一种集成式空间应用氮气供应分配控制装置
技术领域
本发明涉及航天气动系统技术相关领域，具体涉及一种集成式空间应用氮气供应分配控制装置。
背景技术
空间实验室和空间站一直是航天大国竞相研究的热点。我国已于2011年9月发射天宫一号目标飞行器，其主要任务之一是开展空间实验，建立能够长期无人独立可靠运行的空间实验平台；后期还发射天宫二号，开展相关实验。中国空间站，其功能是为在低地球轨道进行工程实验、微重力环境下的生命研究以及为自然科学研究提供安全适宜的环境，其目标是建成一个世界级、国际化的轨道实验室，以进行高价值的科学实验、提供微重力环境、研发在太空中长时间生活和工作的能力以及为研究探测宇宙的先进技术提供实验平台。由此可见，不管是空间实验室还是空间站，其目的都是进行空间实验，发展先进空间科学技术。
从我国空间科学实验研究的发展需求及长期战略计划考虑，空间科学实验必须突破传统单一化实验装置设计模式，设计多用途的空间科学实验载体和平台，且出于统筹角度考虑，对实验载体的各种资源进行统一布局和分配。应用系统为实验舱I、实验舱II密封舱内有氮气需求的科学载荷统一提供氮气资源，简化相关载荷的系统设计；统筹优化应用氮气资源的上行、存储、供应。
其中如何设计安全可靠的氮气供应分配装置和如何按照科学实验装置的需求稳定高效地供应氮气是需要解决的关键问题，同时需要考虑整个系统以及装置的可靠性、可维修性、安全性以及尽可能少地占用空间站及科学载荷资源。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种集成式空间应用氮气供应分配控制装置。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种集成式空间应用氮气供应分配控制装置，其特征在于，包括主机箱、第一检测装置、第二检测装置和电控盒，所述电控盒、第一检测装置和第二检测装置分别安装在所述主机箱内，所述主机箱的侧壁上设有一个气路入口和多个气路出口，所述主机箱内设有一条总气路和多条主气路，一条所述总气路分别连接所述气路入口和多条主气路，并将总路气体分成多路后一一对应的流入到多条主气路中，多条主气路分别一一对应的连接在多个气路出口处；
所述第一检测装置安装在所述气路入口处并用于检测总气路中气体的第一状态参数，并发送至所述电控盒；所述第二检测装置用于检测多条主气路的第二状态参数，并发送至电控盒；所述电控盒用于根据所述第一状态参数和第二状态参数控制主气路的通断。
本发明的有益效果是：本发明利用电控盒为主机箱内各个模块统一进行供电，并根据检测装置的数据，判断装置是否正常工作，并根据解析后的指令要求，完成对主气路的通断控制。设置多个主气路，即使一条主气路出现问题，也不影响其他主气路的正常使用。本发明能够实现对氮气供应的集中供应，集中监测，集中式设计，相对于各个功能组件在空间站实验舱内分布放置，更有利于装置安装、更换、维修，因此，可保证更长工作寿命，能够满足空间实验进行。同时便于系统内管路的布局及走向；除此之外，集中设计、简化管路系统；节省管路长度及重量，更减少了供应系统成本。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述第一检测装置包括第一压力传感器或/和温度传感器或/和流量传感器，用于检测总气路中气体的第一压力值或/和温度值或/和流量值并发送至电控盒；
所述第二检测装置包括第二压力传感器，用于检测多条主气路中的第二压力值并发送至电控盒；
所述电控盒用于当第一压力值或/和温度值或/和流量值在第一设定范围内，且多条主气路中存在第二压力值在第二设定范围内的主气路时，控制第二压力值在第二设定范围内的主气路开通，控制其他主气路断开。
采用上述进一步方案的有益效果是：在总气路中设置压力传感器、温度传感器和流量传感器，能够实时监测总气路中的氮气输入压力、温度和流量参数，在主气路中设置压力传感器，能够实时监测各个主气路的压力参数；通过这些参数分析，可保证氮气分配的安全可靠性，保证舱内实验的正常顺利进行；而且即使有一路主气路出现问题，也不影响其他主气路的正常使用。
进一步，每条所述主气路上均设有第二压力传感器和截止阀，所述截止阀与所述电控盒连接，所述电控盒通过控制截止阀的启闭来控制对应主气路的通断。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过压力传感器和截止阀配合，能够实现对应主气路的快速通断。
进一步，所述第一设定范围包括第一预设压力范围或/和预设温度范围或/和预设流量范围；
所述第二设定范围包括第二预设压力范围。
进一步，所述总气路上还设有安全阀。
进一步，所述总气路上设有单向阀。
采用上述进一步方案的有益效果是：单向阀的设置避免氮气回流。
进一步，所述主机箱外部底板四周设有若干安装凸耳，所述安装凸耳棱角处采用倒圆角处理，所述安装凸耳上设有松不脱螺钉。
采用上述进一步方案的有益效果是：安装凸耳结构保证了安装强度，倒圆角处理，满足了人机功效和在轨更换的要求。另外，在安装凸耳上设置松不脱螺钉，便于航天员在轨拆装、维修和更换，从而可满足在轨15年寿命要求。
进一步，所述底板两端各设有三个安装凸耳。
进一步，所述气路出口处安装有与舱内实验柜管路连接的DN4自密封快速断接器。
