一种基于化-电深度融合的航天器混合动力推力器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于化

【技术实现步骤摘要】
一种基于化
‑
电深度融合的航天器混合动力推力器


[0001]本专利技术涉及航天器姿轨控推力器装置，特别是一种基于化
‑
电深度融合的航天器混合动力推力器。

技术介绍

[0002]随着航天技术的迅速发展，空间任务变得愈加多样化，以航天器轨道转移、位置保持、深空探测、载人航天等为代表的空间任务对航天器推进系统有着高比冲、大推力、长寿命等各种要求，但是现有的推进方式主要是化学推进和电推进，两者面对多样性任务都有着不可忽视的缺点，具体表现为：化学推进虽然推力在牛级以上，但是比冲较低，导致航天器难以长期在轨运行；电推进的推力大都处于毫牛甚至微牛级，难以实现快速变轨等任务需求。
[0003]为此，需要发展一种新型航天器推进装置及其系统，以兼顾空间多种推进需求，服务未来航天任务。依据航天器化学推进和电推进的特点，若能将两者优点进行结合，形成一种化
‑
电混合式推进装置，将为航天器姿轨控
带来革命性变化。本专利技术正是针对这一考虑，设计了一种新概念航天器混合动力推力器，在需要大推力迅速机动时，该推力器可以运行在化学模式；在需要高比冲高精度推进以维持航天器在轨工作时，则可以运行在电推进模式。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于化
‑
电深度融合的航天器混合动力推力器，该基于化
‑
电深度融合的航天器混合动力推力器结合化学推进和电推进的优点，使航天器能够兼顾高比冲、大推力、长寿命等要求。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种基于化
‑
电深度融合的航天器混合动力推力器，包括推力器本体、化学推进系统和电推进系统。
[0007]推力器本体包括燃烧室、同轴密封盖合在燃烧室头部的喷注器、以及同轴设置在燃烧室尾部的喷管。
[0008]化学推进系统包括化学推进剂贮箱、化学推进剂喷嘴和推进剂催化网。
[0009]化学推进剂喷嘴沿周向均布在喷注器中，且每个化学推进剂喷嘴均与化学推进剂贮箱相连接；推进剂催化网同轴内置在燃烧室中。
[0010]电推进系统包括电推进剂贮箱、电推进工质喷嘴、空心阴极、磁环、屏栅极和加速栅极。
[0011]电推进工质喷嘴沿周向均布在喷注器中，且每个电推进工质喷嘴均与电推进剂贮箱相连接。
[0012]空心阴极同轴插设在喷注器的中心。
[0013]屏栅极设置在朝向喷注器一侧的推进剂催化网上；加速栅极设置在朝向喷管一侧
的推进剂催化网上；屏栅极、推进剂催化网和加速栅极共同构成催化栅极网。
[0014]磁环同轴套设在位于屏栅极和喷注器之间的燃烧室外壁面上。
[0015]电推进系统还包括中和器，中和器的出口朝向喷管尾部。
[0016]在屏栅极和喷注器之间的燃烧室外壁面上同轴且等距布设有若干个环状凹槽，每个环状凹槽内嵌设一个所述磁环。
[0017]推进剂催化网包括从内至外依次同轴设置的催化网A和催化网B；其中，催化网A的孔隙率不小于催化网B的孔隙率；化学推进剂喷嘴对应催化网B，电推进工质喷嘴对应催化网A。
[0018]屏栅极和加速栅极分别设置在催化网A的上游侧和下游侧。
[0019]屏栅极的孔径大于加速栅极的孔径。
[0020]还包括电控系统，电控系统包括计算机和电池；计算机分别与推力器本体、化学推进系统、电推进系统和电池相连接，电池能对航天器混合动力推力器的用电组件进行供电。
[0021]推进剂催化网的材质为耐高温金属，推进剂催化网与屏栅极和加速栅极之间均设置有绝缘材料层。
[0022]电推进剂贮箱与电推进工质喷嘴之间的连接管路上依次布设有电推进单向阀和电推进电磁阀。
[0023]化学推进剂贮箱与化学推进剂喷嘴之间的连接管路上依次布设有化学推进单向阀和化学推进电磁阀。
[0024]推力器本体具有化学推进模式和电推进模式。
[0025]当推力器本体运行在化学推进模式时，化学推进剂贮箱中的化学推进剂通过化学推进剂喷嘴进入燃烧室内，在推进剂催化网的催化作用下，被分解释热，分解后产物经喷管喷出，从而对推力器本体产生推力。
[0026]当推力器本体运行在电推进模式时，电推进剂贮箱中的电推进工质通过电推进工质喷嘴进入燃烧室内；与此同时，空心阴极、屏栅极和加速栅极均通电，电子从空心阴极发出，射向屏栅极，在磁环的磁场作用下，电子呈螺旋状前进，在燃烧室中激发电推进工质产生带正电的等离子体；带正电等离子体在加速栅极作用下，从喷管加速喷出产生推力。
