[发明专利]胶体微推进器储供系统、流量闭环反馈控制方法和系统

说明书

本发明公开了一种胶体微推进器储供系统、流量闭环反馈控制方法和系统，属于航天微推进器技术领域。包括储供系统、流量传感器和控制系统。本发明通过使用隔膜罐、压电微阀和体积补偿等装置实现推进剂供给，并且将一种热温差式流量传感器集成在微推进器储供系统的管路中实现推进剂流量实时检测，进一步地可通过PID控制器输出反馈控制信号，控制微阀上施加的电压大小和频率实现流量的反馈调节。本发明具有实时监测推进器供给流量，并维持供料系统流量稳定的优点。

技术领域

本发明属于航天微推进器技术领域，更具体地，涉及胶体微推进器储供系统、流量闭环反馈控制方法和系统。

背景技术

随着现代航天技术的发展，卫星趋向于小型化、轻量化，具有功耗低、开发周期短等优点。这些微型卫星在通信、军事、地质勘测、气象服务、科学实验等方面有独特的应用优势。多颗微纳卫星可用于编队飞行，完成一些大型卫星无法完成的任务，如引力波探测、精确定位、对目标立体观测、导航等。微纳卫星依靠微推进器实现变轨、轨道校正和姿态控制。电喷雾胶体推进器与其他推进器相比，具有比冲高、结构简单、自中和、可产生亚微牛级精确推力、功耗低等优点，已经被在轨实验验证非常适合精确的微推进应用。胶体微推进器通过发射极的高电场使毛细管尖端的离子液体雾化产生纳米级离子，这些带电粒子在加速极被加速电场加速产生推力。

胶体推进器发射的离子通过直接动量传递产生推力。如其推力公式所示，推力大小受流量影响较大，因此精确的流量控制是实现推力调控的关键。目前胶体微推进器的研究中储供系统难以实现纳升级的流量分辨率，且缺乏流量检测装置，流量的调节多为开环，无法根据实际工况实现流量的实时调节。

针对上述问题，专利CN109795722A公开了一种胶体推进器的多物理量表征装置，根据离子束流电流的大小确定推进器的推力、流量和比冲，但无法实现流量的直接测量和控制。专利CN111636980A公开了一种液体推进剂波纹管式贮箱，利用弹簧的弹力，将波纹管内贮存的推进剂可持续地提供给推进器，同样无法实时检测并调整流量。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了胶体微推进器储供系统、流量闭环反馈控制方法和系统，其目的在于解决目前胶体微推进器中推进剂流量难以直接测量，无法实时调控等难题，具有结构简单、可操作性强等优点。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种胶体微推进器的储供系统，所述储供系统包括：隔膜罐、压电微阀和加热器；

所述隔膜罐，用于存放并推动推进剂流入压电微阀，其出口与压电微阀的入口连接，其入口与气瓶连接，气瓶内的增压气体挤压隔膜罐内的膜使其变形；

所述压电微阀的出口与推进器连接，用于控制隔膜罐与推进器之间的推进剂流量；

所述加热器，用于加热推进器中的推进剂，以保持推进剂的物理性质符合推进的工作需求。

优选地，所述储供系统还包括：体积补偿装置，位于压电微阀与推进器之间。考虑到关机时推进剂会由于温度变化膨胀或收缩，压电微阀下游的推进剂膨胀会将推进剂挤出推进器导致误喷，体积补偿装置内部有可变形的弹性膜，可以实时补偿推进剂的体积变化。

优选地，所述储供系统还包括：气泡消除器，位于隔膜罐与推进器之间，用于消除隔膜罐与推进器之间的推进剂中的气泡。推进剂中气泡的运动、膨胀、收缩以及破裂会导致推进剂压力和流量波动，严重时甚至会堵塞推进器。气泡消除器内部是半透膜制成的管道，在膜内外侧一定的压差作用下，因为气体和液体表面张力不同，气体会通过半透膜释放出去而液体不会泄露，因此可以实现推进剂内的气泡消除。

优选地，所述储供系统还包括：第二压电微阀，位于压电微阀与体积补偿装置之间，用于进一步控制推进剂流量。