專利名稱：一種具有管路吹除功能的固體鋰推進劑恒溫液態(tài)輸送裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及磁等離子體動力學發(fā)動機(MPDT)地面試驗領域，具體來說，是一種磁等離子體動力學發(fā)動機(MPDT)地面試驗領域中的具有管路吹除功能的固體鋰推進劑恒溫液態(tài)輸送裝置。
背景技術(shù)：
磁等離子體動力學發(fā)動機(MPDT)是一種典型的電磁式空間電推進系統(tǒng)，具有高比沖、大推力范圍、長壽命、高控制精度、可重復啟動等優(yōu)點，在航天器姿軌控、深空探測和星際航行等任務中具有廣闊應用前景。磁等離子體動力學發(fā)動機可以以氫氣、鋰、氖、氬、氙等為推進劑，利用磁場和電流相互作用生成洛倫茲力來加速等離子體態(tài)推進劑產(chǎn)生推力，因此也被稱為洛倫茲力加速器 (Lorentz Force Accelerator) 0 MPDT的基本形式是由頭部為錐形的棒狀陰極和環(huán)繞陰極的圓柱形陽極組成。MPDT工作時，通過在陰極和陽極之間放電形成電弧，推進劑形成的高溫等離子體。對于自身磁場磁等離子體動力學發(fā)動機，電流通過等離子體生成感生磁場，感生的磁場與電流相互作用形成軸向的洛侖茲力，加速推進劑排出發(fā)動機產(chǎn)生推力；對于外加磁場磁等離子體動力學發(fā)動機，推進劑在外加磁場、感生磁場和電流的共同作用下實現(xiàn)加速。通過地面試驗對MPDT的各種性能進行研究正在世界范圍內(nèi)開展。試驗測試表明鋰可以為磁等離子體動力學發(fā)動機提供優(yōu)秀的推進性能，是磁等離子體動力學發(fā)動機推進劑的首選。有效的實現(xiàn)對鋰磁等離子體動力學發(fā)動機推進劑供給以及推進劑供給管路的清除和維護是進行相關試驗的基礎，直接影響試驗效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有管路吹除功能的固體鋰推進劑恒溫液態(tài)輸送裝置，適用于以固體堿金屬鋰為推進劑的磁等離子體動力學發(fā)動機液態(tài)推進劑供給，針對鋰磁等離子體動力學發(fā)動機所采用的推進劑在常溫下是固體的情況，解決了推進劑固體堿金屬鋰可控溫度液化和流量精確控制的難題，且保證管路中液態(tài)鋰推進劑的有效清除，實現(xiàn)管路的清潔和試驗裝置的可重復使用。本發(fā)明具有管路吹除功能的固體鋰推進劑恒溫液態(tài)輸送裝置，包括液態(tài)鋰推進劑供給分裝置和氬氣氣路分裝置。所述液態(tài)鋰推進劑供給分裝置包括鋰貯箱、鋰中轉(zhuǎn)貯箱、活塞、步進電機、第一推進劑管路與第二推進劑供給管路。其中，鋰貯箱外壁上安裝有鋰貯箱加熱膜。鋰貯箱底部通過第一推進劑管路與鋰中轉(zhuǎn)貯箱底部連通。所述鋰中轉(zhuǎn)貯箱底部通過第二推進劑管路與磁等離子體動力學發(fā)動機相連，所述活塞設置在鋰中轉(zhuǎn)貯箱內(nèi)部，通過步進電機驅(qū)動活塞在鋰中轉(zhuǎn)貯箱內(nèi)進行活塞運動。鋰中轉(zhuǎn)貯箱外壁上安裝有鋰中轉(zhuǎn)貯箱加熱膜，第一推進劑管路外壁與第二推進劑管路外壁上分別安裝有鋰中轉(zhuǎn)貯箱加熱膜和推進劑管路加熱膜。