[0027]本专利技术具有如下有益效果：
[0028]1、化学推进与电推进的深度融合，给航天器的姿轨控系统的发展展现了一条新的道路，其不仅可以应用与深空探测的长期航行，在近地飞行器或空间站任务中将会扮演重要角色。
[0029]2、若在一个航天器上分别配装化学推进系统和电推进系统，其与本专利技术提出的混合推进系统相比，在外观体积上增加了约一个电推进系统整体体积，质量上增加了一个电推进系统推力室外壁质量。因此将电推进推力器与化学推进推进器结合起来，共用一个推力室，可大大减小航天器推力系统的质量和体积，在实现相同化学推进与电推进混合推进的同时，可以提高有效载荷质量和占有空间。
[0030]3、两种推力装置能按照实际工况灵活调整，根据不同的任务需求在化学/电推进模式间灵活切换，增加姿轨控系统调整的灵活性，减少化学推进剂的非必要使用，增加航天器寿命。
[0031]4、本专利技术能够促进电推进与化学推进的领域间交流，促使化
‑
电结合推进系统的
发展，为航天器推进系统的发展提供舞台。
附图说明
[0032]图1显示了本专利技术一种基于化
‑
电深度融合的航天器混合动力推力器的结构示意图。
[0033]图2显示了本专利技术中安装有喷注器和磁环后的燃烧室的结构示意图。
[0034]图3显示了本专利技术中的喷管的结构示意图。
[0035]图4显示了本专利技术中催化剂栅网的放大结构示意图。
[0036]其中有：
[0037]10.燃烧室；11.环状凹槽；
[0038]20.喷注器；
[0039]30.喷管；
[0040]41.电推进剂贮箱；41a.电推进电磁阀；41b.电推进单向阀；
[0041]42.电推进工质喷嘴；43.空心阴极；44.磁环；45.屏栅极；46.加速栅极；47.中和器；
[0042]51.化学推进剂贮箱；51a.化学推进电磁阀；51b.化学推进单向阀；
[0043]52.化学推进剂喷嘴；53.催化剂栅网；53a.催化网A；53b.催化网B。
[0044]61.电池；62.计算机。
具体实施方式
[0045]下面结合附图和具体较佳实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于化
‑
电深度融合的航天器混合动力推力器，其特征在于：包括推力器本体、化学推进系统和电推进系统；推力器本体包括燃烧室、同轴密封盖合在燃烧室头部的喷注器、以及同轴设置在燃烧室尾部的喷管；化学推进系统包括化学推进剂贮箱、化学推进剂喷嘴和推进剂催化网；化学推进剂喷嘴沿周向均布在喷注器中，且每个化学推进剂喷嘴均与化学推进剂贮箱相连接；推进剂催化网同轴内置在燃烧室中；电推进系统包括电推进剂贮箱、电推进工质喷嘴、空心阴极、磁环、屏栅极和加速栅极；电推进工质喷嘴沿周向均布在喷注器中，且每个电推进工质喷嘴均与电推进剂贮箱相连接；空心阴极同轴插设在喷注器的中心；屏栅极设置在朝向喷注器一侧的推进剂催化网上；加速栅极设置在朝向喷管一侧的推进剂催化网上；屏栅极、推进剂催化网和加速栅极共同构成催化栅极网；磁环同轴套设在位于屏栅极和喷注器之间的燃烧室外壁面上。2.根据权利要求1所述的基于化
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电深度融合的航天器混合动力推力器，其特征在于：电推进系统还包括中和器，中和器的出口朝向喷管尾部。3.根据权利要求1所述的基于化
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电深度融合的航天器混合动力推力器，其特征在于：在屏栅极和喷注器之间的燃烧室外壁面上同轴且等距布设有若干个环状凹槽，每个环状凹槽内嵌设一个所述磁环。4.根据权利要求1所述的基于化
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电深度融合的航天器混合动力推力器，其特征在于：推进剂催化网包括从内至外依次同轴设置的催化网A和催化网B；其中，催化网A的孔隙率不小于催化网B的孔隙率；化学推进剂喷嘴对应催化网B，电推进工质喷嘴对应催化网A；屏栅极和加速栅极分别设置在催化网A的上游侧和下游侧。5.根据权利要求4所述的基于化
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电深度融合的航天器混合动力推...

【专利技术属性】
技术研发人员：周思引，严哲，聂万胜，杨云帆，刘翔，闫康，李延艳，赵柄涵，向星宇，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：