專利名稱：用于低溫液體的動(dòng)力燃料容器的制作方法
用于低溫液體的動(dòng)力燃料容器本發(fā)明涉及一種動(dòng)力燃料容器、尤其是用于儲(chǔ)存空間飛行器工作所用 的低溫液體的容器，具有一種作為輸送介質(zhì)使用的驅(qū)動(dòng)氣體以及具有呈可 重復(fù)充注的儲(chǔ)備器形式的至少一個(gè)取出裝置，在所述動(dòng)力燃料容器中在利 用表面張力的情況下引起動(dòng)力燃料與驅(qū)動(dòng)氣體的分離。在空間飛行器中，驅(qū)動(dòng)氣體經(jīng)常用于將動(dòng)力燃料從動(dòng)力燃料容器輸送到燃燒室或反應(yīng)室。對(duì)于低溫液體，作為驅(qū)動(dòng)氣體通常使用氦(He),氦 對(duì)動(dòng)力燃料罐加載并且氦由此將動(dòng)力燃料壓到通到各自的發(fā)動(dòng)機(jī)的管道系 統(tǒng)中。在例如由DE 101 17 557 Al公知的這種容器中重要的是在此作為輸 送介質(zhì)使用的驅(qū)動(dòng)氣體與到達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)中的動(dòng)力燃料之間的完全且可靠的分 開，因?yàn)樗鰟?dòng)力燃料在其點(diǎn)火時(shí)必須絕對(duì)不夾雜外界氣體。由于在重量較小的同時(shí)其效率較高，低溫動(dòng)力燃料可能優(yōu)于傳統(tǒng)的液 態(tài)動(dòng)力燃料，例如MMH。但在低溫動(dòng)力燃料中不利的影響是，與傳統(tǒng)的動(dòng) 力燃料不同，這種低溫動(dòng)力燃料不能在室溫下儲(chǔ)存。也被稱為L(zhǎng)H2的液態(tài) 氫例如在約30K的溫度時(shí)轉(zhuǎn)變到氣態(tài)，由此，動(dòng)力燃料容器的足夠的隔熱 是必要的，以便保證足夠時(shí)間段上的儲(chǔ)存能力。類似情況也適用與LH2 — 同使用并且儲(chǔ)存在分開的容器中的液態(tài)氧(LOX)。由于主要通過太陽(yáng)輻 射和熱部件例如發(fā)動(dòng)機(jī)造成的熱量引入，在儲(chǔ)存時(shí)間較長(zhǎng)的情況下動(dòng)力燃 料容器的隔熱是必要的。與使用能儲(chǔ)存的非低溫動(dòng)力燃料不同，在低溫動(dòng)力燃料中，通常較熱 的容器壁可導(dǎo)致在容器壁附近液體沸騰，由此使無氣泡的動(dòng)力燃料輸送變 難。因此，尤其是構(gòu)成取出裝置的儲(chǔ)備器的用于避免在儲(chǔ)備器內(nèi)部形成氣 體的隔熱和設(shè)置在儲(chǔ)備器中的引導(dǎo)板的構(gòu)型對(duì)這種容器提出了特別的要 求。這些引導(dǎo)板在此這樣設(shè)置在儲(chǔ)備器內(nèi)部，使得液體在儲(chǔ)備器中穩(wěn)定地 定位并且氣體泡從儲(chǔ)備器被驅(qū)出返回到容器中。通過毛細(xì)壓力的局部變化 支持這種保持作用。一個(gè)附加問題是在失重狀態(tài)下無氣泡的動(dòng)力燃料輸送。無氣泡的動(dòng)力燃料輸送例如可以通過借助于所攜帶的輔助火箭的預(yù)加速度來實(shí)現(xiàn)。該預(yù) 加速度于是引起液體在排出管附近的重新定向和定位。點(diǎn)火過程在此首先 包括將管路系統(tǒng)冷卻到工作溫度的冷卻階段接著進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的真正點(diǎn)火 階段。在冷卻階段，最大程度上冷的液態(tài)動(dòng)力燃料從動(dòng)力燃料容器輸送到 管路系統(tǒng)中。