[发明专利]一种自主汽化管理方法及液氨微推进系统

说明书

技术领域

本发明涉及微纳卫星轨道控制技术领域，尤其涉及一种基于微纳卫星的自主汽化管理方法及液氨微推进系统。

背景技术

微纳卫星的在轨机动能力是决定其任务功能的一个重要因素，而微推进系统是实施轨道机动的核心执行机构。微纳卫星的整星资源有限，其推进系统的结构、体积、功耗、推进工质等都受到较高的制约，相比于常规卫星而言劣势明显。因此，常规推进系统的性能难以满足微纳卫星需要，成为微纳卫星拓展在轨应用的主要限制条件。

液化气推进技术作为成熟的微推进技术之一得到了广泛应用。部分推进系统直接利用液化气的过热闪蒸特性产生推力，该方法会使推进剂喷流夹杂液滴，推力不够稳定且比冲较低；自带汽化加热装置的推进系统，通常在汽化过程中采用落压式设计，落压比通常较高，推力大小也不易控制。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于微纳卫星的自主汽化管理方法及液氨微推进系统，该方法及系统可实现恒压式汽化或增压汽化，有利于提高输出比冲，并可通过调节推力前压力控制输出推力的大小。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明的自主汽化管理方法，是由盛装液氨推进剂的贮罐、截止阀与汽化器依次连接构成汽化装置，对汽化器进行加热使其中的液氨推进剂完全汽化，从而实现恒压或增压汽化。

本发明的自主汽化管理液氨微推进系统包括：MCU控制器、加排隔离阀、用于盛装液氨推进剂的贮罐、截止阀、汽化器、缓冲器、+X面推力器、-X面推力器、贮罐加热片、截止阀加热片、汽化器加热片、贮罐温度传感器、贮罐压力传感器、截止阀温度传感器、缓冲器压力传感器；加排隔离阀、贮罐、截止阀、汽化器、缓冲器顺次相连，缓冲器与+X面推力器和-X面推力器分别相连；MCU控制器分别与截止阀、+X面推力器、-X面推力器、贮罐加热片、截止阀加热片、汽化器加热片相连；贮罐温度传感器、贮罐压力传感器、截止阀温度传感器、缓冲器压力传感器分别与MCU控制器相连，将各传感器检测的信息传输至MCU控制器。

上述技术方案中，所述的汽化器通常设计为筛型汽化器，是在汽化器内开有两条导槽和若干平行筛孔，所述筛孔设于两条导槽之间并将两条导槽导通，其中一条导槽一端开有液氨流入口，另一条导槽的另一端开有氨气流出口，两导槽的其余两端皆封闭，即：两条导槽错开一个孔位，通过错位导槽的结构，形成一条液氨流入通道和一条氨气流出通道，液氨从液氨流入口流入汽化器，流经筛孔，加热后完全汽化，再从氨气流出通道流出至汽化器末端的氨气流出口。采用筛型汽化器的设计提高了推进剂与汽化器的接触面积，也同时提高了汽化器的热容，更有利于液氨推进剂的完全汽化，从而进一步提高气态推进剂的内能，提高输出比冲。

所述的缓冲器还可与筛型汽化器设计为一体化结构，缓冲器的腔体与筛型汽化器的末端固连，氨气流出口直接与该腔体连通，即：液氨经汽化器完全汽化后从氨气流出口单侧导入缓冲器腔体内。通过汽化器加热片对一体化的缓冲器及汽化器进行加热可以更好地控制输出推力的大小。

上述微推进系统的布局方式如下：

所述的贮罐布置在整个微推进系统的几何中心，汽化器为弧形弯曲的包带式结构，包裹在贮罐表面，使汽化器质心与贮罐的中心重合，贮罐质心与推进系统质心以及整星质心重合，+X面推力器和-X面推力器对称布置于贮罐两侧且推力线通过贮罐质心，汽化器与贮罐留有间隙，贮罐加热片、汽化器加热片位于间隙处分别贴装于贮罐及汽化器表面，间隙内设有多层隔温材料，其他部件布置在贮罐周围。采用上述布局方式，可使得贮罐、汽化器这两个系统主要组成和重量构成部分质心重合，位于推力线中心，同时也是整星的质心。这种设计使推进系统在工作过程中质心始终不变，无需姿态控制系统考虑推进剂消耗带来的整星质心偏移。此外，汽化加热装置的弧形弯曲设计，最大程度地提高了系统的空间利用率。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：

1)本发明的自主汽化管理方法弥补了传统汽化装置存在较大的压力损失的缺陷，同时保证液化气推进剂得到完全汽化；

2)本发明的自主汽化管理液氨微推进系统，可以提供大小可精确调节的毫牛量级推力，且输出较高比冲；

3)本发明的液氨微推进系统还可对贮罐内液氨推进剂余量进行精确测量，并且仅利用系统已有的功能部件实现，最大程度地降低了系统的复杂程度。

附图说明

图1是本发明的自主汽化管理液氨微推进系统的结构示意图；

图2是液化气自主汽化的过程和原理示意图；