动力系统试车地面增补压系统及增补压方法

摘要

本申请实施例中提供了动力系统试车地面增补压系统及增补压方法，增补压系统包括地面增压路与地面应急补压路，所述地面增压路与所述地面应急补压路并联连接后输出气体至动力贮箱，相应的还提供了一种应用动力系统试车地面增补压系统的增补压方法，采用本申请中的方案，简化了增补压系统方案，增加了增补压系统的工作可靠性。

权利要求

1.一种动力系统试车地面增补压系统，其特征在于，包括：地面增压路；

地面应急补压路；

所述地面增压路与所述地面应急补压路并联连接后通过一公共单向阀后连接动力贮箱，以使地面应急补压气体与地面增压路中的地面增压气体一起输入到贮箱；

地面应急补压路为地面增压路不能提供动力系统所需压力时进行应急补压；

所述动力贮箱为燃料贮箱时，所述地面应急补压路包括：依次连接的第二过滤器（27）、减压阀（13）、第二地面补压电磁阀（16）、第二地面补压孔板（17）、第二流量计（15）以及第二单向阀（14）；

或者

依次连接的第二过滤器（27）、减压阀（13）、第二地面补压电磁阀（16）、第二地面补压孔板（17）、第二单向阀（14）以及第二流量计（15）；

所述增补压系统还包括地面充气路，所述地面充气路包括：依次连接的气瓶充气阀（19）、气瓶（20）、第三过滤器（21）以及增压电磁阀。

2.根据权利要求1所述的动力系统试车地面增补压系统，其特征在于，所述地面增压路与所述地面应急补压路共用一套供配气系统。

3.根据权利要求1所述的动力系统试车地面增补压系统，其特征在于，所述地面增压路为常开增压路。

4.根据权利要求1所述的动力系统试车地面增补压系统，其特征在于，所述地面应急补压路包括：

依次连接的过滤器、地面补压电磁阀、地面补压孔板、流量计以及单向阀；或者依次连接的过滤器、地面补压电磁阀、地面补压孔板、单向阀以及流量计。

5.根据权利要求1所述的动力系统试车地面增补压系统，其特征在于，还包括：测量动力贮箱压力的压力传感器；以及动力贮箱压力控制器；

所述动力贮箱压力控制器根据压力传感器的压力信号控制调节所述地面应急补压路的应急补压气体。

6.根据权利要求1‑5项任一所述的动力系统试车地面增补压系统，其特征在于，当所述动力贮箱为氧化剂贮箱时，所述地面应急补压路包括：依次连接的第一过滤器（8）、第一地面补压电磁阀（4）、第一地面补压孔板（5）、第一流量计(10)以及第一单向阀(9)；或者依次连接的第一过滤器（8）、第一地面补压电磁阀（4）、第一地面补压孔板（5）、第一单向阀(9)以及第一流量计(10)。

7.根据权利要求6所述的增补压系统，其特征在于，所述增补压系统还包括自生增压路和器上气瓶补压路；所述器上气瓶补压路包括器上补压电磁阀（11）。

8.根据权利要求6所述的试车地面增补压系统，其特征在于，所述增补压系统中，所述地面应急补压路还包括：应急补压电磁阀（6）及应急补压孔板（7）；所述应急补压电磁阀（6）及应急补压孔板（7）与所述第一地面补压电磁阀（4）及第一地面补压孔板（5）并联连接。

9.根据权利要求6所述的动力系统试车地面增补压系统，其特征在于，所述增补压系统中，通过地面增压路对氧化剂贮箱提供0g/s‑6g/s流量氦气；通过地面应急补压路对氧化剂贮箱提供0g/s‑29g/s流量氦气。

10.根据权利要求1所述的动力系统试车地面增补压系统，其特征在于，所述增压电磁阀由主增压电磁阀（22）及辅增压电磁阀（23）并联构成。

11.根据权利要求1所述的动力系统试车地面增补压系统，其特征在于，所述增补压系统中，通过地面应急补压路对燃料贮箱提供0g/s‑20g/s流量氦气。

12.一种应用权利要求1‑5、7‑9、10‑11中任一项所述的动力系统试车地面增补压系统的动力系统试车地面增补压方法，其特征在于，包括：通过常开的地面增压路提供一定压力流量的地面增压气体至动力贮箱增压；

