本发明专利技术公开了一种基于深度过冷低温推进剂的综合热管理系统，内冷却回路子系统包括通过内冷却管路依次循环连接的隔热机构、循环泵和管式换热器，隔热机构设于液氢贮箱外表面，管式换热器设于过冷液氧贮箱外表面，循环泵驱动工质在内冷却管路中循环流动，实现液氢贮箱外表面的冷却；外冷却回路子系统包括经过仪器设备的外冷却管路，工质从隔热机构中流出后进入外冷却管路对仪器设备进行冷却，后从外冷却管路流出进入循环泵；排气再利用回路包括经过仪器设备的排气管路，液氢进入排气管路对仪器设备进行冷却后，排入外部空间。本发明专利技术能够为仪器设备提供散热途径，从而减小飞行器热管理代价。代价。代价。
【技术实现步骤摘要】
一种基于深度过冷低温推进剂的综合热管理系统及方法
[0001]本专利技术涉及一种基于深度过冷低温推进剂的综合热管理系统及方法，属于航天低温运载器
技术介绍
[0002]低温推进剂往往因沸点低，极易蒸发，难于存储，因此限制了高能低温推进剂长时间在轨使用的进程。在复杂的空间热环境下，为了解决低温推进剂长时间在轨工作的难题，增强在载人登月、火星探测及星际探索领域空间运输系统的性能和运载能力，现有技术中提出了两种贮箱冷却方案，一种是蒸气冷却屏技术，是指将低温贮箱排放的推进剂蒸汽流经包围贮箱的热交换器，降低贮箱表面温度，进而降低贮箱热漏率，排放的推进剂蒸汽在冷却屏中被加热，热量随气体排放被转移出系统，此方法是利用了排气余冷来减少进入贮箱的热量，但可利用冷量有限，难以满足长期在轨要求。另一种是通过空间低温制冷机为冷屏供冷，实现贮箱漏热降低，但制冷机的重量及功率代价远超出被动隔热措施。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的在于克服上述缺陷，提供一种基于深度过冷低温推进剂的综合热管理系统和方法，解决了现有推进剂管理可利用冷量有限、制冷机的重量及功率代价高的技术问题，本专利技术能够为仪器设备提供散热途径，从而减小飞行器热管理代价。
[0004]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]一种基于深度过冷低温推进剂的综合热管理系统，包括内冷却回路系统、外冷却回路系统和排气再利用回路系统；
[0006]内冷却回路子系统包括通过内冷却管路依次循环连接的隔热机构、循环泵和管式换热器，隔热机构设于液氢贮箱外表面，管式换热器设于过冷液氧贮箱外表面并焊接为一体化结构，循环泵驱动工质在内冷却管路中循环流动，实现液氢贮箱外表面的冷却；
[0007]外冷却回路子系统包括经过仪器设备的外冷却管路，外冷却管路第一端与隔热机构连通，第二端与循环泵连通，工质从隔热机构中流出后进入外冷却管路对仪器设备进行冷却，后从外冷却管路流出进入循环泵；
[0008]排气再利用回路包括经过仪器设备的排气管路，排气管路第一端与液氢贮箱内部连通，第二端与外部空间连通，液氢进入排气管路对仪器设备(7)进行冷却后，排入外部空间。
[0009]进一步的，外冷却管路的第一端和第二端均连接至内冷却管路设于隔热机构与循环泵之间的部分，将外冷却管路的第一端和第二端与内冷却管路的连接点分别记为第一连接点和第二连接点；
[0010]将内冷却管路中，位于隔热机构与第一连接点之间的部分记为第一管路，位于第一连接点与第二连接点之间的部分记为第二管路，位于第二连接点与循环泵之间的部分记为第三管路；
[0011]排气再利用回路还包括套管式换热器，排气管路中的液氢通过套管式换热器与第一管路进行热交换，排气管路中的液氢为从隔热机构中流出的工质提供冷量。
[0012]进一步的，内冷却管路的第二管路上设有第二温控阀，外冷却管路设有第一温控阀和第一温度传感器；
[0013]智能控温仪用于采集第一温度传感器的温度信息，根据温度信息与期望温度的差值实时控制第一温控阀和第二温控阀的开度。
[0014]进一步的，第一温控阀和第二温控阀的开度之和为100％；
[0015]内冷却管路的第二管路上还设有用于补充工质的补偿器。
[0016]进一步的，所述工质为2MPa～5MPa的氦气；
[0017]所述过冷液氧贮箱中的过冷液氧的加注温度为65K以下。
[0018]进一步的，隔热机构包括第一复合泡沫隔热材料、复合多层隔热组件和冷却屏；
[0019]第一复合泡沫隔热材料喷涂于液氢贮箱外表面；
[0020]复合多层隔热组件包覆于第一复合泡沫隔热材料外表面，复合多层隔热组件包括30单元～80单元，每单元由1层反射屏和1层间隔层组成，冷却屏设于复合多层隔热组件内部，且位于30单元～80单元的中间位置处；
[0021]冷却屏包括多根并联的铝合金管路和用于传导铝合金管路之间热量的铝箔，冷却屏对液氢贮箱外表面全面包裹，工质由管式换热器流入铝合金管路。
[0022]进一步的，铝合金管路入口处设有分流器，管式换热器流出的一路工质经分流器均匀分为多路工质，多路工质进入多路路合金管路，流经液氢贮箱外表面后，在铝合金管路出口汇聚为一路工质。
[0023]进一步的，过冷液氧贮箱外表面还喷涂有第二复合泡沫隔热材料；
[0024]第一复合泡沫隔热材料的制备方法为：
[0025]先在液氢贮箱外表面喷涂第一层复合泡沫，使第一层复合泡沫进行发泡后，在第一层复合泡沫表面喷涂第二层复合泡沫，使第二层复合泡沫进行发泡；
[0026]第二复合泡沫隔热材料的制备方法为：
