一种并联金属膜片贮箱均衡排放控制措施研究.pdf

第41卷第6期
火箭推进
Vol.41..6
2015年12月
JOURNAL OF ROCKET PROPULSION
Dec.2015
种并联金属膜片贮箱均衡排放控制措施硏究
张荣荣,任枫,张亮
上海宇航系统工程研究所,上海201109)
摘要:航天器飞行过程中,并联贮箱内同种推进剂排放不均衡会引起航天器的质心变
化。为控制并联金属膜片贮箱的排放不均衡量,并联金属膜片贮箱均衡排放控制措施进行
了理论分析和试验研究,得出了一种能够有效控制并联金属膜片贮箱均衡排放的措施,采用
该描施对某典型金属膜片贮箱不均衡量进行了理论计算。为验证并联金属膜片贮籍的沟衡排
放性能,根据金属膜片的选配原则选取金属膜片进行地面试验验证,并将理论计算结果与试
验结果进行比对,结果表明,并联金属膜片贮箱不均衡量计算及控制措施正确、有效。
关键词:并联金属膜片贮箱;均衡排放;控制措施
中图分类号:V434-34文献标识码:A文章编号:1672-9374(2015)06-0035-06
Research on control measures for equal expulsion
of propellant in paralleled metal diaphragm tank
ZHANG Rongrong, REN Feng, ZHANG Liang
ctospace System Engineering Shanghai, Shanghai 201 109, China
Abstract: In the flight process of spacecrafts, the unequal expulsion of same type propellant in the
parallel metal diaphragm tank will lead to the variation of the spacecraft centroid. In order to contro
the expulsion disequilibrium of parallel metal diaphragm tanks, the theoretical analysis and
experimental research on control measures for the equal expulsion of parallel metal diaphragm tank
were performed. An efficacious measure to control the equal expulsion of parallel metal diaphragm
tanks was achieved. The theoretical calculation for expulsion disequilibrium of a typical metal
diaphragm tank was carried out with this measure. To verify the unequal expulsion performance o
the paralleled metal diaphragm tanks, a ground test was carried out, in which the metal diaphragms
were selected according to the matching principles of the metal diaphragms, The theoretical results
are compared with the results from the experiment. The comparison result shows that the calculation
and control measures are feasible and effective
Keywords: paralleled metal diaphragm tank; equal expulsion; control measure
收稿日期:2015-05-05;修回日期:2015-07-08
作者简介:张菜苯(1982-),男,硕士,高级工程师,研究领域为增压揄送系统设计
万方数括
火箭推进
2015年12月
0引言
constant
pg 2g
为提高承载能力,目前国内外运载火箭三子得,贮箱1:
上、2个氧化剤与2个燃料贮箱两两并联。如sg时,ャ+
级、上面级和航天器的输送系统多采用4个贮箱
两两并联的布局构型,4个贮箱安装在问一平面
“ MITEX项目”上面级、“阿里安5”上面级、
p2=-pgH2+p+△p2+
Presat"”上面级、“第聂伯”火箭上面级、
AVUM"上面级、二代导航上面级、“阿波罗”P21=gH2-B,)+P2-△p+l2-;)(4
载人登月飞船推进系统、“神舟”飞船推进系统其中管路正力损失
等。飞行过程中,2个并联贮箱内同种推进剂消
耗会存在差异,这个差异称为并联箱排放不均
△p,=(A1ち
衡量,排放不姆衡会引起航天器的质心变化,甚
至会影响航天器的正常飞行。因此,并联:箱的
p
排放不均衡量一直是输送系统的一个重要技术指
标。,并联金属膜片箱的排放不均衡量既与并联式中:入和入2为沿程损失系数;7为管长;d为管
的2个金属膜片贮箱本身的金属膜片压差性能差内径;和为沿输送支管各种局部阻力系数总
异有关,也与增压输送系统的管路流阻特性釉增
压性能偏差有关
沿程阻力损失和液面高度差形成的压差与其
某型三级运载火箭是我国新一代快速发射的他项相比非常小,在计算中可进行忽略,根据此
液体运载火箭。三子级增压输送系统为泵压式双原则、式(5)和(6)可变为以下形式:
组元系统。由增乐系统、推进剂贮存和输送系统
及发动机组成。推进剂存和输送系统由4个
180L金属膜片贮箱及液路管路等组成,采用四
Ap2=2
氧化二氮和偏二甲肼作为推进剂。本文主要研究
并联金属膜片旷箱均衡排放控制艚施.探讨并联将式(7)和(8)代人式(4),可得
金属膜片贮箱均衡排放的分析评定和试验验证方
P2P1=p(,+1)じ22
p(51+1
法,并通过试验验证
根据发动机工作原理,发动机运行过程中,
1并联金属膜片贮箱不均衡性评定氧化剂和燃料流量保持恒定,因而2根输送支管
方法
中推进剂流量和为恒定值,即
1.[并联金属膜片箱输送不均衡性计算原理
onstant
(10)
并联贮箱推进剂输送不衡量计算原理如
联立式(9)和(10)即可求解出输送支管的流
速み和2e
系统的过载为g;贮箱液面高度为Z,在两
再按下式对每一时刻的流量进行积分,即可
贮箱中分别表不为B和B2;贮箱内膜片液侧压得总输送不均衡量△M
力分别为P1和P2;输送总管的入口压力为p;两
度:箱出口到总管人口的管路压力损失分别为△p1
△M=Ap(1-n2)dh
(11)
和△p2;两输送支管内的推进剂流速分别为和
由式(9),(10)和(11)可知,对于直径恒定的
2;输送支管而积为A。根据伯努力方程:
并联贮箱输送管路,计算输送不均衡量需要知道
万方数括