通过至少两个压力传感器测量贮箱气枕的压力，并传输至动力贮箱控制器；

当压力参数低于下限值时，控制地面应急补压路的补压电磁阀打开，对贮箱进行补压；

当压力参数高于上限值时，控制地面应急补压路的补压电磁阀关闭，停止对贮箱补压；

压力控制带的上限值和下限值根据发动机工作时间进行线性调节；

其中，所述地面增压路与所述地面应急补压路并联连接后连接动力贮箱，以使地面应急补压气体与地面增压路中的地面增压气体一起输入到贮箱；

地面应急补压路为地面增压路不能提供动力系统所需压力时进行应急补压。

说明书

动力系统试车地面增补压系统及增补压方法

技术领域

[0001] 本申请属于航空航天技术领域，具体地，涉及一种动力系统试车地面增补压系统及增补压方法。

背景技术

[0002] 航天运载器动力系统中，主发动机在工作时需要推进剂满足一定的入口压力，以确保其稳定可靠工作。可是，在进行地面动力系统试车时，由于没有飞行过载，使得发动机
的推进剂入口压力可能无法满足要求，因此，需要设计一套地面增补压系统，通过设置合理
的压力控制带，对贮箱进行增补压操作。

[0003] 目前国内外的航天运载器动力系统试车时均根据发动机的实际工作入口压力要求，通过增压计算设计地面增补压方案，用以指导设计特定的地面增补压系统，该系统通常
包括常开补压路和应急补压路，但是由于需要同时保证运载器上正常及故障工况下的贮箱
增压需求，并确保动力系统试车顺利，目前的地面增补压系统主要包括射前地面增压子系
统、发动机试车中贮箱补压子系统以及应急补压子系统，通常上述各子系统在供气系统中
完全独立设置，造成整个系统结构复杂、设备较多，此外，目前地面增补压系统的冗余设计
相对薄弱、应急补压箱压控制精细化程度不高，这也造成了工作可靠性较低、贮箱压力不稳
定。

发明内容

[0004] 本发明提出了一种动力系统试车地面增补压系统及增补方法，旨在解决现有技术中动力系统的地面增补压系统结构复杂，工作可靠性低的问题。

[0005] 根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种动力系统试车地面增补压系统，增补压系统包括地面增压路与地面应急补压路，所述地面增压路与所述地面应急补压路并联
连接后连接至动力储箱。

[0006] 根据本申请实施例的第二个方面，还提供了一种动力系统试车地面增补压方法，包括：

[0007] 通过常开的地面增压路对动力贮箱提供一定压力流量的地面增压气体至动力贮箱增压；

[0008] 通过至少两个压力传感器测量贮箱气枕的压力，并传输至动力贮箱控制器；

[0009] 当压力参数低于下限值时，控制补压电磁阀打开，对贮箱进行补压；

[0010] 当压力参数高于上限值时，控制补压电磁阀关闭，停止对贮箱补压；

[0011] 所述压力控制带的上限值和下限值是根据发动机工作时间进行线性调节。

[0012] 采用本申请实施例中的动力系统试车地面增补压系统，由于增补压系统中将地面增压路与地面应急补压路设计为并联连接后输出气体至动力贮箱，所以大大简化了动力系
统的增补压系统方案，并且设置了主增压与辅助增压互为冗余，增加了增补压系统的工作
可靠性。

附图说明

[0013] 此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

[0014] 图1中示出了根据本申请实施例的一种应用于动力系统试车地面增补压系统的增补压方法的流程图；

[0015] 图2中示出了根据本申请实施例的一种动力系统试车地面增补压系统的结构示意图；

[0016] 图3中示出了根据本申请实施例的另一种动力系统试车地面增补压系统的结构示意图。

具体实施方式

[0017] 在实现本申请的过程中，发明人发现航天运载器动力系统在进行地面动力系统试车时，由于没有飞行过载，使得经贮箱、输送管流至发动机的推进剂入口压力可能无法满足
要求，目前的增补压系统以及相应的供气系统结构往往非常复杂，工作可靠性低。因此，需
要设计一套结构简单且工作可靠性高的地面增补压系统，通过设置合理的压力控制带，对
贮箱进行增补压操作解决以上问题。

[0018] 针对上述问题，本申请实施例中提供了一种动力系统试车地面增补压系统及增补压方法，主要用于地面试车时。本申请的动力系统试车地面增补压系统包括地面增压路以
及地面应急补压路，并将地面增压路以及地面应急补压路并联连接后连接动力贮箱。相比
现有技术本申请的动力系统试车地面增补压系统结构更加简单化，提高了系统的工作可靠
性。

