Mit der Entwicklung der Transportkapazität kryogener Raketen steigen auch die Anforderungen an die Durchflussrate der Treibstoffbefüllung. Rohrleitungen für den Transport kryogener Flüssigkeiten sind in der Luft- und Raumfahrt unverzichtbar und werden in Befüllsystemen für kryogene Treibstoffe verwendet. In Rohrleitungen für den Transport von Niedertemperaturflüssigkeiten kann der Niedertemperatur-Vakuumschlauch aufgrund seiner guten Abdichtung, Druckbeständigkeit und Biegefestigkeit die durch Wärmeausdehnung oder Kältekontraktion infolge von Temperaturschwankungen verursachte Verschiebungsänderung ausgleichen und absorbieren, Installationsabweichungen der Rohrleitung ausgleichen sowie Vibrationen und Lärm reduzieren und wird so zu einem wesentlichen Element der Flüssigkeitsförderung im Niedertemperatur-Befüllsystem. Um sich an die Positionsänderungen anzupassen, die durch das An- und Ablegen des Treibstoffbefüllanschlusses im kleinen Raum des Schutzturms verursacht werden, sollte die entworfene Rohrleitung eine gewisse Flexibilität in Quer- und Längsrichtung aufweisen.

Der neue kryogene Vakuumschlauch hat einen größeren Durchmesser, verbessert die Übertragungskapazität für kryogene Flüssigkeiten und ist sowohl in Quer- als auch in Längsrichtung flexibel anpassbar.

Gesamtstrukturdesign des kryogenen Vakuumschlauchs

Je nach Nutzungsanforderungen und Salzsprühumgebung wird das Metall 06Cr19Ni10 als Hauptmaterial der Rohrleitung ausgewählt. Die Rohranordnung besteht aus zwei Lagen von Rohrkörpern, dem Innenkörper und dem Außennetzkörper, die in der Mitte durch einen 90°-Kniestück verbunden sind. Aluminiumfolie und alkalifreies Gewebe werden abwechselnd auf die Außenfläche des Innenkörpers gewickelt, um die Isolierschicht zu bilden. Außerhalb der Isolierschicht werden mehrere PTFE-Schlauchstützringe angebracht, um direkten Kontakt zwischen den Innen- und Außenrohren zu verhindern und die Isolierleistung zu verbessern. Die beiden Enden der Verbindung werden gemäß den Verbindungsanforderungen mit der passenden Struktur der adiabatischen Verbindung mit großem Durchmesser entworfen. Eine mit 5A-Molekularsieb gefüllte Adsorptionsbox wird in dem Sandwich zwischen den beiden Rohrlagen angeordnet, um sicherzustellen, dass die Rohrleitung bei kryogenen Bedingungen einen guten Vakuumgrad und eine gute Vakuumlebensdauer aufweist. Der Verschlussstopfen wird für die Sandwich-Vakuumprozessschnittstelle verwendet.

Isolierschichtmaterial

Die Isolationsschicht besteht aus mehreren Lagen Reflexionsschirm und Abstandshalter, die abwechselnd auf die adiabatische Wand gewickelt sind. Die Hauptfunktion des Reflexionsschirms besteht darin, die Wärmeübertragung durch externe Strahlung zu isolieren. Der Abstandshalter verhindert den direkten Kontakt mit dem Reflexionsschirm und wirkt flammhemmend und wärmedämmend. Zu den Materialien des Reflexionsschirms gehören Aluminiumfolie, aluminisierte Polyesterfolie usw., und zu den Materialien der Abstandshalterschicht gehören alkalifreies Glasfaserpapier, alkalifreies Glasfasergewebe, Nylongewebe, adiabatisches Papier usw.

Im Entwurfsschema wird Aluminiumfolie als Isolierschicht für den Reflektorschirm und alkalifreies Glasfasergewebe als Abstandsschicht ausgewählt.

Adsorbent und Adsorptionsbox

Ein Adsorbent ist eine Substanz mit mikroporöser Struktur und einer großen Adsorptionsoberfläche. Durch Molekularkräfte zieht es Gasmoleküle an die Oberfläche des Adsorbens. Das Adsorbent im Sandwich der kryogenen Leitung spielt eine wichtige Rolle bei der Erzielung und Aufrechterhaltung des Vakuums im Sandwich unter kryogenen Bedingungen. Üblicherweise verwendete Adsorbentien sind 5A-Molekularsieb und Aktivkohle. Unter Vakuum- und kryogenen Bedingungen haben 5A-Molekularsieb und Aktivkohle eine ähnliche Adsorptionskapazität für N2, O2, Ar2, H2 und andere gängige Gase. Aktivkohle desorbiert beim Vakuumieren im Sandwich leicht Wasser, verbrennt aber leicht bei O2. Aktivkohle wird nicht als Adsorbent für Flüssigsauerstoffleitungen verwendet.

Im Konstruktionsschema wurde als Sandwich-Adsorbens das Molekularsieb 5A ausgewählt.