用于空间推进的自增压燃料箱制造技术

本发明专利技术用于空间推进的自增压燃料箱，该燃料箱包括：外壳、活塞、上盖、丝杠螺母机构、电机‑圆锥齿轮组、碟形弹簧组和管道，外壳的一端外接管道，另一端连接丝杠螺母机构，在外壳内部设置从由上至下依次设置上盖、碟形弹簧组、活塞，位于活塞下部空间的外壳内充满液体燃料，在活塞和上盖之间设置碟形弹簧组，碟形弹簧组的上端紧挨上盖的下端面，碟形弹簧组的下端紧挨活塞内壁的底面；在上盖和外壳之间连接丝杠螺母机构，丝杠螺母机构同时连接电机‑圆锥齿轮组，电机‑圆锥齿轮组带动丝杠螺母机构转动；所述活塞的外表面与外壳的内表面相接触。该燃料箱利用碟形弹簧的弹力作为动力将燃料挤出，结构简单，有利于航天器的姿态控制。

Self-pressurized Fuel Tank for Space Propulsion

The self-pressurized fuel tank for space propulsion comprises a shell, a piston, an upper cover, a screw nut mechanism, a motor bevel gear set, a disc spring group and a pipeline, an outer pipe at one end of the shell, and a screw nut mechanism at the other end. The upper cover, a disc spring group and a piston are arranged in turn from top to bottom in the outer shell, and are located in the lower space of the piston. The outer shell is filled with liquid fuel, and a disc spring set is arranged between the piston and the upper cover. The upper end of the disc spring set is close to the lower end of the upper cover, and the lower end of the disc spring set is close to the bottom of the piston inner wall. A screw nut mechanism is connected between the upper cover and the outer shell, and a screw nut mechanism is connected with a motor, a bevel gear set, and a motor, a bevel gear set, drives the screw nut mechanism to rotate. The outer surface of the piston is in contact with the inner surface of the outer shell. The fuel tank uses the elastic force of the disc spring as the power to extrude the fuel. The structure of the fuel tank is simple and it is beneficial to the attitude control of the spacecraft.

