专利名称：一种具有管路吹除功能的固体锂推进剂恒温液态输送装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁等离子体动力学发动机(MPDT)地面试验领域，具体来说，是一种磁等离子体动力学发动机(MPDT)地面试验领域中的具有管路吹除功能的固体锂推进剂恒温液态输送装置。
背景技术：
磁等离子体动力学发动机(MPDT)是一种典型的电磁式空间电推进系统，具有高比冲、大推力范围、长寿命、高控制精度、可重复启动等优点，在航天器姿轨控、深空探测和星际航行等任务中具有广阔应用前景。磁等离子体动力学发动机可以以氢气、锂、氖、氩、氙等为推进剂，利用磁场和电流相互作用生成洛伦兹力来加速等离子体态推进剂产生推力，因此也被称为洛伦兹力加速器 (Lorentz Force Accelerator) 0 MPDT的基本形式是由头部为锥形的棒状阴极和环绕阴极的圆柱形阳极组成。MPDT工作时，通过在阴极和阳极之间放电形成电�。平列纬傻母呶碌壤胱犹�。对于自身磁场磁等离子体动力学发动机，电流通过等离子体生成感生磁�。猩拇懦∮氲缌飨嗷プ饔眯纬芍嵯虻穆迓刈攘Γ铀偻平僚懦龇⒍屏Γ欢杂谕饧哟懦〈诺壤胱犹宥ρХ⒍平猎谕饧哟懦�、感生磁场和电流的共同作用下实现加速。通过地面试验对MPDT的各种性能进行研究正在世界范围内开展。试验测试表明锂可以为磁等离子体动力学发动机提供优秀的推进性能，是磁等离子体动力学发动机推进剂的首选。有效的实现对锂磁等离子体动力学发动机推进剂供给以及推进剂供给管路的清除和维护是进行相关试验的基础，直接影响试验效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有管路吹除功能的固体锂推进剂恒温液态输送装置，适用于以固体碱金属锂为推进剂的磁等离子体动力学发动机液态推进剂供给，针对锂磁等离子体动力学发动机所采用的推进剂在常温下是固体的情况，解决了推进剂固体碱金属锂可控温度液化和流量精确控制的难题，且保证管路中液态锂推进剂的有效清除，实现管路的清洁和试验装置的可重复使用。本发明具有管路吹除功能的固体锂推进剂恒温液态输送装置，包括液态锂推进剂供给分装置和氩气气路分装置。所述液态锂推进剂供给分装置包括锂贮箱、锂中转贮箱、活塞、步进电机、第一推进剂管路与第二推进剂供给管路。其中，锂贮箱外壁上安装有锂贮箱加热膜。锂贮箱底部通过第一推进剂管路与锂中转贮箱底部连通。所述锂中转贮箱底部通过第二推进剂管路与磁等离子体动力学发动机相连，所述活塞设置在锂中转贮箱内部，通过步进电机驱动活塞在锂中转贮箱内进行活塞运动。锂中转贮箱外壁上安装有锂中转贮箱加热膜，第一推进剂管路外壁与第二推进剂管路外壁上分别安装有锂中转贮箱加热膜和推进剂管路加热膜。
所述氩气气路分装置包括氩气气瓶、氩气管路、手动截止阀与过滤器；其中，氩气气瓶通过氩气管路与锂贮箱连通；在氩气管路的进气端处安装有手动截止阀与过滤器。本发明的优点在于1、本发明输送装置针对锂磁等离子体动力学发动机地面试验中液态推进剂管路清除装置的特殊要求，采用氩气气路分装置提供高压吹除气体；带有加热膜的贮箱和供给管路使推进剂在吹除过程中保持液态，同时全部装置实现了温度监测，增强了供给系统的稳定性、实用性、易操作性和精度；2、本发明装置中通过调节步进电机工作控制活塞，实现吹除气体的二次增压的方法，有效提高了液态锂推进剂管路吹除的试验效率和操作的实用性；3、本发明装置可有效的解决地面试验中磁等离子体动力学发动机液态锂推进剂恒温供给问题，可使推进剂有效、向磁等离子体动力学发动机输送；4、解决了锂磁等离子体动力学发动机地面试验中固体推进剂液态供给所涉及的管路清除的具体应用难题，为进一步深化磁等离子体动力学发动机研究与工程应用提供了保障。
