邢力超 许 光 郑茂琦 徐珊珊 张立强

(1 北京宇航系统工程研究所 北京 100076)

(2 深低温技术研究北京市重点实验室 北京 100076)

1 引言

随着中国航天领域的不断发展,运载火箭的重型化及长期在轨能力需求不断增加,使得火箭增压系统需要携带的气量越来越大,传统的增压方式如冷氦增压、自生增压、常温气体增压方案已很难满足新的需求。超临界氦增压系统以低压状态贮存液氦,贮存密度约为常温氦气的8 倍,因而它具有系统结构紧凑、质量轻等优点,并且避免了高压贮存,增加了火箭的安全性。因此,超临界氦增压技术受到重型运载、深空探测型号的格外关注[1]。

液氦贮罐是超临界氦增压系统的核心部件,其内部贮存液氦,工作温度为4.2K,工作压力为2 MPa,因此液氦贮罐要具有高绝热、高强度和良好的振动环境适应性,还要尽可能的实现轻量化设计。高绝热性能保证了贮罐在液氦加注后的待发时间,决定其内部压力和温度上升所允许的范围;其高强度和良好的振动环境适应性说明了贮罐要具有良好的承受静态和动态载荷能力,保证在加注后及飞行振动环境下正常工作。由于液氦贮罐多采用高真空绝热结构,需要在真空外壳和贮存液氦的内壳间设置支撑结构。支撑结构要具有低漏热、高强度及抗振性,因此支撑结构设计是超临界氦贮罐设计的关键技术,本文拟对空间应用的液氦贮罐支撑结构进行介绍,设计重型运载火箭超临界氦贮罐内支撑结构形式,通过仿真分析手段验证内支撑结构方案的可行性。……