Con lo sviluppo della capacità di carico dei razzi criogenici, aumenta anche il fabbisogno di portata di riempimento del propellente. Le tubazioni per il trasporto di fluidi criogenici sono un'apparecchiatura indispensabile nel settore aerospaziale, utilizzata nei sistemi di riempimento di propellente criogenico. Nelle tubazioni per il trasporto di fluidi a bassa temperatura, i tubi flessibili per vuoto a bassa temperatura, grazie alla loro buona tenuta, resistenza alla pressione e flessibilità, possono compensare e assorbire le variazioni di spostamento causate dalla dilatazione termica o dalla contrazione da freddo dovuta alle variazioni di temperatura, compensare le deviazioni di installazione della tubazione e ridurre vibrazioni e rumore, diventando un elemento essenziale per il trasporto di fluidi nei sistemi di riempimento a bassa temperatura. Per adattarsi alle variazioni di posizione causate dal movimento di aggancio e sgancio del connettore di riempimento del propellente nel piccolo spazio della torre di protezione, la tubazione progettata deve possedere una certa flessibilità sia in direzione trasversale che longitudinale.

Il nuovo tubo flessibile per vuoto criogenico aumenta il diametro di progetto, migliora la capacità di trasferimento del fluido criogenico e offre una flessibilità adattabile sia in direzione laterale che longitudinale.

Progettazione strutturale complessiva del tubo flessibile per vuoto criogenico

In base ai requisiti di utilizzo e all'ambiente di nebbia salina, il materiale metallico 06Cr19Ni10 è stato scelto come materiale principale della tubazione. L'assemblaggio della tubazione è costituito da due strati di corpi tubolari, un corpo interno e un corpo esterno a rete, collegati da un gomito a 90° al centro. Sulla superficie esterna del corpo interno sono avvolti alternativamente fogli di alluminio e tessuto non alcalino per realizzare lo strato isolante. Diversi anelli di supporto in PTFE sono posizionati all'esterno dello strato isolante per impedire il contatto diretto tra i tubi interno ed esterno e migliorare le prestazioni di isolamento. Le due estremità del giunto, in base ai requisiti di connessione, sono progettate con una struttura di accoppiamento per giunti adiabatici di grande diametro. Una scatola di adsorbimento riempita con setaccio molecolare 5A è disposta nel sandwich formato dai due strati di tubi per garantire che la tubazione abbia un buon grado di vuoto e una durata del vuoto a temperature criogeniche. Un tappo di tenuta viene utilizzato per l'interfaccia del processo di vuoto del sandwich.

Materiale dello strato isolante

Lo strato isolante è composto da più strati di schermo riflettente e strato distanziatore avvolti alternativamente sulla parete adiabatica. La funzione principale dello schermo riflettente è quella di isolare il trasferimento di calore per irraggiamento esterno. Lo strato distanziatore impedisce il contatto diretto con lo schermo riflettente e funge da ritardante di fiamma e isolante termico. I materiali dello schermo riflettente includono fogli di alluminio, film di poliestere alluminizzato, ecc., mentre i materiali dello strato distanziatore includono carta in fibra di vetro non alcalina, tessuto in fibra di vetro non alcalina, tessuto di nylon, carta adiabatica, ecc.

Nel progetto, il foglio di alluminio è stato scelto come strato isolante e come schermo riflettente, mentre il tessuto in fibra di vetro non alcalino è stato utilizzato come strato distanziatore.

Adsorbente e scatola di adsorbimento

L'adsorbente è una sostanza con struttura microporosa, la cui superficie di adsorbimento per unità di massa è ampia e che, grazie alla forza molecolare, attrae le molecole di gas verso la sua superficie. L'adsorbente nel tubo criogenico a sandwich svolge un ruolo importante nel raggiungimento e nel mantenimento del grado di vuoto all'interno del tubo stesso. Gli adsorbenti comunemente utilizzati sono il setaccio molecolare 5A e il carbone attivo. In condizioni di vuoto e criogeniche, il setaccio molecolare 5A e il carbone attivo presentano una capacità di adsorbimento simile per N2, O2, Ar2, H2 e altri gas comuni. Il carbone attivo tende a desorbire l'acqua quando si crea il vuoto nel tubo a sandwich, ma si incendia facilmente in presenza di O2. Pertanto, il carbone attivo non viene utilizzato come adsorbente per le tubazioni che trasportano ossigeno liquido.

Il setaccio molecolare 5A è stato selezionato come adsorbente a sandwich nello schema di progettazione.