李 慧，孔德斌，朱曉驊

（1.上?？臻g推進(jìn)研究所，上海 201112；2.上海空間發(fā)動(dòng)機(jī)工程技術(shù)研究中心，上海 201112）

當(dāng)執(zhí)行航天發(fā)射任務(wù)時(shí)，應(yīng)對(duì)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)儲(chǔ)箱進(jìn)行加注，這勢(shì)必會(huì)用到大量液體推進(jìn)劑（氧化劑、燃料）。其中，氧化劑以四氧化二氮為主[1]，燃料以肼類（無(wú)水肼、一甲基肼、單推-3 和偏二甲肼等）為主[2]。它們均具有易燃、高毒、易爆的特性，會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染[3]，需要較大且潔凈度高的容器來(lái)盛放。

在對(duì)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)儲(chǔ)箱進(jìn)行加注前，需要對(duì)液體推進(jìn)劑加注容器進(jìn)行清洗及擦拭。過(guò)程中，加注容器中出液管的清洗及擦拭難度相對(duì)較大。由于出液管與容器法蘭焊接在一起，大容器的法蘭尺寸及重量都相對(duì)較大，因此不容易平衡放置進(jìn)行清洗。以體積為1 m3的加注容器為例，其出液管外徑為8～10 mm，內(nèi)徑為6～8 mm，壁厚為1 mm。傳統(tǒng)的清洗方式是將帶有出液管的法蘭放置于平面上，需要通過(guò)接入管路，將酒精從一端擠入出液管，進(jìn)行沖洗。法蘭一端較重，而另一端較輕，兩端不平衡造成傾斜，給清洗帶來(lái)困難。擦拭方式是先使用鐵絲捆綁住無(wú)塵布，然后將其插入出液管，進(jìn)行擦拭，以除去出液管內(nèi)壁上附著的多余物。過(guò)程中，由于結(jié)構(gòu)兩端的不平衡，導(dǎo)致擦拭難度增大[4]。

鑒于此，本文擬設(shè)計(jì)一種能使清洗及擦拭同時(shí)進(jìn)行的液體推進(jìn)劑加注容器中出液管的清潔裝置，以期提高清潔效率及清潔質(zhì)量。

1 問題分析

在用傳統(tǒng)的方式對(duì)液體推進(jìn)劑加注容器進(jìn)行清洗及擦拭時(shí)，存在著幾個(gè)問題。首先，出液管的清洗與擦拭分別進(jìn)行，清潔過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)。其次，在出液管與法蘭蓋交叉的位置（圖1），存在焊兩通與出液管的焊接點(diǎn)，在焊接點(diǎn)的位置留存著焊點(diǎn)。當(dāng)捆綁無(wú)塵布的鐵絲進(jìn)入出液管中時(shí)，焊點(diǎn)往往會(huì)掛住或鉤住鐵絲。此時(shí)，很難將無(wú)塵布從出液管中拔出。若強(qiáng)行硬拽鐵絲，不但無(wú)塵布易被撕裂，鐵絲也極有可能會(huì)被拉斷兩者均會(huì)滯留于出液管中。再次，帶有法蘭的出液管不容易平衡放置，給清洗及擦拭增加操作困難。

圖1 出液管與法蘭蓋焊接工藝示意圖

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 清潔桿的設(shè)計(jì)

通過(guò)優(yōu)化清潔桿的桿體結(jié)構(gòu)，達(dá)到清潔用無(wú)紡布安裝方便，綁扎固定用鐵絲的接頭毛刺部分不外露，解決容器內(nèi)清潔過(guò)程中存在的鉤掛等問題，提高清潔效率。清潔桿兩個(gè)不同方向的剖面圖分別如圖2、圖3 所示。