所述氬氣氣路分裝置包括氬氣氣瓶、氬氣管路、手動截止閥與過濾器；其中，氬氣氣瓶通過氬氣管路與鋰貯箱連通；在氬氣管路的進氣端處安裝有手動截止閥與過濾器。本發(fā)明的優(yōu)點在于1、本發(fā)明輸送裝置針對鋰磁等離子體動力學發(fā)動機地面試驗中液態(tài)推進劑管路清除裝置的特殊要求，采用氬氣氣路分裝置提供高壓吹除氣體；帶有加熱膜的貯箱和供給管路使推進劑在吹除過程中保持液態(tài)，同時全部裝置實現(xiàn)了溫度監(jiān)測，增強了供給系統(tǒng)的穩(wěn)定性、實用性、易操作性和精度；2、本發(fā)明裝置中通過調(diào)節(jié)步進電機工作控制活塞，實現(xiàn)吹除氣體的二次增壓的方法，有效提高了液態(tài)鋰推進劑管路吹除的試驗效率和操作的實用性；3、本發(fā)明裝置可有效的解決地面試驗中磁等離子體動力學發(fā)動機液態(tài)鋰推進劑恒溫供給問題，可使推進劑有效、向磁等離子體動力學發(fā)動機輸送；4、解決了鋰磁等離子體動力學發(fā)動機地面試驗中固體推進劑液態(tài)供給所涉及的管路清除的具體應用難題，為進一步深化磁等離子體動力學發(fā)動機研究與工程應用提供了保障。


圖1為本發(fā)明輸送裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為基于本發(fā)明輸送裝置的管路吹除方法流程圖；圖3為基于本發(fā)明輸送裝置的輸送方法流程圖。圖中1-液態(tài)鋰推進劑供給分裝置2-氬氣氣路分裝置 3-磁等離子體動力學發(fā)動機4-真空艙101-鋰貯箱102-鋰中轉(zhuǎn)貯箱
103-活塞104-步進電機105-第一推進劑管路
106-第二推進劑供給管路107-鋰貯箱加熱膜108-鋰中轉(zhuǎn)貯箱加熱膜
109-推進劑管路加熱膜110-第一溫度傳感器111-第二溫度傳感器
112-第三溫度傳感器201-氬氣氣瓶202-氬氣管路
203-手動截止閥204-過濾器
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。本發(fā)明一種具有管路吹除功能的固體鋰推進劑恒溫液態(tài)輸送裝置，包括液態(tài)鋰推進劑供給分裝置1和氬氣氣路分裝置2。所述液態(tài)鋰推進劑供給分裝置1用來為磁等離子體動力學發(fā)動機3輸送鋰推進劑，包括鋰貯箱101、鋰中轉(zhuǎn)貯箱102、活塞103、步進電機104、第一推進劑管路105與第二推進劑供給管路106。其中，鋰貯箱101用來盛放作為推進劑的固態(tài)鋰；鋰貯箱101外壁上安裝有鋰貯箱加熱膜107，用來對鋰貯箱101中的固態(tài)鋰加熱，使其轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)鋰；鋰貯箱 101底部通過第一推進劑管路105與鋰中轉(zhuǎn)貯箱102底部連通，通過氬氣氣路分裝置2向鋰貯箱1中不斷沖入氬氣，由于氬氣與鋰之間不存在化學反應，因此通過氬氣擠壓鋰貯箱101 中的液態(tài)鋰，使其可通過第一推進劑管路105進入到鋰中轉(zhuǎn)貯箱102內(nèi)。所述鋰中轉(zhuǎn)貯箱102底部通過第二推進劑管路106與磁等離子體動力學發(fā)動機3相連，所述活塞103設置在鋰中轉(zhuǎn)貯箱102內(nèi)部，通過步進電機104驅(qū)動活塞103在鋰中轉(zhuǎn)貯箱102內(nèi)進行活塞運動，推動鋰中轉(zhuǎn)貯箱102內(nèi)的液態(tài)鋰隨第二推進劑管路106進入到磁等離子體動力學發(fā)動機3中。由于氬氣持續(xù)通入，使第一推進劑管路105處于氣密狀態(tài)，使鋰中轉(zhuǎn)貯箱102中的液態(tài)鋰不會隨第一推進劑管路105回流到鋰貯箱101中。所述步進電機104還可用來控制活塞103進行活塞運動的速度，從而達到推進劑的流量控制。