图1为本发明输送装置整体结构示意图；图2为基于本发明输送装置的管路吹除方法流程图；图3为基于本发明输送装置的输送方法流程图。图中1-液态锂推进剂供给分装置2-氩气气路分装置 3-磁等离子体动力学发动机4-真空舱101-锂贮箱102-锂中转贮箱
103-活塞104-步进电机105-第一推进剂管路
106-第二推进剂供给管路107-锂贮箱加热膜108-锂中转贮箱加热膜
109-推进剂管路加热膜110-第一温度传感器111-第二温度传感器
112-第三温度传感器201-氩气气瓶202-氩气管路
203-手动截止阀204-过滤器
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步说明。本发明一种具有管路吹除功能的固体锂推进剂恒温液态输送装置，包括液态锂推进剂供给分装置1和氩气气路分装置2。所述液态锂推进剂供给分装置1用来为磁等离子体动力学发动机3输送锂推进剂，包括锂贮箱101、锂中转贮箱102、活塞103、步进电机104、第一推进剂管路105与第二推进剂供给管路106。其中，锂贮箱101用来盛放作为推进剂的固态锂；锂贮箱101外壁上安装有锂贮箱加热膜107，用来对锂贮箱101中的固态锂加热，使其转变为液态锂；锂贮箱 101底部通过第一推进剂管路105与锂中转贮箱102底部连通，通过氩气气路分装置2向锂贮箱1中不断冲入氩气，由于氩气与锂之间不存在化学反应，因此通过氩气挤压锂贮箱101 中的液态锂，使其可通过第一推进剂管路105进入到锂中转贮箱102内。所述锂中转贮箱102底部通过第二推进剂管路106与磁等离子体动力学发动机3相连，所述活塞103设置在锂中转贮箱102内部，通过步进电机104驱动活塞103在锂中转贮箱102内进行活塞运动，推动锂中转贮箱102内的液态锂随第二推进剂管路106进入到磁等离子体动力学发动机3中。由于氩气持续通入，使第一推进剂管路105处于气密状态，使锂中转贮箱102中的液态锂不会随第一推进剂管路105回流到锂贮箱101中。所述步进电机104还可用来控制活塞103进行活塞运动的速度，从而达到推进剂的流量控制。为了使液态锂由锂中转贮箱 102到达磁等离子体动力学发动机3的过程中始终保持液态，因此本发明在锂中转贮箱102 下部安装有锂中转贮箱加热膜108，且第一推进剂管路105与第二推进剂管路106外壁上均安装有推进剂管路加热膜109，分别来为在锂中转贮箱102以及第一推进剂管路105、第二推进剂管路106中的液态锂加热。在锂贮箱101外壁、锂中转贮箱102外壁以及第二推进剂管路106外壁上分别安装有第一温度传感器110、第二温度传感器111与第三温度传感器 112，分别用来监测锂贮箱101、锂中转贮箱102以及第二推进剂管路106的温度，保证锂贮箱101、锂中转贮箱102以及第二推进剂管路106内的液态锂始终处于液态，第一温度传感器110、第二温度传感器111与第三温度传感器112均采用PT100。由于固态锂具有强还原性，在空气和水中极易受到污染，因此整套液态锂推进剂供给分装置1设置在真空环境的真空舱4中。所述氩气气路分装置2包括氩气气瓶201、氩气管路202、手动截止阀203与过滤器204。其中，氩气气瓶201用来装盛氩气，氩气气瓶201通过氩气管路202与液态锂推进剂供给分装置1中的锂贮箱101连通。在氩气管路202的进气端处安装有手动截止阀203 与过滤器204，手动截止阀203用来控制氩气管路202的开起关闭，过滤器204用来过滤氩气中得杂质，保证氩气管路202中氩气的清洁度。在氩气管路202上还安装有压力传感器 205，用来监测氩气管路202内气体的压力。当打开手动截止阀203后，氩气气瓶201中的氩气经过氩气管路202到达锂贮箱101。