【技术实现步骤摘要】
用于空间推进的自增压燃料箱
本专利技术属于航天领域，具体为一种用于空间推进的自增压燃料箱，主要用于航天器轨姿控动力系统。
技术介绍
轨姿控动力系统是航天器的重要组成部分之一，主要用于各种航天器的姿态控制和稳定、变轨及轨道修正、空间交会对接，同时还可以为再入大气层的制动和减速提供控制力。燃气发生器是轨姿控动力系统的最重要部件，它们通过喷出气体产生推力，进而调整航天器姿态。外层空间环境是零重力、零压力，所以对于使用液体燃料的轨姿控动力系统需要用航天器利用自身的动力把燃料输送到燃气发生器。早期的轨姿控动力系统大多利用高压气体挤出推进剂，尽管这种系统具有结构简单、工作可靠的优点，但这种系统需要高压气瓶，因而重量相对较重。为了减轻重量，一种改进方法是利用固体化学药剂加热分解产生的气体来代替高压气体挤出燃料。另一种改进是差动活塞式自增压系统，这种系统是自增压贮箱中安装一个差动活塞，贮箱与燃气发生器连接，当活塞将燃料推入燃气发生器时，燃料被催化分解后产生燃气一部分喷出，而一部分燃气被导入活塞运动方向的后方，这样燃气推动了活塞将燃料挤出。采用加热气体或燃气作为挤出燃料的动力，一般气压会发生波动，这样燃料输出时的压力和流速也会发生波动。另外在外层空间的绝热环境下，航天器需要控制温度来保证所携带的仪器正常工作，加热气体或燃气也不利于航天器整体温度控制。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种用于空间推进的自增压燃料箱。该燃料箱利用碟形弹簧的弹力作为动力将燃料挤出，结构简单，有利于航天器的姿态控制。本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是，提供一种用于空间推进的自增压燃料箱，其特征在于该燃料箱包括：外壳、活塞、上盖、丝杠螺母机构、电机-圆锥齿轮组、碟形弹簧组和管道，外壳的一端外接管道，另一端连接丝杠螺母机构，在外壳内部设置从由上至下依次设置上盖、碟形弹簧组、活塞，位于活塞下部空间的外壳内充满液体燃料，在活塞和上盖之间设置碟形弹簧组，碟形弹簧组的上端紧挨上盖的下端面，碟形弹簧组的下端紧挨活塞内壁的底面；在上盖和外壳之间连接丝杠螺母机构，丝杠螺母机构同时连接电机-圆锥齿轮组，电机-圆锥齿轮组带动丝杠螺母机构转动；所述活塞的外表面与外壳的内表面相接触；所述碟形弹簧组由多个零刚度的碟形弹簧组成。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、利用弹簧的势能挤出燃料并配合丝杠螺母机构调节活塞，其结构和工作原理简单，因此具有较高的可靠性。2、由于采用零刚度的碟形弹簧(零刚度的碟形弹簧的荷载-位移曲线有一段区间，随着位移的增加荷载没有明显的变化)可以保证燃料以近乎于恒定的压力和流速从燃料箱中输出。这样可以使燃气发生器输出的推力恒定，进而有利于航天器姿态控制。3、燃料的挤出过程中不需要燃气和加热气体，因此没有温度变化对航天器的影响，有利于航天器温度控制。附图说明图1是碟形弹簧的结构示意图。图2是碟形弹簧组的安装结构示意图。图3是外壳横截面的结构示意图，其中图3(a)是非圆形外壳，图3(b)是带导轨的外壳，图3(c)是开槽的外壳。图4是电机-圆锥齿轮组的电机安装位置示意图。其中图4(a)为一对电机，图4(b)为两对电机，图4(c)为三对电机。图5是电机-圆锥齿轮组的结构示意图，图5(a)为电机-圆锥齿轮组带动丝杠转动情形的安装结构示意图；图5(b)为电机-圆锥齿轮组带动螺母转动情形的安装结构示意图。图6是实施例1的燃料箱整体结构示意图。图7为实施例1的活塞的结构示意图，图7(a)为活塞的半剖视图，图7(b)为活塞在外壳中的俯视结构示意图。图8为实施例1的上盖的结构示意图，图8(a)为上盖的半剖视图，图8(b)为上盖在外壳中的俯视结构示意图。图9为实施例2的燃料箱整体结构示意图。图10为实施例2的活塞的结构示意图，图10(a)为活塞的半剖视图，图10(b)为活塞在外壳中的俯视结构示意图。图11为实施例2的上盖的结构示意图，图11(a)为上盖的半剖视图，图11(b)为上盖在外壳中的俯视结构示意图。图12为实施例3的燃料箱整体结构示意图。图13为实施例3的活塞的结构示意图，图13(a)为活塞的半剖视图，图13(b)为活塞在外壳中的俯视结构示意图。图14为实施例3的上盖的结构示意图，图14(a)为上盖的半剖视图，图14(b)为上盖在外壳中的俯视结构示意图。图15为实施例4的燃料箱整体结构示意图。图16为实施例5的燃料箱整体结构示意图。图17为实施例6的燃料箱整体结构示意图。图18为实施例7的燃料箱整体结构示意图。图19为实施例7中活塞在外壳中的俯视结构示意图。图20为实施例7中上盖在外壳中的俯视结构示意图。图中，外壳1、活塞2、上盖3、丝杠螺母机构4、电机-圆锥齿轮组5、碟形弹簧组6、管道7、液体燃料8。具体实施方式下面结合实施例及附图进一步解释本专利技术，但并不以此作为对本申请保护范围的限定。本专利技术用于空间推进的自增压燃料箱(简称燃料箱)包括：外壳1、活塞2、上盖3、丝杠螺母机构4、电机-圆锥齿轮组5、碟形弹簧组6、管道7，外壳的一端外接管道，另一端连接丝杠螺母机构，在外壳内部设置从由上至下依次设置上盖3、碟形弹簧组6、活塞2，位于活塞下部空间的外壳内充满液体燃料8，在活塞和上盖之间设置碟形弹簧组，碟形弹簧组6的上端紧挨上盖的下端面，碟形弹簧组6的下端紧挨活塞2内壁的底面；在上盖和外壳之间连接丝杠螺母机构，丝杠螺母机构同时连接电机-圆锥齿轮组，电机-圆锥齿轮组带动丝杠螺母机构转动；所述活塞的外表面与外壳的内表面相接触。所述碟形弹簧组(参见图2)由多个零刚度的碟形弹簧组成，零刚度的碟形弹簧(参见图1)的内圆锥高度h和簧片厚度t的比值为1.4-1.5。所述外壳的横截面一般为非圆形(如图3(a))，如方形、三角形、六边形等，这样箱体不仅储存燃料，还作为丝杠螺母传动的导轨。如果外壳的横截面为圆形则需要在箱体上安装导轨(如图3(b))，或开槽来充当导轨(如图3(c))。所述电机-圆锥齿轮组包括多对电机5-3和小圆锥齿轮5-1、两个大圆锥齿轮5-2，一个电机连接一个小圆锥齿轮5-1，两个电机为一对，每对电机中的两电机结构相同、旋转方向相反，每个电机带动形状和材料相同的小圆锥齿轮转动；两个大圆锥齿轮呈上下布置，且两个大圆锥齿轮均与多个小圆锥齿轮相啮合，多个小圆锥齿轮带动一对形状和材料相同的大圆锥齿轮转动，这两个大圆锥齿轮旋转方向相反；在电机-圆锥齿轮组的俯视图中，每对电机沿大圆锥齿轮的圆周呈两两对称分布，如图4所示，一个大圆锥齿轮与丝杠(或螺母)连接，带动丝杠螺母机构转动旋转，另一个大圆锥齿轮上安装飞轮5-4，飞轮的转动惯量与丝杠(或螺母)转动惯量完全相同。形状相同、转向相反的一对旋转部件要有相同的转动惯量；这里的旋转部件指一对电机的转子转动惯量相同，一对小圆锥齿轮的转动惯量相同，一对大圆锥齿轮的转动惯量相同。所述电机-圆锥齿轮组安装在上盖或外壳的上表面。当电机-圆锥齿轮组被安装在上盖,其中一个大圆锥齿轮带动丝杠旋转，另一个大圆锥齿轮上安装飞轮5-4，丝杠和飞轮有相同的转动惯量，如图5(a)。当电机-圆锥齿轮组被安装在外壳的上表面，其中一个大圆锥齿轮带动螺母旋转；另一个大圆锥齿轮及飞轮上均开孔，丝杠从孔中穿过，螺母和飞轮有相同的转动惯量，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于空间推进的自增压燃料箱，其特征在于该燃料箱包括：外壳、活塞、上盖、丝杠螺母机构、电机‑圆锥齿轮组、碟形弹簧组和管道，外壳的一端外接管道，另一端连接丝杠螺母机构，在外壳内部设置从由上至下依次设置上盖、碟形弹簧组、活塞，位于活塞下部空间的外壳内充满液体燃料，在活塞和上盖之间设置碟形弹簧组，碟形弹簧组的上端紧挨上盖的下端面，碟形弹簧组的下端紧挨活塞内壁的底面；在上盖和外壳之间连接丝杠螺母机构，丝杠螺母机构同时连接电机‑圆锥齿轮组，电机‑圆锥齿轮组带动丝杠螺母机构转动；所述活塞的外表面与外壳的内表面相接触；所述碟形弹簧组由多个零刚度的碟形弹簧组成。