為了使液態(tài)鋰由鋰中轉(zhuǎn)貯箱 102到達磁等離子體動力學發(fā)動機3的過程中始終保持液態(tài)，因此本發(fā)明在鋰中轉(zhuǎn)貯箱102 下部安裝有鋰中轉(zhuǎn)貯箱加熱膜108，且第一推進劑管路105與第二推進劑管路106外壁上均安裝有推進劑管路加熱膜109，分別來為在鋰中轉(zhuǎn)貯箱102以及第一推進劑管路105、第二推進劑管路106中的液態(tài)鋰加熱。在鋰貯箱101外壁、鋰中轉(zhuǎn)貯箱102外壁以及第二推進劑管路106外壁上分別安裝有第一溫度傳感器110、第二溫度傳感器111與第三溫度傳感器 112，分別用來監(jiān)測鋰貯箱101、鋰中轉(zhuǎn)貯箱102以及第二推進劑管路106的溫度，保證鋰貯箱101、鋰中轉(zhuǎn)貯箱102以及第二推進劑管路106內(nèi)的液態(tài)鋰始終處于液態(tài)，第一溫度傳感器110、第二溫度傳感器111與第三溫度傳感器112均采用PT100。由于固態(tài)鋰具有強還原性，在空氣和水中極易受到污染，因此整套液態(tài)鋰推進劑供給分裝置1設置在真空環(huán)境的真空艙4中。所述氬氣氣路分裝置2包括氬氣氣瓶201、氬氣管路202、手動截止閥203與過濾器204。其中，氬氣氣瓶201用來裝盛氬氣，氬氣氣瓶201通過氬氣管路202與液態(tài)鋰推進劑供給分裝置1中的鋰貯箱101連通。在氬氣管路202的進氣端處安裝有手動截止閥203 與過濾器204，手動截止閥203用來控制氬氣管路202的開起關閉，過濾器204用來過濾氬氣中得雜質(zhì)，保證氬氣管路202中氬氣的清潔度。在氬氣管路202上還安裝有壓力傳感器 205，用來監(jiān)測氬氣管路202內(nèi)氣體的壓力。當打開手動截止閥203后，氬氣氣瓶201中的氬氣經(jīng)過氬氣管路202到達鋰貯箱101。本發(fā)明輸送裝置中各管路均為不銹鋼管，采用的材料為lCrl8Ni9Ti，具有良好的耐腐蝕性，氬氣管路202、第一推進劑管路105、第二推進劑管路106與氬氣氣瓶201、鋰貯箱101、鋰中轉(zhuǎn)貯箱102間均采用氬弧焊或其他惰性氣體保護焊，由此可減少焊接處的氧化物，且焊接完畢后經(jīng)過酸洗鈍化，再進行超聲波清洗、氮氣吹除，進而保證本發(fā)明輸送裝置的清潔度?；谏鲜鼍哂泄苈反党δ艿墓腆w鋰推進劑恒溫液態(tài)輸送裝置的輸送方法，通過下述七個步驟來實現(xiàn)步驟1 加熱液態(tài)鋰推進劑供給分裝置1中殘存的鋰推進劑；試驗開始前，打開鋰貯箱加熱膜107、鋰中轉(zhuǎn)貯箱加熱膜108以及第二推進劑管路加熱膜109，分別加熱鋰貯箱101、鋰中轉(zhuǎn)貯箱102以及第二推進劑管路106中殘留的液態(tài)鋰推進劑；并監(jiān)測第一溫度傳感器110、第二溫度傳感器111和第三溫度傳感器112，使鋰貯箱101、鋰中轉(zhuǎn)貯箱102以及第二推進劑管路106的溫度處于試驗要求范圍內(nèi)，保持加熱鋰貯箱101、鋰中轉(zhuǎn)貯箱102以及第一推進劑管路105、第二推進劑管路106中殘留的液態(tài)鋰推進劑處于液態(tài)。步驟2 吹除液態(tài)鋰推進劑供給分裝置中的雜質(zhì)；打開手動截止閥203，使氬氣進入到氬氣管路202中，經(jīng)過過濾器104過濾掉氬氣中的雜質(zhì)；觀測氬氣氣路壓力表105，并調(diào)節(jié)手動截止閥103，保持向鋰貯箱101提供的增壓氣體壓力處于試驗要求范圍內(nèi)。