圖2 清潔桿一方向剖面圖

圖3 清潔桿另一方向剖面圖

清潔桿的桿體為圓柱形筒體結(jié)構(gòu)的圓管，桿體端部設(shè)置固定孔及容置槽。固定孔為沿桿體的徑向方向設(shè)置的通孔，用于綁扎用鐵絲等穿過(guò)。固定孔可容一根或多根綁扎用鐵絲穿過(guò)，其孔徑優(yōu)選為1～3 mm。容置槽與固定孔位于桿體的同一端，容置槽用于提供清潔用無(wú)紡布的部分容置空間。容置槽沿桿體的軸向方向設(shè)置，即自桿體的端面沿桿體的軸向方向向下延伸一定距離開設(shè)凹槽形成容置槽，其容置槽為延伸至桿體側(cè)壁而形成兩端具有開口的通槽。因?yàn)槿葜貌劬哂幸欢ǖ膶挾?，所以容置槽的開設(shè)使得圓柱形桿體的端部形成內(nèi)凹的凸臺(tái)結(jié)構(gòu)。容置槽的寬度和高度主要根據(jù)所需固定的無(wú)紡布而定。容置槽的寬度為1～3 mm，深度為10～20 mm。固定孔穿過(guò)容置槽，兩者可為正交方式，也可為斜交方式。

桿體端部固定無(wú)紡布的過(guò)程是將經(jīng)特殊處理過(guò)的無(wú)紡布中間部分置入容置槽內(nèi)，將綁扎用鐵絲的一端從固定孔的一端穿入，經(jīng)容置槽時(shí)穿過(guò)無(wú)紡布，之后從固定孔的另一端穿出，細(xì)鐵絲兩端交叉擰緊后，將無(wú)紡布固定于桿體的端部。

由于固定孔與容置槽的配合，綁扎用鐵絲對(duì)無(wú)紡布進(jìn)行固定后，兩端交叉擰緊的接頭毛刺部分置于因開設(shè)容置槽而在桿體的端部形成的內(nèi)凹部分，使得接頭毛刺部分位于桿體的外周面以內(nèi)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中綁扎用鐵絲接頭毛刺部分位于桿體外周面以外而導(dǎo)致的與出液管內(nèi)焊點(diǎn)等突出物的鉤掛問題。當(dāng)然，若其鐵絲擰緊后的接頭毛刺部分較小時(shí)，也可容置于固定孔處。因桿體為圓柱體，開設(shè)固定孔后，其桿體端部的外周面上也會(huì)形成一定的凹陷部，其凹陷部可容置較小的接頭毛刺部分。

在容置槽開設(shè)后，圓柱形的桿體端部形成凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，其凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的內(nèi)凹量還可根據(jù)實(shí)際情況加大，滿足接頭毛刺容置的要求。容置槽為沿桿體的中軸線向兩側(cè)延伸一定寬度形成的位于桿體中間的凹槽，其固定孔從容置槽的中間穿過(guò)。

2.2 容置槽結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及固定孔的設(shè)置

桿體端部的容置槽的結(jié)構(gòu)可為矩形槽、弧形槽或梯形槽中的一種。當(dāng)容置槽為矩形槽時(shí)，開設(shè)方便，工藝簡(jiǎn)單。當(dāng)容置槽為弧形槽時(shí)，清潔用無(wú)紡布放置于弧形凹槽后，因弧形凹面而受到一定的彎曲預(yù)應(yīng)力，特別適用于桿體旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的清潔作業(yè)。當(dāng)容置槽為梯形槽時(shí)，可于桿體端部形成有更多容置空間的凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，使得綁扎固定用鐵絲的接頭毛刺方便地容置于內(nèi)。

桿體的端部能設(shè)置多條容置槽。多條容置槽可平行設(shè)置，也可交叉設(shè)置。結(jié)構(gòu)形狀可相同，也可不同，如可為矩形與弧形兩種結(jié)構(gòu)形成十字交叉設(shè)置。

當(dāng)有多條容置槽時(shí)，無(wú)論平行設(shè)置，還是交叉設(shè)置，無(wú)紡布均可用一定的方式纏繞包覆于桿體端部之外，鐵絲通過(guò)固定孔對(duì)無(wú)紡布進(jìn)行固定，進(jìn)一步提高固定效果。特別是多條容置槽形成十字交叉結(jié)構(gòu)時(shí)，無(wú)紡布就可通過(guò)套設(shè)的方式連接于桿體的端部，鐵絲通過(guò)固定孔對(duì)無(wú)紡布進(jìn)行固定，安裝方便，固定牢固。