【技术特征摘要】
1.一种用于空间推进的自增压燃料箱，其特征在于该燃料箱包括：外壳、活塞、上盖、丝杠螺母机构、电机-圆锥齿轮组、碟形弹簧组和管道，外壳的一端外接管道，另一端连接丝杠螺母机构，在外壳内部设置从由上至下依次设置上盖、碟形弹簧组、活塞，位于活塞下部空间的外壳内充满液体燃料，在活塞和上盖之间设置碟形弹簧组，碟形弹簧组的上端紧挨上盖的下端面，碟形弹簧组的下端紧挨活塞内壁的底面；在上盖和外壳之间连接丝杠螺母机构，丝杠螺母机构同时连接电机-圆锥齿轮组，电机-圆锥齿轮组带动丝杠螺母机构转动；所述活塞的外表面与外壳的内表面相接触；所述碟形弹簧组由多个零刚度的碟形弹簧组成。2.根据权利要求1所述的用于空间推进的自增压燃料箱，其特征在于，零刚度的碟形弹簧的内圆锥高度h和簧片厚度t的比值为1.4-1.5。3.根据权利要求1所述的用于空间推进的自增压燃料箱，其特征在于所述外壳的横截面为非圆形。4.根据权利要求1所述的用于空间推进的自增压燃料箱，其特征在于所述外壳的横截面为圆形，在外壳上安装导轨，或在外壳上开槽来充当导轨。5.根据权利要求1所述的用于空间推进的自增压...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘远鹏，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12