并且對(duì)于該冷卻階段，本發(fā)明也可以不受限制地提供動(dòng)力燃 料。僅當(dāng)在冷卻到工作溫度之后整個(gè)系統(tǒng)無氣泡時(shí)才進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火。本發(fā)明的任務(wù)在于，這樣構(gòu)造開頭所述類型的動(dòng)力燃料容器，使得該 動(dòng)力燃料容器在偉用低溫動(dòng)力燃料時(shí)除了預(yù)加速度外通過利用靜壓力以及 毛細(xì)力保證無氣泡的動(dòng)力燃料輸送。本發(fā)明通過一種動(dòng)力燃料容器來解決該任務(wù)，在該動(dòng)力燃料容器中， 取出裝置設(shè)置在容器壁的外側(cè)上的下部區(qū)域中。該儲(chǔ)備器通過容器壁中的 優(yōu)選圓形的開口與動(dòng)力燃料容器的內(nèi)部相連接，由此，液體可流動(dòng)到儲(chǔ)備 器中。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施形式中，儲(chǔ)備器設(shè)置有一個(gè)隔熱裝置以及一個(gè)熱 量捕集器并且由此尤其適用于環(huán)形的容器以及具有中間底部的容器，這種容器以類似形式例如作為L(zhǎng)H2容器用于或者將來用于Ariane 5的低溫末級(jí) ESC-A中或計(jì)劃的ESC-B中。在根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力燃料容器中設(shè)置的取出裝置的構(gòu)型在此具有優(yōu) 點(diǎn)該取出裝置即使在繞容器縱軸線的旋轉(zhuǎn)率非常高的情況下也能夠給裝 備有這種容器的火箭級(jí)輸送動(dòng)力燃料。因此，即使在該級(jí)的非正常特性的 情況下也保證可靠的動(dòng)力燃料輸送。已經(jīng)完全組裝好后，可以在一個(gè)分開 的測(cè)試臺(tái)中來檢驗(yàn)根據(jù)本發(fā)明的取出裝置。另外，在動(dòng)力燃料容器內(nèi)部不 需要其它構(gòu)件，而是將取出裝置作為分開的構(gòu)件在外部安置在容器壁上。 在大容器中，如在Ariane5的ESC-ALH2容器中，容器殼通常由幾個(gè)區(qū)段 組成，由此，在容器殼組裝好之前可以將儲(chǔ)備器壓入到這些區(qū)段中的一個(gè) 中。放棄預(yù)加速度并且由此放棄攜帶分開的輔助火箭可實(shí)現(xiàn)附加的重量節(jié) 省并且因此可實(shí)現(xiàn)在多次再點(diǎn)火時(shí)較高的有效負(fù)荷。儲(chǔ)備器保證動(dòng)力燃料 在排出口處穩(wěn)定地定位并且不限制再點(diǎn)火的次數(shù)，在容器中的剩余充填度 非常小的情況下也不限制。因此，可能的再點(diǎn)火的次數(shù)僅僅取決于相應(yīng)所需的動(dòng)力燃料量。根據(jù)本發(fā)明的容器在此以相同方式不僅適用于保存低溫動(dòng)力燃料、如LH2，而且適用于保存LOX形式的液態(tài)氧。下面要借助于附圖中所示的實(shí)施例對(duì)根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力燃料容器進(jìn)行詳細(xì)說明。附圖表示