本发明输送装置中各管路均为不锈钢管，采用的材料为lCrl8Ni9Ti，具有良好的耐腐蚀性，氩气管路202、第一推进剂管路105、第二推进剂管路106与氩气气瓶201、锂贮箱101、锂中转贮箱102间均采用氩弧焊或其他惰性气体保护焊，由此可减少焊接处的氧化物，且焊接完毕后经过酸洗钝化，再进行超声波清洗、氮气吹除，进而保证本发明输送装置的清洁度。基于上述具有管路吹除功能的固体锂推进剂恒温液态输送装置的输送方法，通过下述七个步骤来实现步骤1 加热液态锂推进剂供给分装置1中残存的锂推进剂；试验开始前，打开锂贮箱加热膜107、锂中转贮箱加热膜108以及第二推进剂管路加热膜109，分别加热锂贮箱101、锂中转贮箱102以及第二推进剂管路106中残留的液态锂推进剂；并监测第一温度传感器110、第二温度传感器111和第三温度传感器112，使锂贮箱101、锂中转贮箱102以及第二推进剂管路106的温度处于试验要求范围内，保持加热锂贮箱101、锂中转贮箱102以及第一推进剂管路105、第二推进剂管路106中残留的液态锂推进剂处于液态。步骤2 吹除液态锂推进剂供给分装置中的杂质；打开手动截止阀203，使氩气进入到氩气管路202中，经过过滤器104过滤掉氩气中的杂质；观测氩气气路压力表105，并调节手动截止阀103，保持向锂贮箱101提供的增压气体压力处于试验要求范围内。步骤3 进一步吹除液态锂推进剂供给分装置1中的杂质；待第一推进剂管路105与锂中转贮箱102连通处有液态锂吹出后，启动步进电机 104，推动活塞103向下运动，实现对吹除气体的增压，强化对第二推进剂管路106的吹除效果，最终实现对固体锂推进剂恒温液态输送装置中管路内杂质的吹除工作。步骤4 停止液态锂推进剂供给分装置1中杂质吹除工作；吹除完毕后，关闭步进电机104，同时关闭手动截止阀203，终止供气；保持锂贮箱加热膜107、锂中转贮箱加热膜108以及第二推进剂管路加热膜109处于工作状态。本发明还提供一种基于上述具有管路吹除功能的固体锂推进剂恒温液态输送装置的输送方法，通过下述三个步骤来实现步骤1 锂贮箱101中放入固体锂；在锂贮箱101中放入固体锂，锂贮箱101中的固态锂受热转为液态，并再次打开手动截止阀203，向锂贮箱101中通入氩气。步骤2 向磁等离子体动力学发动机3中输送推进剂；通过氩气挤压锂贮箱101中得液态锂，使液态锂随第一推进剂管路105，进入到锂中转贮箱102中；启动步进电机104，推动活塞103往复运动，调整步进电机104转速控制流量大�。ü钊�103使锂贮箱101中的液态锂进入到第二推进剂管路106中，最后到达磁等离子体动力学发动机3。步骤3 停止推进剂的供给；实验结束后，关闭步进电机104使活塞102运动停止，同时关闭手动截止阀203中断氩气的供给，推进剂输送停止。为了防止液态锂推进剂供给分装置1中的管路中残留的锂推进剂冷却后固化，影响下次使用，在试验结束后，保持所有的加热膜处于工作状态。当需要恢复推进剂输送时，开启手动截止阀203，向锂贮箱101中供给氩气，同时开启步进电机104使活塞103工作，实现液态锂的再次输送。
权利要求
1.一种具有管路吹除功能的固体锂推进剂恒温液态输送装置，其特征在于包括液态锂推进剂供给分装置和氩气气路分装置；所述液态锂推进剂供给分装置包括锂贮箱、锂中转贮箱、活塞、步进电机、第一推进剂管路与第二推进剂供给管路；其中，锂贮箱外壁上安装有锂贮箱加热膜；锂贮箱底部通过第一推进剂管路与锂中转贮箱底部连通；所述锂中转贮箱底部通过第二推进剂管路与磁等离子体动力学发动机相连，所述活塞设置在锂中转贮箱内部，通过步进电机驱动活塞在锂中转贮箱内进行活塞运动；锂中转贮箱外壁上安装有锂中转贮箱加热膜，第一推进剂管路外壁与第二推进剂管路外壁上分别安装有锂中转贮箱加热膜和推进剂管路加热膜；所述氩气气路分装置包括氩气气瓶、氩气管路、手动截止阀与过滤器；其中，氩气气瓶通过氩气管路与锂贮箱连通；在氩气管路的进气端处安装有手动截止阀与过滤器。