步驟3 進一步吹除液態(tài)鋰推進劑供給分裝置1中的雜質(zhì)；待第一推進劑管路105與鋰中轉(zhuǎn)貯箱102連通處有液態(tài)鋰吹出后，啟動步進電機 104，推動活塞103向下運動，實現(xiàn)對吹除氣體的增壓，強化對第二推進劑管路106的吹除效果，最終實現(xiàn)對固體鋰推進劑恒溫液態(tài)輸送裝置中管路內(nèi)雜質(zhì)的吹除工作。步驟4 停止液態(tài)鋰推進劑供給分裝置1中雜質(zhì)吹除工作；吹除完畢后，關閉步進電機104，同時關閉手動截止閥203，終止供氣；保持鋰貯箱加熱膜107、鋰中轉(zhuǎn)貯箱加熱膜108以及第二推進劑管路加熱膜109處于工作狀態(tài)。本發(fā)明還提供一種基于上述具有管路吹除功能的固體鋰推進劑恒溫液態(tài)輸送裝置的輸送方法，通過下述三個步驟來實現(xiàn)步驟1 鋰貯箱101中放入固體鋰；在鋰貯箱101中放入固體鋰，鋰貯箱101中的固態(tài)鋰受熱轉(zhuǎn)為液態(tài)，并再次打開手動截止閥203，向鋰貯箱101中通入氬氣。步驟2 向磁等離子體動力學發(fā)動機3中輸送推進劑；通過氬氣擠壓鋰貯箱101中得液態(tài)鋰，使液態(tài)鋰隨第一推進劑管路105，進入到鋰中轉(zhuǎn)貯箱102中；啟動步進電機104，推動活塞103往復運動，調(diào)整步進電機104轉(zhuǎn)速控制流量大小，通過活塞103使鋰貯箱101中的液態(tài)鋰進入到第二推進劑管路106中，最后到達磁等離子體動力學發(fā)動機3。步驟3 停止推進劑的供給；實驗結(jié)束后，關閉步進電機104使活塞102運動停止，同時關閉手動截止閥203中斷氬氣的供給，推進劑輸送停止。為了防止液態(tài)鋰推進劑供給分裝置1中的管路中殘留的鋰推進劑冷卻后固化，影響下次使用，在試驗結(jié)束后，保持所有的加熱膜處于工作狀態(tài)。當需要恢復推進劑輸送時，開啟手動截止閥203，向鋰貯箱101中供給氬氣，同時開啟步進電機104使活塞103工作，實現(xiàn)液態(tài)鋰的再次輸送。
權(quán)利要求
1.一種具有管路吹除功能的固體鋰推進劑恒溫液態(tài)輸送裝置，其特征在于包括液態(tài)鋰推進劑供給分裝置和氬氣氣路分裝置；所述液態(tài)鋰推進劑供給分裝置包括鋰貯箱、鋰中轉(zhuǎn)貯箱、活塞、步進電機、第一推進劑管路與第二推進劑供給管路；其中，鋰貯箱外壁上安裝有鋰貯箱加熱膜；鋰貯箱底部通過第一推進劑管路與鋰中轉(zhuǎn)貯箱底部連通；所述鋰中轉(zhuǎn)貯箱底部通過第二推進劑管路與磁等離子體動力學發(fā)動機相連，所述活塞設置在鋰中轉(zhuǎn)貯箱內(nèi)部，通過步進電機驅(qū)動活塞在鋰中轉(zhuǎn)貯箱內(nèi)進行活塞運動；鋰中轉(zhuǎn)貯箱外壁上安裝有鋰中轉(zhuǎn)貯箱加熱膜，第一推進劑管路外壁與第二推進劑管路外壁上分別安裝有鋰中轉(zhuǎn)貯箱加熱膜和推進劑管路加熱膜；所述氬氣氣路分裝置包括氬氣氣瓶、氬氣管路、手動截止閥與過濾器；其中，氬氣氣瓶通過氬氣管路與鋰貯箱連通；在氬氣管路的進氣端處安裝有手動截止閥與過濾器。
2.如權(quán)利要求1所述一種具有管路吹除功能的固體鋰推進劑恒溫液態(tài)輸送裝置，其特征在于所述液態(tài)鋰推進劑供給分裝置設置在真空艙中。
3.如權(quán)利要求1所述一種具有管路吹除功能的固體鋰推進劑恒溫液態(tài)輸送裝置，其特征在于所述鋰貯箱外壁、鋰中轉(zhuǎn)貯箱外壁以及第二推進劑管路外壁上分別安裝有第一溫度傳感器、第二溫度傳感器與第三溫度傳感器。
4.如權(quán)利要求1所述一種具有管路吹除功能的固體鋰推進劑恒溫液態(tài)輸送裝置，其特征在于所述第一溫度傳感器、第二溫度傳感器與第三溫度傳感器均采用PT100。