圖1具有取出裝置的LH2動(dòng)力燃料容器的一個(gè)局部，圖2根據(jù)圖1的取出裝置，從上面觀察并且在篩適配器的區(qū)域中被剖開，圖3根據(jù)圖l和圖2的取出裝置的一個(gè)局部的三維視圖，以及圖4 根據(jù)圖1至圖3的取出裝置內(nèi)部的排出管的一個(gè)局部，該排出 管構(gòu)造成所謂的熱管。在圖1中以部分剖面示出的動(dòng)力燃料容器涉及一種用于接收和儲(chǔ)存低 溫動(dòng)力燃料的、作為環(huán)形容器子元件的容器，該容器如以類似形式例如構(gòu) 成Ariane5火箭當(dāng)前的末級(jí)ESC-A中的LH2容器的下部分。 一般來說，環(huán) 形容器的特征在于四個(gè)動(dòng)力燃料容器共同構(gòu)成一個(gè)環(huán)形形狀，這四個(gè)動(dòng) 力燃料容器中每?jī)蓚€(gè)用于LH2，每?jī)蓚€(gè)用于LOX。在這種容器實(shí)施形式中， 在此所示的實(shí)施例對(duì)于每個(gè)動(dòng)力燃料容器使用一個(gè)分開的排出口 。圖1中所示的動(dòng)力燃料容器包括兩個(gè)半殼1和l'，這些半殼彼此相連 接并且這些半殼形成一個(gè)環(huán)形的接收罐7。在這兩個(gè)半殼1和l'的連接區(qū)域 中，容器壁由此形成非常強(qiáng)的彎曲，由此在失重狀態(tài)下液體優(yōu)選聚集在該 區(qū)域中。此外，在該區(qū)域中毛細(xì)壓差特別高，由此產(chǎn)生在朝該角部的方向 上的泵作用。動(dòng)力燃料容器的該區(qū)域因此特別好地適合在此設(shè)置一個(gè)呈可 重復(fù)充注的儲(chǔ)備器2形式的取出裝置，如圖1中所示。為了即使在具有高旋轉(zhuǎn)率的飛行階段期間也保證無缺點(diǎn)的輸送，儲(chǔ)備器2這樣從外部安置在容器壁r上，使得液體即使在純自旋負(fù)荷下也優(yōu)選聚集在該儲(chǔ)備器2中。儲(chǔ)備器2構(gòu)造成雙壁的，以便使到儲(chǔ)備器2中的熱 量引入降低到最低程度，如下面還要詳細(xì)描述的那樣。動(dòng)力燃料從儲(chǔ)備器2經(jīng)由一個(gè)設(shè)置有折皺的、即"打褶的"篩3被抽 吸出來。該篩不僅具有污物篩的功能而且具有氣泡捕集器的功能，該氣泡 捕集器在最大程度上抑制氣體從在長(zhǎng)時(shí)間彈道階段期間充注有蒸汽的動(dòng)力 燃料管路4進(jìn)入到儲(chǔ)備器2中。動(dòng)力燃料管路4也被稱為排出管，該動(dòng)力燃料管路根據(jù)圖3位于儲(chǔ)備器2外部，通到該儲(chǔ)備器中并且終止在篩適配 器3上。從動(dòng)力燃料管路4到儲(chǔ)備器2中，進(jìn)入的氣體通過設(shè)置在儲(chǔ)備器2 中的板5和6導(dǎo)出到動(dòng)力燃料容器的接收罐7中。由此保證在彈道階段期 間篩3被潤(rùn)濕。為了保證通過篩3的足夠高的通流率，篩面必須盡可能大。 出于該原因，如在圖2中可看到的那樣，兩個(gè)圓柱形的具有星形橫截面的、 也被稱為打褶的篩元件17在排出管4的左側(cè)和右側(cè)安置在儲(chǔ)備器2內(nèi)部。 排出管4在其在儲(chǔ)備器2內(nèi)部延伸的部分區(qū)域中構(gòu)造成所謂的熱管并且具 有一個(gè)設(shè)置有縱向槽的外表面。由此，進(jìn)入的熱量被更好地從管4釋放給 液體。在圖4中用參考標(biāo)號(hào)15標(biāo)記的在管壁上蒸發(fā)的液體被由于有效毛細(xì) 力而在后流動(dòng)的液體所代替，由此，該區(qū)域中的表面又被潤(rùn)濕并且管表面 的干燥得到避免；同時(shí)，通過該過程使熱量從管4導(dǎo)出。沿著管4在朝篩 適配器3的方向上的熱量引入由此減小。此外，在真正的再點(diǎn)火之前實(shí)施 的冷卻階段中，管必須不太強(qiáng)地冷卻下來。為了使進(jìn)入的殘余熱量降低到最低程度，儲(chǔ)備器2構(gòu)造成雙壁的和真 空隔熱的，如圖1中可看到的那樣。