[发明专利]一种抑制压力大幅波动的肼电弧推力器点火系统

说明书

一种抑制压力大幅波动的肼电弧推力器点火系统，包括隔膜贮箱(1)、推进剂过滤器(2)、推进剂节流孔板(3)、燃气发生器(4)、电弧推力器(5)，该系统解决了由于推进剂中气泡析出导致燃气发生器燃压频繁大幅波动以及起弧前后由于热阻变化导致燃压大幅波动的问题，能够大幅缩减燃气发生器燃压波动的次数和幅度，避免电弧推力器点火过程中电弧贴附模式的变化，从而减少对电极的损害，延长推力器寿命。

技术领域

本发明涉及一种抑制压力大幅波动的肼电弧推力器点火系统，属于电推进点火系统领域。

背景技术

肼电弧推力器是一种具有良好发展前景的电热式电推进技术，可以和星上成熟应用的单组元推进系统兼容，共用一套贮供系统，而且肼电弧推力器比冲远高于单组元推力器，可以大幅降低推进剂的消耗量和携带量。因此，肼电弧推力器作为地球同步轨道卫星南北位置保持的推进动力系统具有非常明显的优势。由于地球同步轨道卫星对寿命要求高，为了满足任务需求，一般需对肼电弧推力器进行累计1000小时以上的寿命点火验证。

常规的点火系统一般包括贮箱、燃气发生器、电弧推力器。贮箱一般为表面张力贮箱，用于存储液态肼，在高压氦气挤压作用下，液态肼流向燃气发生器。燃气发生器一般包含电磁阀、喷注器、催化床等结构。电磁阀前段包含过滤网，用于过滤液态肼中的杂质；电磁阀是流动控制开关，开启时液态肼经过电磁阀进入喷注器；喷注器具有毛细管，是流动的节流装置，经过毛细管后液态肼雾化，喷到催化床上；肼与催化剂接触后，分解反应产生的热量把大量液态肼加热到汽化温度，当肼蒸汽上升到分解温度时肼分解为氮和氨，放出大量热量，同时氨又吸收部分热量分解成氮和氢；高温燃气(氮气和氢气)通过导管进入电弧推力器。高温燃气通过阴极和阳极之间的电弧，进一步被加热达到部分电离状态，从喷管膨胀加速喷出，产生推力。

然而在常规电弧推力器点火系统中，经常出现压力大幅波动，压力的波动一般有两种情况：其中一种表现为：点火过程中压力突然下降，随后又回升的波动过程，压力波动幅度超过60％，可俗称为“掉坑”过程。整个过程的时间尺度约为10秒量级。压力大幅波动会造成电弧推力器阳极电弧贴附模式的改变，推力器喉部易产生烧蚀，对推力器性能和寿命有消极影响，无法满足空间任务的需求。从物理机理上分析，燃压这种大幅波动的现象与推进剂输送过程中气泡的产生、团聚、输运过程有关。气泡的来源是推进剂中溶解的氦气。从贮箱至燃气发生器催化床内，液态肼落压较大，同时推进剂温度上升明显。且由于毛细管的质量流量限制，推进剂整体流动速度较为缓慢。在压力降低过程和温度上升过程的影响下，推进剂内的溶解气体发生析出，随推进剂输运至催化床。气泡与推进剂夹杂，产生两相流动，如果两相流动过程中某一时刻流体空泡率较高，导致流经毛细管的推进剂质量流量明显下降，就会造成燃气发生器的燃压“掉坑”波动现象。

此外，除了由于气泡导致的燃压波动，常规点火系统还有一种由于电弧推力器的热阻变化导致的燃压波动。电弧推力器起弧后，流动热阻大幅增加，造成起弧前后点火系统部件的压降重新分配，也会导致起弧前后燃气发生器的燃压大幅波动。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，肼电弧点火系统频繁出现由于气泡导致的压力大幅波动以及起弧前后由于热阻变化导致的燃压波动，严重影响电弧推力器的寿命和空间任务的应用，提出一种抑制压力大幅波动的肼电弧推力器点火系统，大幅降低了寿命点火中燃压大幅波动的次数和幅度，从而提高电弧推力器的使用寿命，以满足空间任务的需求。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：