[0027]先在管式换热器和过冷液氧贮箱焊接形成的一体化结构外表面喷涂第一层复合泡沫，使第一层复合泡沫进行发泡和固化后，在第一层复合泡沫表面喷涂第二层复合泡沫，使第二层复合泡沫进行发泡；
[0028]第一层复合泡沫为玻璃小球掺杂的聚氨酯泡沫，第二层泡沫为碎片化热反射薄膜掺杂的聚氨酯泡沫。
[0029]进一步的，所述碎片化热反射薄膜为当量直径1～5mm的碎片化双面镀铝聚酰亚胺薄膜，玻璃小球为二氧化碳玻璃小球。
[0030]一种基于深度过冷低温推进剂的综合热管理方法，采用上述综合热管理系统实现，包括：
[0031]循环泵驱动工质在内冷却管路中循环流动，实现液氢贮箱外表面的冷却；
[0032]工质从隔热机构中流出后进入外冷却管路对仪器设备进行冷却，后从外冷却管路流出进入循环泵；
[0033]液氢贮箱中的液氢进入排气管路对仪器设备进行冷却后，排入外部空间。
[0034]本专利技术提供一种基于深度过冷低温推进剂的综合热管理系统及方法，主要针对我
国未来液氢液氧空间运输系统长期在轨推进剂蒸发量控制和飞行器热管理提出一种解决方案。该方法主要是利用深度过冷液氧(<65K)富裕冷源，为液氢隔热层、连接支撑结构、仪器设备、结构组件等供冷，减少液氢蒸发，并为仪器设备提供散热途径，从而减小飞行器热管理代价，提供一种液氢液氧空间运输系统30天以内长期在轨的最小代价控制策略。
[0035]本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：
[0036](1)本专利技术创造性的提供一种基于深度过冷低温推进剂的综合热管理系统，利用了深度过冷液氧富裕的冷量资源，由于大规模深度过冷液氧的制备在地面上完成后再加注至飞行器，极大降低了飞行器重量及能源成本；
[0037](2)本专利技术以高压氦气作为冷却介质通过循环泵驱动工质流经深度过冷液氧贮箱，再循环冷却液氢贮箱隔热层，从而极大降低液氢贮箱漏热，并通过旁路为运载器上仪器提供热沉，实现热管理代价降低与系统优化设计，通过本专利技术可以实现液氢液氧空间运输系统30天以内长期在轨的最小代价控制；
[0038](3)本专利技术氢箱隔热层采用掺杂CO2氛围的胶囊或微球、热反射材料构成的多功能复合泡沫，以及多层隔热组件，显著提升了贮箱的隔热能力，有利本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于深度过冷低温推进剂的综合热管理系统，其特征在于，包括内冷却回路系统、外冷却回路系统和排气再利用回路系统；内冷却回路子系统包括通过内冷却管路依次循环连接的隔热机构、循环泵(10)和管式换热器(11)，隔热机构设于液氢贮箱(1)外表面，管式换热器(11)设于过冷液氧贮箱(12)外表面并焊接为一体化结构，循环泵(10)驱动工质在内冷却管路中循环流动，实现液氢贮箱(1)外表面的冷却；外冷却回路子系统包括经过仪器设备(7)的外冷却管路，外冷却管路第一端与隔热机构连通，第二端与循环泵(10)连通，工质从隔热机构中流出后进入外冷却管路对仪器设备(7)进行冷却，后从外冷却管路流出进入循环泵(10)；排气再利用回路包括经过仪器设备(7)的排气管路，排气管路第一端与液氢贮箱(1)内部连通，第二端与外部空间连通，液氢进入排气管路对仪器设备(7)进行冷却后，排入外部空间。2.根据权利要求1所述的一种基于深度过冷低温推进剂的综合热管理系统，其特征在于，外冷却管路的第一端和第二端均连接至内冷却管路设于隔热机构与循环泵(10)之间的部分，将外冷却管路的第一端和第二端与内冷却管路的连接点分别记为第一连接点和第二连接点；将内冷却管路中，位于隔热机构与第一连接点之间的部分记为第一管路，位于第一连接点与第二连接点之间的部分记为第二管路，位于第二连接点与循环泵(10)之间的部分记为第三管路；排气再利用回路还包括套管式换热器(26)，排气管路中的液氢通过套管式换热器(26)与第一管路进行热交换，排气管路中的液氢为从隔热机构中流出的工质提供冷量。3.根据权利要求2所述的一种基于深度过冷低温推进剂的综合热管理系统，其特征在于，内冷却管路的第二管路上设有第二温控阀(6)，外冷却管路设有第一温控阀(5)和第一温度传感器(17)；智能控温仪(16)用于采集第一温度传感器(17)的温度信息，根据温度信息与期望温度的差值实时控制第一温控阀(5)和第二温控阀(6)的开度。4.根据权利要求3所述的一种基于深度过冷低温推进剂的综合热管理系统，其特征在于，第一温控阀(5)和第二温控阀(6)的开度之和为100％；内冷却管路的第二管路上还设有用于补充工质的补偿器(9)。5.根据权利要求1所述的一种基于深度过冷低温推进剂的综合热管理系统，其特征在于，所述工质为2MPa～5MPa的氦气；所述过冷液氧贮箱(12)中的过冷液氧的加注温度为65K以下。6.根据权利要求1所述的一种基于深度过冷低温...
【专利技术属性】
技术研发人员：张化照，张少华，周振君，潘瑶，吴俊，荣星月，刘欣，巩萌萌，王领华，吕建伟，余群，王思峰，李佳欣，王骞，何朔，
申请(专利权)人：中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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