由于約為3bar的較高的容器內(nèi)部壓力， 出于結(jié)構(gòu)原因，儲(chǔ)備器2構(gòu)造成殼元件。在起動(dòng)之前，出于更好隔熱的目 的，可以在底部上連接一個(gè)真空泵，該真空泵可在該階段期間在底部上工 作并且在起動(dòng)前不久被截?cái)?。此外，在?chǔ)備器2的構(gòu)造成雙壁的壁8內(nèi)部 設(shè)置有一個(gè)所謂多層隔熱結(jié)構(gòu)(MLI)形式的附加的多層隔熱裝置，該多層 隔熱結(jié)構(gòu)對(duì)輻射熱進(jìn)行隔熱。此外，儲(chǔ)備器2從外部附加地被隔熱泡沫材 料9隔熱。在儲(chǔ)備器2內(nèi)部，如圖3中可看到的那樣，與儲(chǔ)備器壁間隔開約六至 八毫米安置有一個(gè)L形的板6。該板6中的鉆孔在此可實(shí)現(xiàn)該板被穿流。垂 直的橫向肋5加強(qiáng)L形的板6并且附加地促進(jìn)氣體從儲(chǔ)備器2被驅(qū)出。根 據(jù)圖2，橫向肋5朝容器彼此相對(duì)稍微錐狀地安置。由此實(shí)現(xiàn)的毛細(xì)作用附 加地支持氣體或蒸汽從儲(chǔ)備器2被驅(qū)出。打褶的篩3位于L形的板6的轉(zhuǎn) 角中，該打褶的篩通過兩個(gè)垂直的端部板并且通過排出管4與L形的板6 相連接。板6通過距離保持件14與內(nèi)部的儲(chǔ)備器壁10相連接。這些距離保持 件14位于與打褶的篩3最大可能的距離處，以便使篩3在熱方面更好地與熱的容器壁i、 r脫耦。此外，距離保持件14這樣制造，使得這些距離保持件保證儲(chǔ)備器壁8與L形的板6之間的最佳隔熱。篩3 —方面通過儲(chǔ)備器壁8、另一方面通過類似于圓柱局部的形式的加 工有洞的板ll限定邊界。這由于其毛細(xì)作用而促進(jìn)篩3被重復(fù)潤(rùn)濕。產(chǎn)生 的氣體泡通過內(nèi)部的儲(chǔ)備器壁10與L形的板6之間的縫隙從儲(chǔ)備器2被驅(qū) 回到動(dòng)力燃料容器的接收罐7中。容器壁1'中的到儲(chǔ)備器2的優(yōu)選圓形或橢圓形的開口 12、 13允許不僅 液體而且氣體在這兩個(gè)區(qū)域之間交換。氣體或蒸汽可通過這些開口返回到 動(dòng)力燃料容器的接收罐7中，并且來自動(dòng)力燃料容器的接收罐7的液體可 補(bǔ)充氣體體積。在此，如其直徑與排出管4的直徑大致相應(yīng)的多個(gè)較大的 開口 12設(shè)置在儲(chǔ)備器2的下部區(qū)域和上部區(qū)域中，多個(gè)較小的開口 13設(shè) 置在儲(chǔ)備器2的中間部分中。
權(quán)利要求
1.動(dòng)力燃料容器、尤其是用于儲(chǔ)存空間飛行器工作所用的低溫液體的容器，具有一種作為輸送介質(zhì)使用的驅(qū)動(dòng)氣體以及具有呈可重復(fù)充注的儲(chǔ)備器形式的至少一個(gè)取出裝置，在所述動(dòng)力燃料容器中在利用表面張力以及靜壓力的情況下引起動(dòng)力燃料與驅(qū)動(dòng)氣體的分離，其特征在于所述取出裝置(2)設(shè)置在容器壁(1′)的外側(cè)上的下部區(qū)域中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力燃料容器，其特征在于所述儲(chǔ)備器(2) 構(gòu)造成雙壁的和真空隔熱的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的動(dòng)力燃料容器，其特征在于所述儲(chǔ)備器(2)在真空區(qū)域中附加地被一個(gè)多層隔熱膜屏蔽。