推進劑利用系統是指液體火箭中用以保證氧化劑和燃料同時耗盡的自動控制系統。
基本介紹
- 中文名：推進劑利用系統
- 類型：自動控制系統
- 降低：飛行器的運載能力
- 利用：對氧化劑和燃料實際耗量的測量
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介紹
對雙組元推進劑運載工具來說，為了最大限度地利用推進劑的能量，增加有效載荷的能力，人們希望在飛行主動段終了時，儘量減少推進劑的剩餘量，常常採用推進劑利用系統。這對運載工具上面級來說，更為重要。所謂推進劑利用系統，就是在飛行主動段中，通過改變混合比的方式，控制貯箱中的兩組元在飛行主動段終了時，儘可能同時耗盡的一種系統。國外很多上面級的主推進系統都採用了推進劑利用系統，從而大大增加了運載工具有效載荷的能力。
推進劑利用系統比較複雜，如果設計不合理，便會對其工作可靠性帶來不良影響。因此，在選擇採用推進劑利用系統時，必須對混合比控制方法、控制活門的設計、感測器及電氣控制元件的選擇進行嚴格的論證。
液體火箭中用以保證氧化劑和燃料同時耗盡的自動控制系統。在液體火箭的飛行過程中，發動機的兩種推進劑組元的混合比相對於額定值存在一定的偏差，致使兩推進劑貯箱不能同時排空。
功能
在發動機關機時推進劑貯箱內會剩餘一部分氧化劑或燃料，成為無用載荷，降低了飛行器的運載能力。推進劑利用系統通過對氧化劑和燃料實際耗量的測量和反饋,自動控制兩組元的流量,使氧化劑和燃料同時耗盡。推進劑利用系統由液位感測器、計算機和活門 3部分組成閉環控制系統。液位感測器分別安裝在兩種推進劑組元的貯箱內，隨時測定氧化劑和燃料的實際耗量，把測得的數據傳送給計算機，算出實際混合比值與參考值之間的偏差，發出相應的修正控制信號控制執行機構，改變推進劑利用活門的開啟度，調節兩種推進劑組元的流量和混合比（見液體火箭發動機控制）。
國外套用
宇宙神（Atlas）主發動機推進劑利用系統
宇宙神運載器是美國較早的運載器。現在使用的發動機MA-5一是由一台助推發動機、一台主發動機、二台遊動發動機組成。它們所用的推進劑為LO2+RP-1。為使兩種推進劑基本上同時耗盡，在主發動機系統上採用了推進劑利用系統。
由於採用了推進劑利用系統，使推進劑剩餘量大為減少。發射實用技術衛星ATS-1遙測數據表明，燃料液位感測器在主機關機前5秒時露出，氧化劑在關機前6秒露出，根據計算，在關機時，液氧剩餘226.3公斤，煤油剩餘138.8公斤，如果飛行器繼續再工作2.7秒的話，則氧化劑耗盡，燃料只剩下32.2公斤。
半人馬座
半人馬座RL10發動機是美國第一台液氫液氧火箭發動機，推力為6.8噸，它經過多次改型，現在使用的發動機RL10A-3-3是一種膨脹循環的泵式發動機，該發動機從兩個方面進行調節，既訶節推力又調節混合比。通過裝在每個貯箱中的電容式液位感測器，在主動飛行段連續不斷地把貯箱中剩下的氧化劑量和燃燒劑量在一個電橋式平衡電路中進行比較，如果與所希望的值發生了偏「差，就可產生誤差信號，信號經放大，通過電動伺服馬達和伺服定位器控制氧化劑管路上的推進劑利用活門的開度來控制發動機所消耗的推進劑比例，以保證推進劑剩餘量最小。該系統一直工作到關車前25秒，這是因為液位感測器沒有一直延伸到貯箱的底部，當液位消耗到低於感測器底部時，控制系統就失效了。
J-2發動機推進劑利用系統
發動機是美國除太空梭以外推方最大的液氫一液氧泵式火箭發動機，它用於土星1B第二級和土星V運載火箭第二級和第三級。這兩種運載火箭使用的J-2發動機上均採用了推進劑利用系統，該系統1964年3月試驗獲得成功，經過多次飛行試驗的考驗，證明它是可靠而有效的。J-2的推進劑利用系統是通過調節液氧泵後到泵前的回流管上的利用系統活門實現的，利用系統活門位於氧化劑泵的出口蝸殼上。
阿波羅勤務艙推進系統
阿波羅勤務艙推進系統是可貯存液體火箭發動機，它用作阿波羅飛船勤務的艙動力裝置，發動機的牌號為AJ10-137，採用擠壓式系統，推力為9300公斤，在勤務艙推進系統中，也採用了推進劑利用系統。阿波羅勤務艙推進劑利用和測量系統由推進劑主液位感測器和輔助液位感測器、電控組件、氧化劑流量控制活門以及顯示屏等組成。此系統通過檢測發動機工作過程中貯箱內推進劑的液位，由太空人人工地把推進劑調到所需的混合比，以控制氧化劑和燃料同時消耗。主液位感測器是軸向安裝在每個貯箱中的圓柱電容液位感測器，輔助液位感測器是阻抗型點液位感測器。氧化劑流量是由電機帶動的有備份的雙葉活門來控制的；電控組件用於計算各貯箱內的總推進劑量、推進劑不平衡量以及燃料和氧化劑的比，電控組件不斷地比較由主要和輔助液位感測器標定出推進劑總量，為顯示屏提供飛船上所需的輸出指示。
由於採用了推進劑利用系統，使推進劑的剩餘量大大減少，從而使有效載荷大大地增加。特別是最上面級好處更大，剩餘量減少1公斤，有效載荷可約增加1公斤。因此，採用推進劑利用系統是提高運載能力的有效措施之一。