采用上述进一步方案的有益效果是：DN4自密封快速断接器是气路出口处比较关键的部件；快速断接器是便于航天员在轨拆装连接的管路，从而便于实现对整个装置的在轨拆装、维修和更换，实现功能及寿命要求；其次，自密封能够确保快速断接器拆装时，内部有压力(0.6MPa)，氮气不会泄露，下游管路内氮气也不会泄露在实验舱内，实现气体的密封。否则，一旦泄露到实验舱内了，则会导致实验舱内气体压力变化以及氧气浓度变化，影响航天员生存环境。
进一步，所述气路入口处与氮瓶采用DN4金属波纹软管进行连接。
附图说明
图1为本发明的主视结构示意图；
图2为本发明主机箱内部结构示意图；
图3为本发明控制装置的原理图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、主机箱；2、电控盒；3、总气路；4、主气路；5、第一压力传感器；6、温度传感器；7、流量传感器；8、第二压力传感器；9、截止阀；10、安全阀；11、单向阀；12、气路入口；13、气路出口；14、安装凸耳。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1-图3所示，本实施例的一种集成式空间应用氮气供应分配控制装置，包括主机箱1、第一检测装置、第二检测装置和电控盒2，所述电控盒2、第一检测装置和第二检测装置分别安装在所述主机箱1内，所述主机箱1的侧壁上设有一个气路入口12和多个气路出口13，所述主机箱1内设有一条总气路3和多条主气路4，一条所述总气路3分别连接所述气路入口12和多条主气路4，并将总路气体分成多路后一一对应的流入到多条主气路4中，多条主气路4分别一一对应的连接在多个气路出口13处；
所述第一检测装置安装在所述气路入口12处并用于检测总气路3中气体的第一状态参数，并发送至所述电控盒2；所述第二检测装置用于检测多条主气路4的第二状态参数，并发送至电控盒2；所述电控盒2用于根据所述第一状态参数和第二状态参数控制主气路4的通断。
本实施例的利用电控盒为主机箱内各个模块统一进行供电，并根据检测装置的数据，判断装置是否正常工作，并根据解析后的指令要求，完成对主气路的通断控制。设置多个主气路，即使一条主气路出现问题，也不影响其他主气路的正常使用。本实施例能够实现对氮气供应的集中供应，集中监测，集中式设计，相对于各个功能组件在空间站实验舱内分布放置，更有利于装置安装、更换、维修，因此，可保证更长工作寿命，能够满足空间实验进行。同时便于系统内管路的布局及走向；除此之外，集中设计、简化管路系统；节省管路长度及重量，更减少了供应系统成本。
如图2和图3所示，所述第一检测装置包括第一压力传感器5或/和温度传感器6或/和流量传感器7，用于检测总气路3中气体的第一压力值或/和温度值或/和流量值并发送至电控盒2；所述第二检测装置包括第二压力传感器8，用于检测多条主气路4中的第二压力值并发送至电控盒2；所述电控盒2用于当第一压力值或/和温度值或/和流量值在第一设定范围内，且多条主气路4中存在第二压力值在第二设定范围内的主气路时，控制第二压力值在第二设定范围内的主气路4开通，控制其他主气路4断开。在总气路中设置压力传感器、温度传感器和流量传感器，能够实时监测总气路中的氮气输入压力、温度和流量参数，在主气路中设置压力传感器，能够实时监测各个主气路的压力参数；通过这些参数分析，可保证氮气分配的安全可靠性，保证舱内实验的正常顺利进行；而且即使有一路主气路出现问题，也不影响其他主气路的正常使用。
如图2和图3所示，每条所述主气路4上均设有第二压力传感器8和截止阀9，所述截止阀9与所述电控盒2连接，所述电控盒2通过控制截止阀9的启闭来控制对应主气路4的通断。通过压力传感器和截止阀配合，能够实现对应主气路的快速通断。
本实施例的一个具体方案为，所述第一设定范围包括第一预设压力范围或/和预设温度范围或/和预设流量范围；所述第二设定范围包括第二预设压力范围。
如图2和图3所示，本实施的一个优选方案为，所述总气路3上还设有安全阀10。所述总气路3上设有单向阀11。单向阀的设置避免氮气回流。
其中，如图1和图2所示，所述主机箱1外部底板四周设有若干安装凸耳14，所述安装凸耳14棱角处采用倒圆角处理，所述安装凸耳14上设有松不脱螺钉。安装凸耳结构保证了安装强度，倒圆角处理，满足了人机功效和在轨更换的要求。另外，在安装凸耳上设置松不脱螺钉，便于航天员在轨拆装、维修和更换，从而可满足在轨15年寿命要求。
具体的，如图1和图2所示，所述底板两端各设有三个安装凸耳。
本实施例的一个优选方案为，所述气路出口13处安装有与舱内实验柜管路连接的DN4自密封快速断接器。所述气路入口12处与氮瓶采用DN4金属波纹软管进行连接。
其中，本实施例的一个具体方案为，本实施例的主气路有两条，每个主气路上都有一个截止阀和一个第二压力传感器。而且每个主气路也可以分成多个支路，最终可将气体输送到支路连接的实验柜中。例如两条主气路分为五个支路(舱Ⅱ七个支路)，其中第一个主气路分为三个支路(舱Ⅱ四个支路)，第二个主气路分为两个支路(舱Ⅱ三个支路)，每个主气路通过其上的截止阀控制其通断。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