2.如权利要求1所述一种具有管路吹除功能的固体锂推进剂恒温液态输送装置，其特征在于所述液态锂推进剂供给分装置设置在真空舱中。
3.如权利要求1所述一种具有管路吹除功能的固体锂推进剂恒温液态输送装置，其特征在于所述锂贮箱外壁、锂中转贮箱外壁以及第二推进剂管路外壁上分别安装有第一温度传感器、第二温度传感器与第三温度传感器。
4.如权利要求1所述一种具有管路吹除功能的固体锂推进剂恒温液态输送装置，其特征在于所述第一温度传感器、第二温度传感器与第三温度传感器均采用PT100。
5.如权利要求1所述一种具有管路吹除功能的固体锂推进剂恒温液态输送装置，其特征在于所述氩气管路上安装有压力传感器。
6.如权利要求1所述一种具有管路吹除功能的固体锂推进剂恒温液态输送装置，其特征在于所述氩气管路、第一推进剂管路、第二推进剂管路均为不锈钢管，采用的材料为 lCrl8Ni9Ti0
7.如权利要求1所述一种具有管路吹除功能的固体锂推进剂恒温液态输送装置，其特征在于所述氩气管路、第一推进剂管路、第二推进剂管路与氩气气瓶、锂贮箱、锂中转贮箱间均采用氩弧焊接或惰性气体保护焊接，且焊接完毕后经过酸洗钝化，再进行超声波清洗、 氮气吹除。
8.如权利要求1所述的一种具有管路吹除功能的固体锂推进剂恒温液态输送装置的管路吹除方法，通过下述四个步骤来实现步骤1 加热液态锂推进剂供给分装置中残存的锂推进剂；试验开始前，打开锂贮箱加热膜、锂中转贮箱加热膜以及第二推进剂管路加热膜；步骤2 吹除液态锂推进剂供给分装置中的杂质；打开手动截止阀，开始向并调节手动截止阀，保持向锂贮箱提供的气体压力处于试验要求范围内。步骤3 进一步吹除液态锂推进剂供给分装置中的杂质；待第一推进剂管路与锂中转贮箱连通处有液态锂吹出后，启动步进电机，推动活塞向下运动；步骤4 停止液态锂推进剂供给分装置中杂质吹除工作；吹除完毕后，关闭步进电机，同时关闭手动截止阀；保持锂贮箱加热膜、锂中转贮箱加热膜以及第二推进剂管路加热膜处于工作状态。
9.如权利要求1所述的一种具有管路吹除功能的固体锂推进剂恒温液态输送装置的输送方法，通过下述三个步骤来实现 步骤1 锂贮箱中放入固体锂；在锂贮箱中放入固体锂，开启锂贮箱加热膜、锂中转贮箱加热膜以及第二推进剂管路加热膜处于工作状态；并打开手动截止阀，向锂贮箱中通入氩气；通过氩气挤压锂贮箱中得液态锂，使液态锂随第一推进剂管路，进入到锂中转贮箱中； 步骤2 向磁等离子体动力学发动机中输送推进剂；启动步进电机，推动活塞往复运动，通过活塞使锂贮箱中的液态锂进入到第二推进剂管路中，最后到达磁等离子体动力学发动机；步骤3 停止推进剂的供给；实验结束后，关闭步进电机，同时关闭手动截止阀；当需要恢复推进剂输送时，开启手动截止阀，同时开启步进电机使活塞工作。
全文摘要
本发明一种具有管路吹除功能的固体锂推进剂恒温液态输送装置，包括液态锂推进剂供给分装置和氩气气路分装置。液态锂推进剂供给分装置中，开启加热膜将锂贮箱中固体锂推进剂加热液化，且在可实现在温度监测下，通过氩气气路分装置提供的氩气推动液态锂推进剂供给分装置中的锂贮箱中的液态锂推进剂随推进剂管路进入到锂中转贮箱；通过活塞推动锂中转贮箱中得液态锂随推进剂管路输送到磁等离子体动力学发动机；并且氩气气路分装置所提供的氩气还可用来实现液态锂推进剂供给分装置中残留液态锂的吹除功能。
文档编号G01M15/02GK102507197SQ20111030020
公开日2012年6月20日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年9月29日
发明者王海兴, 耿金越, 陈士强 申请人:北京航空航天大学
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