[0019] 为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施
例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实
施例中的特征可以相互组合。

[0020] 航天运载器动力系统中，液氢、液氧等低温液体是目前大推力的主要推进剂，冷氦增压系统是低温液体推进系统的关键技术之一。系统通常利用氦气作为增压介质，低温高
压氦气经过减压和加温后进入液氧化剂贮箱的气枕，用于对液氧化剂贮箱进行增压，以保
证发动机泵入口的压力要求。冷氦增压能够减轻增压系统重量，减少常温气瓶补压用氦气
量，提高运载器运载能力；同时氦气化学性质比较稳定，不会与推进剂发生反应。

[0021] 实施例1

[0022] 本申请实施例中提供的动力系统试车地面增补压系统包括动力贮箱控制器、测量动力贮箱压力的压力传感器、地面增压路以及地面应急补压路。

[0023] 压力传感器测量动力贮箱气枕压力并将压力信号发送至动力贮箱控制器，动力贮箱控制器根据压力传感器的压力信号控制调节所述地面应急补压路的应急补压气体。

[0024] 地面增压路为常开增压路，根据动力系统工况正常情况下的贮箱所需压力进行计算得到地面增压路需要提供的气体压力。

[0025] 地面应急补压路为地面增压路不能提供动力系统所需压力时进行应急补压。

[0026] 优选地，地面应急补压路包括依次连接的过滤器、地面补压电磁阀、地面补压孔板、流量计以及单向阀；或者依次连接的过滤器、地面补压电磁阀、地面补压孔板、单向阀以
及流量计。

[0027] 其中，过滤器安装于地面应急补压气体和地面补压电磁阀之间，对氦气气体进行杂质过滤，防止异物进入地面补压电磁阀后卡滞或者损坏电磁阀，同时防止对贮箱造成污
染。

[0028] 地面补压电磁阀受动力贮箱控制器的控制对地面应急补压气体进行调节。

[0029] 地面补压孔板用于控制调节补压气体流量。

[0030] 本申请实施例采用地面增压路与地面应急补压路并联连接，地面增压路提供的增压气体与地面应急补压路提供的应急补压气体最后通过一公共单向阀控制后输出至动力
贮箱。

[0031] 优选地，压力传感器采用多路压力传感器，动力贮箱传感器通过对多路压力传感器的压力参数进行判别以及稳值处理。

[0032] 优选地，地面增压路与所述地面应急补压路共用一套供配气系统和控制系统，且供配气路为主备冗余设计。

[0033] 优选地，主增压与辅助增压互为冗余。

[0034] 本申请实施例中，采用三路压力传感器对动力贮箱的气枕压力进行检测，压力传感器将三路压力参数反馈至动力贮箱控制器后，动力贮箱控制器对三路压力参数进行取二
优化，避免了仅一路传感器检测精度不够或者出现故障宕机的情况。

[0035] 采用本申请实施例中的动力系统试车地面增补压系统，由于增补压系统中将地面增压路与地面应急补压路设计为并联连接后输入气体至动力贮箱，大大简化了增补压系统
方案，增加了增补压系统的工作可靠性。

[0036] 实施例2

[0037] 图1中示出了根据本申请实施例的一种应用于动力系统试车地面增补压系统的增补压方法的流程图。

[0038] 如图1所示，本申请提供一种应用实施例1的动力系统试车地面增补压系统的增补压方法具体包括：

[0039] 步骤S10：动力系统正常工况下，通过常开的地面增压路对动力贮箱提供一定压力流量的地面增压气体至动力贮箱增压；

[0040] 步骤S20：通过压力传感器实时测量动力贮箱压力，并将压力信号发送至动力贮箱控制器；

[0041] 步骤S30：动力贮箱控制器对压力参数进行判别及稳值处理；具体为当压力参数低于下限值时，通过控制补压电磁阀对贮箱进行补压操作，地面应急补压路进入工作状态；当
压力参数高于上限值时，控制补压电磁阀停止对贮箱补压操作，地面应急补压路停止工作；
应急补压压力控制带的上限值和下限值根据发动机工作时间进行线性调节。

