。为了保持气泡的平衡，则：当θ>90°，时又，R1>r，所以当P1>P2时，气泡处于平衡状态，而当P1＝P2时，气泡则会向左运动，即向孔径大的方向运动。在蓄液器中，类似锥形的管道中，若有气泡，气泡两侧的压强是相等的，蓄液器顶面的孔隙的孔径较大，因此气泡会向蓄液器顶面方向运动。在这种趋势的作用下，推进剂中的气泡不容易从蓄液器顶面的孔隙中进入，即使进入了也会自动从顶面方向排出，而不会从蓄液器底面排出，经贮箱200出口进入发动机。在同一个蓄液器中，孔隙率越大，蓄液器的孔隙的等效孔径越小，蓄液器顶面的孔隙与底面孔隙的等效孔径的差值越大，气泡越不容易进入。由于加工工艺的限制，一般多孔结构的蓄液器的孔隙率只能达到95％。本专利技术具有以下有益效果：蓄液器为多孔介质材料制备的圆柱体，蓄液器的孔隙率为70～95％，利用间隙结构的表面张力将推进剂控制在贮箱200出口处。并且由于蓄液器底面的孔隙的等效孔径小于蓄液器顶面的孔隙的等效孔径，孔隙中的气泡具有向等效孔径大的方向运动的趋势，因而可有效的阻隔气泡进入蓄液器，因而在贮箱200出口处无需设置筛网，从而简化了结构。上述蓄液器结构简单，易于制造，并且无需设置配合使用的筛网，简化了贮箱200的结构。可选地，多孔介质材料在蓄液器底面的等效孔径为19～21μm，多孔介质材料在蓄液器顶面的等效孔径为1～2mm。蓄液器底面的孔隙的等效孔径为1～2μm，便于制孔加工，同时可较好的满足过滤气泡，防止气泡进入贮箱200出口。可选地，参照图3，多孔介质材料为泡沫金属，泡沫金属为泡沫铜、泡沫铝或泡沫钛。泡沫金属材料的比重小，比表面积大的特点，将泡沫金属设计成蓄液器，通过泡沫金属的多孔介质材料的表面张力作用将推进剂控制在贮箱200出口处。并且泡沫金属制备工艺较为成熟，可根据需要制备不同等效孔径的材质，而且孔隙的孔径均一性好。可选地，参照图1～3，蓄液器由一层泡沫金属构成，或蓄液器由至少两层依次重叠连接的泡沫金属层100构成，且泡沫金属层100的等效孔径根据重叠连接顺序从下至上增大并呈等差分布。泡沫金属由一层泡沫金属构成，其底面的等效孔径较小，顶面的等效孔径较大，该种结构的泡沫金属相对而言加工较为不易。蓄液器由至少两层依次重叠连接的泡沫金属层100构成，每一层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蓄液器，其特征在于，所述蓄液器为多孔介质材料制备的圆柱体，所述多孔介质材料的孔隙率为70～95％，所述多孔介质材料的等效孔径从所述蓄液器底面至顶面逐渐增大。

【技术特征摘要】
1.一种蓄液器，其特征在于，所述蓄液器为多孔介质材料制备的圆柱体，所述多孔介质材料的孔隙率为70～95％，所述多孔介质材料的等效孔径从所述蓄液器底面至顶面逐渐增大；所述多孔介质材料在所述蓄液器底面的等效孔径为19～21μm，所述多孔介质材料在所述蓄液器顶面的等效孔径为1～2mm。2.根据权利要求1所述的蓄液器，其特征在于，所述多孔介质材料为泡沫金属，所述泡沫金属为泡沫铜、泡沫铝或泡沫钛。3.根据权利要求2所述的蓄液器，其特征在于，所述蓄液器由一层泡沫金属构成；或所述蓄液器由至少两层依次重叠连接的泡沫金属层(100)构成，且所述泡沫金属层(100)的等效孔径根据重叠连接顺序从下至上增大并呈等差分布。4.根据权利要求3所述的蓄液器，其特征在于，所述蓄液器由三层泡沫金属层(100)构成。5.一种如权利要求1至4中任一项所述的蓄液器的选型方法，其特征在于，所述蓄液器安装于卫星的贮箱(200)中，所述选型方法包括以下步骤：1)根据所述卫星的侧向最大加速度、所述卫星的轴向最大加速度、最小要求蓄液体积、所述孔隙率以及所述卫星处于侧向最大加速度时所述蓄液器中推进剂的体积分数确定所述蓄液器的半径；2)根据所述卫星的侧向最大...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄奕勇，李光昱，陈小前，陈勇，姚雯，韩伟，吴宗谕，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43