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中一項(xiàng)所述的動(dòng)力燃料容器，其特征在于所述儲(chǔ)備器(2)被隔熱泡沬材料(9)對(duì)外屏蔽。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中一項(xiàng)所述的動(dòng)力燃料容器，其特征在于在該容器壁(r)中設(shè)置有一些鉆孔(12， 13)作為到所述儲(chǔ)備器(2)的連接裝置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中一項(xiàng)所述的動(dòng)力燃料容器，其特征在于在所述儲(chǔ)備器(2)中設(shè)置有一個(gè)錐狀的近似L形的板(6)，在該板的轉(zhuǎn)角中 設(shè)置有一個(gè)圓柱局部形式的被裁切出的板(11)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的動(dòng)力燃料容器，其特征在于這些板(6， 11)設(shè)置有一些洞。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的動(dòng)力燃料容器，其特征在于 一個(gè)圓柱狀 的且打褶的篩(3)借助于一些端部板在右側(cè)和左側(cè)以及附加地在一個(gè)排出 管(4)的區(qū)域中固定在該L形的板(6)上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的動(dòng)力燃料容器，其特征在于多個(gè)板(5)錐 狀地安置在該L形的板(6)上，其中，所述多個(gè)板不具有與容器壁(1) 的接觸。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的動(dòng)力燃料容器，其特征在于用于固定這些 板(6， 11)的保持支撐點(diǎn)(14)設(shè)置在與作為取出部位起作用的篩(3) 的最大距離處。11.根據(jù)權(quán)利要求l所述的動(dòng)力燃料容器，其特征在于該排出管(4) 在其在所述儲(chǔ)備器(2)內(nèi)部延伸的區(qū)域中構(gòu)造成熱管并且在其外表面上設(shè) 置有一些縱向溝。
全文摘要
在尤其是用于儲(chǔ)存例如空間飛行器的低溫動(dòng)力燃料并且用一種作為輸送介質(zhì)使用的驅(qū)動(dòng)氣體工作的動(dòng)力燃料容器中，在動(dòng)力燃料取出裝置中動(dòng)力燃料與驅(qū)動(dòng)氣體的分離借助于篩并且在利用靜壓力和毛細(xì)力的情況下進(jìn)行。取出裝置具有可重復(fù)充注的儲(chǔ)備器的形式，該儲(chǔ)備器在動(dòng)力燃料容器的底部區(qū)域上在容器殼外部安置在容器底部附近并且該儲(chǔ)備器通過多個(gè)洞與動(dòng)力燃料容器的內(nèi)部相連接。取出裝置本身包括一個(gè)雙壁的殼體并且附加地被隔熱。毛細(xì)板和附加的加固部以L形狀安置在儲(chǔ)備器中。另外，為了在很大程度上抑制氣體從動(dòng)力燃料管路進(jìn)入，在動(dòng)力燃料管路的端部上安置有一個(gè)圓柱狀的打褶的篩。
文檔編號(hào)B64G1/40GK101268302SQ200680034032
公開日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2006年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月17日
發(fā)明者A·麗特韋格, G·內(nèi)特, K·P·貝赫魯茲, M·米夏埃利斯 申請(qǐng)人:阿斯特利烏姆有限公司