[0042] 实施例3

[0043] 图2中示出了根据本申请实施例的一种动力系统试车地面增补压系统的结构示意图。

[0044] 本实施例中，动力贮箱为氧化剂贮箱。

[0045] 如图2所示，地面应急补压路包括依次连接的第一过滤器8、第一地面补压电磁阀4、第一地面补压孔板5、第一流量计10以及第一单向阀9，补压气体依次通过地面补压入口
d、第一过滤器8、第一地面补压电磁阀4、第一地面补压孔板5、第一流量计10以及第一单向
阀9，地面应急补压气体与地面增压路中通过地面增压入口c输入的地面增压气体一起通过
一公共的第三单向阀3输入到氧化剂贮箱1。

[0046] 优选地，地面补压入口d与地面增压入口c共用一套供气系统，供气系统由多组23MPa高压氦气瓶组成，气瓶组内氦气经过截止阀、过滤器、集气柱等部件后供应至地面增
补压系统配气台，经配气台减压器减压至16MPa后供应至地面补压入口d与地面增压入口c。

[0047] 优选地，参见图2的氧化剂贮箱增补压系统，还包括自生增压路和器上气瓶补压路；

[0048] 器上气瓶补压路中，补压气体通过器上补压电磁阀11输入到氧化剂贮箱1，实现了运载器飞行过程中发动机工作初始段对氧化剂贮箱的补压操作；自生增压路中，自生增压
气体通过自生增压入口a输入氧化剂贮箱1，实现了系统内部产生气体增压的过程。

[0049] 优选地，氧化剂贮箱增补压系统中，通过地面增压路对氧化剂贮箱提供0g/s‑6g/s流量氦气；通过地面应急补压路对氧化剂贮箱提供0g/s‑29g/s流量氦气。

[0050] 氧化剂贮箱增补压系统还包括氧化剂贮箱控制器12及氧化剂贮箱压力传感器2，氧化剂贮箱压力传感器2用于测量氧化剂贮箱1压力信号并传送至氧化剂贮箱控制器12。氧
化剂贮箱控制器12根据氧化剂贮箱1压力实时控制第一地面补压电磁阀4和器上补压电磁
阀11来调节氧化剂贮箱1补压操作。

[0051] 另一方面，对图2氧化剂贮箱增补压系统工作原理的具体解释，氧化剂贮箱发射前地面采用常温氦气增压方案，运载器上采用开式自生增压方案，由于自生增压气体在发动
机起动初期升温较慢，流量易出现波动，因此在自生增压方案的基础上增加了液氧贮箱的
补压方案。

[0052] 优选地，氧化剂贮箱压力传感器2通过三个传感器测量贮箱气枕的压力，三路压力信号传送至GNC系统(guidancenavigation control system飞船制导、导航与控制分系统)
的氧化剂贮箱控制器12后，GNC系统对压力参数进行判别及稳值处理，并实现对增压电磁阀
的控制。

[0053] 本实施例的增补压系统采用常开式补压加应急控制增压，解决了地面动力系统试车时无飞行过载导致发动机推进剂入口压力无法满足工作要求的问题，同时满足了正常及
故障工况下的贮箱增压需求，确保动力系统试车顺利完成；另一方面，将地面应急补压路与
发射前地面增压路设计为并联形式，简化了系统方案，增加了工作可靠性。

[0054] 优选地，本申请实施例还进一步增加了应急补压电磁阀6及应急补压孔板7；

[0055] 地面补压气体通过地面补压入口d以及第一过滤器8后还通过应急补压电磁阀6及应急补压孔板7，应急补压电磁阀6及应急补压孔板7与第一地面补压电磁阀4及第一地面补
压孔板5并联，并联后连接至第一流量计10。氧化剂贮箱1控制器控制调节应急补压电磁阀
6。

[0056] 通过对增补压系统的地面应急补压路进一步优化，设置两路并联设计的补压电磁阀，可以设置不同的箱压控制带，降低了辅助补压路电磁阀的动作次数，在主补压路无法满
足增压需求或出现故障的情况下辅助补压路仍能保证地面应急补压操作顺利进行，增加了
工作可靠性以及系统的安全性。

[0057] 实施例4

[0058] 图3中示出了根据本申请实施例的另一种动力系统试车地面增补压系统的结构示意图。

[0059] 本实施例中，动力贮箱为氧化剂贮箱。

[0060] 如图3所示，地面应急补压路包括依次连接的第二过滤器27、减压阀13、第二地面补压电磁阀16、第二地面补压孔板17、第二流量计15以及第二单向阀14；补压气体依次通过
地面补压入口g、第二过滤器27、减压阀13、第二地面补压电磁阀16、第二补压孔板17、第二
流量计15以及第二单向阀14，地面应急补压气体与地面增压路中通过地面增压入口e输入
的地面增压气体一起通过一公共的第四单向阀18输入到氧化剂贮箱26。

