[发明专利]基于电阻加热及燃烧室高温引燃的离子推进剂电点火方法

说明书

本发明提供了一种基于电阻加热及燃烧室高温引燃的离子推进剂电点火方法。包括由电极区和燃烧区组成点火装置，离子推进剂通过入口进入到点火装置的电极区，在离子推进剂流经电极区时导通所述电极区的电流，利用离子推进剂自有阻抗产生电流热效应，离子推进剂被电流热效应加热发生蒸发分解反应，离子推进剂蒸发分解后的气态混合物流出电极区进入燃烧区，在燃烧区被高温引燃，实现离子推进剂点火。本发明利用离子推进剂自有电阻在通电状态下产生热量实现加热离子推进剂自身，从而实现离子推进剂的蒸发和分解。将电能转化为离子推进剂的能量，转化效率高。通过高温点燃离子推进剂蒸发分解的气态产物，能够实现稳定的点火。

技术领域

本发明涉及推进剂点火技术领域，尤其涉及一种基于电阻加热及燃烧室高温引燃的离子推进剂电点火方法。

背景技术

过去几十年以来，无水肼单组元推进剂被广泛用于卫星的姿轨控制、小卫星推进系统以及导弹动力系统等。但是肼毒性大，可致癌，易燃易爆，需要昂贵的地面支持和保障系统，这无疑增加了发动机制造和发射的成本。基于对绿色无毒推进剂的需求，上世纪开始航天技术人员便开始高能绿色无毒单组元液体推进剂的研究，目前被认为具有应用前景的单组元绿色无毒推进剂主要有ADN(二硝酰胺铵，Ammonium dinitramide)基单组元液体推进剂和HAN(硝酸羟胺，hydroxylammonium nitrate)基单组元液体推进剂。而且基于绿色无毒推进剂的空间发动机已经实现在轨验证。

目前，现有技术中的一种在轨空间发动机结构主要由喷注系统、催化床、燃烧室和喷管几部分组成，如图1所示。在空间发动机工作过程中，推进剂通过雾化喷嘴喷射进入发动机的催化床中，在已经加热至高温的催化床的作用下，推进剂在催化床内逐渐蒸发和分解，并且推进剂中的组分发生分解反应，并生成大量的氧化性产物，氧化性产物与推进剂中的燃料在燃烧室中进行燃烧反应产生高温高压的气体，燃烧产生的高温气体通过喷管喷出发动机从而产生推力。

推进剂的分解过程主要在催化床中进行，在发动机启动前需将催化床预热到一定温度，催化床中的催化剂可以降低推进剂分解过程中的活化能，促进推进剂的分解过程，因此，催化剂对推进剂的分解过程有重要的作用。而在发动机运行过程中，推进剂燃烧具有很高的燃烧温度，而催化剂在高温下容易失活，因此会缩短发动机的寿命。另一方面，由于发动机启动前需要一定的时间对催化床进行预热，因此，发动机无法实现紧急情况下的冷启动。

上述现有技术中的在轨空间发动机结构的缺点为：目前ADN基或HAN基空间发动机的启动过程和分解燃烧过程都需要利用催化床的催化作用才能实现。而催化床的催化作用完全由催化剂颗粒的活性决定，随着催化剂的长期使用，催化剂长期暴漏在高温条件下，其活性会逐渐降低，催化剂的催化作用会逐渐减弱，因此，催化剂的活性直接决定空间发动机的寿命。催化剂在高温下易失活的问题直接影响发动机的寿命，因此目前的催化剂无法实现高性能大推力发动机的寿命要求。

目前的ADN基或HAN基空间发动机严重依赖催化剂的工作特性，因此空间发动机无法实现发动机冷启动，催化剂高温易失活寿命短而且难以应用在高性能的大推力空间发动机。在发动机启动时，催化床需要预热到目标温度，才能实现空间发动机启动过程，因此无法在紧急情况下实现发动机的冷启动。

发明内容

本发明的实施例提供了一种基于电阻加热及燃烧室高温引燃的离子推进剂电点火方法，以实现离子推进剂稳定的点火。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种基于电阻加热及燃烧室高温引燃的离子推进剂电点火方法，由电极区和燃烧区组成点火装置，包括：

离子推进剂通过入口进入到点火装置的电极区，在所述离子推进剂流经所述电极区时导通所述电极区内电极间的电流，利用所述电极间的离子推进剂自有阻抗产生电流热效应，所述离子推进剂被所述电流热效应加热发生蒸发分解反应，所述离子推进剂蒸发分解后的气态混合物流出所述电极区进入所述燃烧区，在所述燃烧区被高温引燃，实现所述离子推进剂点火。