設(shè)置于桿體端部的固定孔可有多個(gè)。多個(gè)固定孔成排或者成列設(shè)置。多個(gè)固定孔也可構(gòu)成一定形狀，如簡(jiǎn)單的三角形，也可為不規(guī)則形狀。綁扎用鐵絲綁扎無(wú)紡布時(shí)，可進(jìn)出穿插多次，也可沿軸向多道綁扎，提高對(duì)無(wú)紡布的固定效果。

2.3 液體推進(jìn)劑加注容器中出液管清潔裝置的研制

液體推進(jìn)劑加注容器中出液管清潔裝置的整體結(jié)構(gòu)如圖4 所示。該裝置中除了清潔桿，還包括無(wú)紡布、法蘭、移動(dòng)裝置、儲(chǔ)液器、輸送管和回收容器等。無(wú)紡布通過(guò)容置槽和固定孔固定于桿體的端部。法蘭連接于移動(dòng)裝置上，用于固定待清潔出液管，其移動(dòng)裝置可為移動(dòng)小車等。儲(chǔ)液器儲(chǔ)存清洗液，儲(chǔ)液器通過(guò)輸送管與無(wú)紡布連通。具體地，桿體為腔體結(jié)構(gòu)，輸送管一端連通儲(chǔ)液器，另一端進(jìn)入桿體的腔體內(nèi)與無(wú)紡布連通。輸送管為金屬軟管，可利用壓力等手段將儲(chǔ)液器內(nèi)的清洗液通過(guò)輸送管輸送到無(wú)紡布上。

圖4 液體推進(jìn)劑加注容器中出液管的清潔裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖

調(diào)整桿體的角度，使桿體與待清潔的出液管保持平行，將固定有無(wú)紡布的桿體端部伸入待清潔的出液管內(nèi)，驅(qū)動(dòng)移動(dòng)裝置帶動(dòng)法蘭移動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)出液管做軸線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，桿體端部固定的無(wú)紡布對(duì)出液管內(nèi)管壁進(jìn)行清潔。同時(shí)，利用壓力等手段將儲(chǔ)液器內(nèi)的清洗液通過(guò)輸送管擠壓到無(wú)紡布上，實(shí)現(xiàn)清洗及擦拭兩步驟同時(shí)進(jìn)行，使得原本清洗與擦拭分開的步驟合并為一個(gè)步驟，減少了清潔工序，提高了清潔效率。

此外，在移動(dòng)裝置上設(shè)置有回收容器。法蘭將待清潔出液管固定后，回收容器位于待清潔出液管的端部，用于回收從出液管流出的清洗液，節(jié)能環(huán)保。

3 實(shí)際使用效果

清潔桿上設(shè)置固定孔與容置槽，綁扎用鐵絲對(duì)無(wú)紡布進(jìn)行固定后兩端交叉擰緊的接頭毛刺部分置于桿體端部的內(nèi)凹部分，解決了現(xiàn)有技術(shù)中綁扎用鐵絲接頭毛刺部分位于桿體外周面以外而導(dǎo)致與出液管內(nèi)的焊點(diǎn)等突出物的鉤掛問題。通過(guò)對(duì)容置槽結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及固定孔的設(shè)置進(jìn)一步提高了清潔效率。研制出的液體推進(jìn)劑加注容器中出液管的清潔裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠使清洗及擦拭同時(shí)進(jìn)行。

4 結(jié)論

液體推進(jìn)劑加注容器中出液管的清潔裝置由清潔桿、無(wú)紡布、法蘭、移動(dòng)裝置、儲(chǔ)液器、輸送管和回收容器等組成。清潔桿上設(shè)置固定孔與容置槽，綁扎用鐵絲對(duì)無(wú)紡布進(jìn)行固定后兩端交叉擰緊的接頭毛刺部分置于桿體端部的內(nèi)凹部分，解決了現(xiàn)有技術(shù)中綁扎鐵絲接頭毛刺部分位于桿體外周面以外而導(dǎo)致與出液管內(nèi)的焊點(diǎn)等突出物的鉤掛問題。設(shè)計(jì)的液體推進(jìn)劑加注容器中出液管的清潔裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可減少清潔工序，提高清潔效率。該裝置適用于航天器發(fā)動(dòng)機(jī)清潔技術(shù)領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。