5.如權(quán)利要求1所述一種具有管路吹除功能的固體鋰推進劑恒溫液態(tài)輸送裝置，其特征在于所述氬氣管路上安裝有壓力傳感器。
6.如權(quán)利要求1所述一種具有管路吹除功能的固體鋰推進劑恒溫液態(tài)輸送裝置，其特征在于所述氬氣管路、第一推進劑管路、第二推進劑管路均為不銹鋼管，采用的材料為 lCrl8Ni9Ti0
7.如權(quán)利要求1所述一種具有管路吹除功能的固體鋰推進劑恒溫液態(tài)輸送裝置，其特征在于所述氬氣管路、第一推進劑管路、第二推進劑管路與氬氣氣瓶、鋰貯箱、鋰中轉(zhuǎn)貯箱間均采用氬弧焊接或惰性氣體保護焊接，且焊接完畢后經(jīng)過酸洗鈍化，再進行超聲波清洗、 氮氣吹除。
8.如權(quán)利要求1所述的一種具有管路吹除功能的固體鋰推進劑恒溫液態(tài)輸送裝置的管路吹除方法，通過下述四個步驟來實現(xiàn)步驟1 加熱液態(tài)鋰推進劑供給分裝置中殘存的鋰推進劑；試驗開始前，打開鋰貯箱加熱膜、鋰中轉(zhuǎn)貯箱加熱膜以及第二推進劑管路加熱膜；步驟2 吹除液態(tài)鋰推進劑供給分裝置中的雜質(zhì)；打開手動截止閥，開始向并調(diào)節(jié)手動截止閥，保持向鋰貯箱提供的氣體壓力處于試驗要求范圍內(nèi)。步驟3 進一步吹除液態(tài)鋰推進劑供給分裝置中的雜質(zhì)；待第一推進劑管路與鋰中轉(zhuǎn)貯箱連通處有液態(tài)鋰吹出后，啟動步進電機，推動活塞向下運動；步驟4 停止液態(tài)鋰推進劑供給分裝置中雜質(zhì)吹除工作；吹除完畢后，關閉步進電機，同時關閉手動截止閥；保持鋰貯箱加熱膜、鋰中轉(zhuǎn)貯箱加熱膜以及第二推進劑管路加熱膜處于工作狀態(tài)。
9.如權(quán)利要求1所述的一種具有管路吹除功能的固體鋰推進劑恒溫液態(tài)輸送裝置的輸送方法，通過下述三個步驟來實現(xiàn) 步驟1 鋰貯箱中放入固體鋰；在鋰貯箱中放入固體鋰，開啟鋰貯箱加熱膜、鋰中轉(zhuǎn)貯箱加熱膜以及第二推進劑管路加熱膜處于工作狀態(tài)；并打開手動截止閥，向鋰貯箱中通入氬氣；通過氬氣擠壓鋰貯箱中得液態(tài)鋰，使液態(tài)鋰隨第一推進劑管路，進入到鋰中轉(zhuǎn)貯箱中； 步驟2 向磁等離子體動力學發(fā)動機中輸送推進劑；啟動步進電機，推動活塞往復運動，通過活塞使鋰貯箱中的液態(tài)鋰進入到第二推進劑管路中，最后到達磁等離子體動力學發(fā)動機；步驟3 停止推進劑的供給；實驗結(jié)束后，關閉步進電機，同時關閉手動截止閥；當需要恢復推進劑輸送時，開啟手動截止閥，同時開啟步進電機使活塞工作。
全文摘要
本發(fā)明一種具有管路吹除功能的固體鋰推進劑恒溫液態(tài)輸送裝置，包括液態(tài)鋰推進劑供給分裝置和氬氣氣路分裝置。液態(tài)鋰推進劑供給分裝置中，開啟加熱膜將鋰貯箱中固體鋰推進劑加熱液化，且在可實現(xiàn)在溫度監(jiān)測下，通過氬氣氣路分裝置提供的氬氣推動液態(tài)鋰推進劑供給分裝置中的鋰貯箱中的液態(tài)鋰推進劑隨推進劑管路進入到鋰中轉(zhuǎn)貯箱；通過活塞推動鋰中轉(zhuǎn)貯箱中得液態(tài)鋰隨推進劑管路輸送到磁等離子體動力學發(fā)動機；并且氬氣氣路分裝置所提供的氬氣還可用來實現(xiàn)液態(tài)鋰推進劑供給分裝置中殘留液態(tài)鋰的吹除功能。
文檔編號G01M15/02GK102507197SQ20111030020
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者王海興, 耿金越, 陳士強 申請人:北京航空航天大學