[发明专利]一种基于双组元微型化学推进阵列装置

说明书

技术领域

本发明属于航空航天微推进技术领域，涉及MEMS技术(微电子机械技术)和常规火箭双组元推进装置。

背景技术

MEMS技术(微电子机械技术)是一个新型的高科技发展领域，是利用微芯片工艺技术制造的微小型机械装置或部件，集成了微机械系统，微传感器，微执行器，控制电路和信号处理电路等器件和系统；同时MEMS技术在航天领域的发展也得到了广泛的应用，其中与动力系统技术的结合极大的推动了现代火箭、卫星的小型化、微型化趋势。MEMS微推进技术结合MEMS技术和传统的火箭动力推进技术而发展起来，作为一个全新的技术领域受到人们越来越多的关注。

如今，国内外已经设计制造了多种类型的微推进系统，包括微型冷气推进器、微电推进器、微激光推进器和微化学推进器等。

由于结构尺寸微型化的限制，使得微推进器在原理设计及加工制作时遇到了很多的困难。如微冷气推进器，由于它是利用推进剂贮箱中气体自身的压强产生推力，所以自身推力低，比冲小，并且由于工作原理和结构限制，导致系统集成程度低，不适合批量生产。微电推进器和微激光推进器工作原理复杂，涉及电、燃烧和光等多个学科领域，技术难度高，推质比低。

目前，微化学推进器包括固体和液体两种。其中，固体微化学推进器凭借较高的集成程度、可阵列分布、工作稳定等优势，已经较多的应用于纳卫星或皮卫星的动力系统中，但固体微化学推进器的最大缺点是每个阵列的推进单元只能利用一次，无法二次利用，并且工作时间短，总冲低，推力小，工作效率低，很难实现多次启动和推力的实时精确调节。而液体微化学推进器大多采用了微阀、微泵等微型运动部件，这使得结构复杂，加工难度大，系统工作可靠性低。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，通过将现有的固体和液体微化学推进器结构上的优点相结合，提出一种新型结构的液体双组元微化学推进阵列。既解决了现有液体微化学推进器工作原理复杂、加工制造工艺要求高和工作可靠性低等问题，又可以简单实现二次点火和推力的实时调节，并保留了已有固体微推进系统可阵列分布、集成程度高等优点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于双组元微型化学推进阵列装置，它由很多个推进单元结构组成，其中每个推进单元结构，包括：由四个微推进阵列机体片，两个定压贮箱，两条推进剂管路，两个控制微阀，两个过滤器和两个节流器，一个燃烧室-喷管组合，两个推进剂贮箱中的气液柔性分隔板，两个燃烧室冷却通道，十个推进剂喷嘴，一个寻址/控制电路及一个电子控制单元组成。

上述各组成部件的作用及相互间的连接关系如下：

所述定压贮箱分别贮存液体燃料和氧化剂，其箱内压力由外部装有惰性气体的高压气瓶保持恒定，定压贮箱内的液体推进剂和高压气体通过安装在推进剂贮箱中的气液柔性分隔板隔开。

所述控制微阀安装在推进剂管路中，用于控制推进剂管路的开闭，常态下为关闭状态，只有接到电子控制单元的开启信号后才可打开。控制微阀与节流器和过滤器相连接。

所述过滤器用于对推进剂管路中液体燃料和氧化剂进行过滤和净化。过滤器安装在推进剂管路上，连接在定压贮箱和控制微阀之间。

所述节流器用于在推进剂管路中调节液体燃料和氧化剂的流量以及燃料与氧化剂的混合比。节流器安装在推进剂管路上，与控制微阀和过滤器相连接。

控制微阀、过滤器和节流器是单独零件安装到阵列结构中。

所述燃烧室-喷管组合是由燃烧室和喷管组成，液体燃料和氧化剂在燃烧室内燃烧，燃烧产生的高温高压气体由喷管喷出，产生反方向推力。燃烧室-喷管组合嵌在微推进阵列第三机体中。定压贮箱和燃烧室-喷管组合单元之间由推进剂管路和微阀连接。

所述燃烧室冷却通道用于存储未燃的液体燃料和氧化剂，这可以吸收由燃烧产生的传向燃烧室壁的热量，降低燃烧室壁温度。并且还可以借此为未燃燃料和氧化剂预热，实现热量循环。燃烧室冷却通道嵌在微推进阵列第四机体与微推进阵列第二机体中。

在整个微推进阵列单元中，推进剂贮箱、管路和燃烧室都是通过在陶瓷片上刻槽或钻孔加工形成。

所述推进剂喷嘴是分布在上述燃烧室冷却通道上的小孔，用于提高液体燃料和氧化剂向燃烧室内喷射的效果，提高燃料和氧化剂的混合程度。推进剂喷嵌在微推进阵列第四机体中。

所述寻址/控制电路的作用是连接控制微阀和电子控制单元，确保电子控制单元发出的控制信号能正确传递给控制微阀。

所述电子控制单元的信号通过寻址/控制电路传递给微阀以对其执行独立或组合的控制。电子控制单元的输出端连接寻址/控制电路的输出端。