[0061] 优选地，地面补压入口g与地面增压入口e共用一套供气系统。

[0062] 优选地，参见图3的燃料贮箱增补压系统，还包括气瓶增压的地面充气路，地面充气路包括依次连接的气瓶充气阀19、气瓶20、第三过滤器21以及增压电磁阀；增压气体通过
地面充气入口f、气瓶充气阀19、气瓶20、第三过滤器21及增压电磁阀输入到燃料贮箱26；其
中，优选地，增压电磁阀由主增压电磁阀22及辅增压电磁阀23并联构成。

[0063] 优选地，减压阀13的入口压力为23±6MPa，出口压力为2.5±0.3MPa。

[0064] 优选地，燃料贮箱增补压系统中，通过地面应急补压路对燃料贮箱提供0g/s‑20g/s流量氦气。

[0065] 燃料贮箱增补压系统还包括燃料贮箱控制器24及燃料贮箱压力传感器25，燃料贮箱压力传感器25用于测量燃料贮箱26压力并将压力信号传送至燃料贮箱控制器24，燃料贮
箱控制器24根据燃料贮箱压力实时控制增压电磁阀及第二地面补压电磁阀16来实现对燃
料贮箱26的增补压操作，通过第二地面补压电磁阀16实现对燃料贮箱的地面应急补压操
作。

[0066] 另一方面，对图3的燃料贮箱增补压系统工作原理具体解释，煤油贮箱在发射前地面采用常温氦气增压方案，运载器上采用常温氦气瓶增压方式。

[0067] 优选地，燃料贮箱压力传感器25通过三个传感器测量燃料贮箱贮箱气枕的压力，三路压力信号传送至GNC系统(guidancenavigation control system飞船制导、导航与控
制分系统)的燃料贮箱控制器24，GNC系统对压力参数进行判别及稳值处理，并实现对增压
电磁阀的控制。

[0068] 本实施例的动力系统试车地面增补压系统同时对氧化剂贮箱和燃料贮箱分别设置了应急补压系统，增加了系统冗余，提高了动力系统试车的可靠性，确保在运载器增压系
统在出现故障的情况下，通过地面应急补压系统仍可保证试车顺利完成。

[0069] 实施例5

[0070] 本实施例的动力系统试车地面增补压系统通过在地面试车时根据发动机的实际工作入口压力要求，通过增压计算来设计地面增补压系统方案，具体设定了以下方案。

[0071] 氧化剂贮箱增补压系统与燃料贮箱增补压系统中，常开地面增压路通过地面增压入口c和地面增压入口e分别对氧化剂贮箱1和燃料贮箱26提供0g/s‑6g/s流量氦气作为地
面增压。实现了对发动机氧化剂入口压力的补偿，满足了发动机正常工作要求。

[0072] 应急操作中，氧化剂贮箱增补压系统，应急补压气体通过应急补压入口d对氧化剂贮箱1提供0g/s‑29g/s流量氦气作为地面应急补压；燃料贮箱增补压系统中，通过应急补压
入口g对燃料贮箱26提供0g/s‑20g/s流量氦气作为地面应急补压路。通过分别设置氧化剂
贮箱和燃料贮箱地面应急补压路增加了系统冗余，提高了动力系统试车的可靠性，确保在
箭上增压系统出现故障的情况下，地面应急补压系统仍可保证试车顺利完成。

[0073] 本申请从动力系统试车的整个地面增补压系统入手，重点探讨系统总体方案，通过箭上增压正常状态与故障模式下的贮箱增压计算，提出了一种常开式补压加应急控制增
压的动力系统试车地面增补压系统。

[0074] 本发明提出的动力系统试车地面增补压系统，解决了航天运载器地面动力系统试车时无飞行过载导致发动机推进剂入口压力无法满足工作要求的问题，同时，为了确保试
验成功，对氧化剂贮箱和燃料贮箱分别设置了应急补压系统，增加了系统冗余。本发明中的
动力系统试车地面增补压系统方案简单可靠、通用性强，十分适用于以液体发动机为动力
的各类运载器和火箭。

[0075] 本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实
施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机
可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD‑ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产
品的形式。

[0076] 本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流
程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序
指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产
生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实
现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

[0077] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指
令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或
多个方框中指定的功能。

[0078] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或
其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一
个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

[0079] 尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优
选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

[0080] 显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围
之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。