固體冷氣微推進(jìn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種固體冷氣微推進(jìn)系統(tǒng)。包括依次連接的儲(chǔ)氣室、電磁閥、微型電阻加熱器，所述的儲(chǔ)氣室設(shè)置有壓力傳感器和多個(gè)氮?dú)馍善?，所述的微型電阻加熱器由硅片和加熱電阻?gòu)成，其中，硅片內(nèi)設(shè)置通氣槽和拉瓦爾形噴口，通氣槽進(jìn)氣端與電磁閥連接，通氣槽出氣端與拉瓦爾形噴口連接，加熱電阻設(shè)置在玻璃基底上，所述硅片與玻璃基底鍵合。本發(fā)明以固體氮?dú)馍善魅〈邏簝?chǔ)氣罐儲(chǔ)存氮?dú)?，大大減少了整個(gè)系統(tǒng)的體積和質(zhì)量；在氮?dú)鈴膰娍趪姵鲋敖?jīng)過微型電阻加熱器加熱，達(dá)到一定的溫度后再噴出，增加了氮?dú)鈬姵龊笏a(chǎn)生的推力，提高了整個(gè)微推進(jìn)系統(tǒng)的推進(jìn)效率，且推力小，精度高。
【專利說明】固體冷氣微推進(jìn)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微推進(jìn)系統(tǒng)，特別是一種固體冷氣微推進(jìn)系統(tǒng)，屬于空間推進(jìn)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，為滿足戰(zhàn)略需求，各軍事強(qiáng)國都在積極發(fā)展具備快速響應(yīng)能力的微納衛(wèi)星。微納衛(wèi)星編隊(duì)可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)大衛(wèi)星的功能，如組成分布式SAR、通訊星座、導(dǎo)航星座、光學(xué)成像系統(tǒng)等，特別是在快速響應(yīng)系統(tǒng)和應(yīng)急系統(tǒng)中，其作用無可替代。微納衛(wèi)星編隊(duì)飛行是指各衛(wèi)星相互協(xié)同以實(shí)現(xiàn)單顆大衛(wèi)星的功能。編隊(duì)飛行衛(wèi)星可以隨時(shí)加入和退出，具有很高的自主性，系統(tǒng)具有很高的重構(gòu)性、冗余性、安全可靠性，可降低對(duì)地球站的依賴。
[0003]微推進(jìn)系統(tǒng)是微納衛(wèi)星的核心部件，用以實(shí)現(xiàn)微納衛(wèi)星的姿態(tài)控制、軌道轉(zhuǎn)移和保持。微納衛(wèi)星的發(fā)展迫切需要配置能夠提供高精度、小沖量、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的微型推進(jìn)系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)微推進(jìn)系統(tǒng)也提出了很多要求。一方面由于微納衛(wèi)星質(zhì)量輕、體積小、高度集成化和自動(dòng)化等特點(diǎn)，在一般的系統(tǒng)約束中，最明顯的是質(zhì)量和尺寸限制，因而為了適應(yīng)微納衛(wèi)星的獨(dú)特需求，必須顯著降低推進(jìn)系統(tǒng)的質(zhì)量和尺寸。另一方面在微納衛(wèi)星完成某些特定任務(wù)時(shí)，要求實(shí)施控制的推進(jìn)器單元能夠在整個(gè)工作任務(wù)時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定提供應(yīng)有的控制精度和時(shí)長，且在工作期間具有高穩(wěn)定度，能保持衛(wèi)星精度的穩(wěn)定控制。常規(guī)冷氣推進(jìn)系統(tǒng)一般由高壓儲(chǔ)氣罐、放氣閥、緩壓儲(chǔ)氣罐、穩(wěn)壓組件、電磁閥、噴口和連接件等幾部分組成，其工作原理是貯存在高壓儲(chǔ)氣罐中的高壓氣體經(jīng)過放氣閥釋放到緩壓儲(chǔ)氣罐內(nèi)經(jīng)過穩(wěn)壓組件的減壓和穩(wěn)壓，在控制系統(tǒng)給出指令后，電磁閥開啟，氣體經(jīng)噴口噴出產(chǎn)生控制所需的推力。但是常規(guī)冷氣推進(jìn)系統(tǒng)配備有質(zhì)量較大的高壓儲(chǔ)氣裝置，很難應(yīng)用在一些微納衛(wèi)星上，并且氣體儲(chǔ)存在高壓儲(chǔ)氣罐內(nèi)，難以避免出現(xiàn)氣體泄漏問題，因而不能應(yīng)用于一些長期空間飛行任務(wù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種固體冷氣微推進(jìn)系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的一種固體冷氣微推進(jìn)系統(tǒng)，包括依次連接的儲(chǔ)氣室、電磁閥、微型電阻加熱器(Microresistojet)，所述的儲(chǔ)氣室內(nèi)設(shè)置有壓力傳感器和多個(gè)氮?dú)馍善?，所述的微型電阻加熱器由硅片和加熱電阻?gòu)成，其中，硅片內(nèi)設(shè)置通氣槽和拉瓦爾形噴口，通氣槽進(jìn)氣端與電磁閥連接，通氣槽出氣端與拉瓦爾形噴口連接，加熱電阻設(shè)置在玻璃基底上，所述硅片與玻璃基底鍵合。
[0006]所述的氮?dú)馍善靼んw、點(diǎn)火裝置、點(diǎn)火裝藥、氮?dú)獍l(fā)生劑和氣體處理裝置，所述點(diǎn)火裝藥、氮?dú)獍l(fā)生劑、氣體處理裝置自上而下依次設(shè)置在殼體的藥室內(nèi)，所述點(diǎn)火裝置固定在殼體的帽殼內(nèi)并設(shè)置在點(diǎn)火裝藥上方，帽殼與藥室固定。
[0007]上述氮?dú)馍善髦?，所述氣體處理裝置包括氣體處理層和金屬過濾網(wǎng)，所述氮?dú)獍l(fā)生劑與氣體處理層連接。[0008]上述氮?dú)馍善髦?，所述氮?dú)獍l(fā)生劑以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)，包括60-90%產(chǎn)氣劑、5-20%粘結(jié)劑和5-20%化學(xué)冷凝劑，其中，產(chǎn)氣劑為NaN3,粘結(jié)劑為堿金屬硅酸鹽，優(yōu)選硅酸鈉或硅酸鉀，化學(xué)冷凝劑為LiF。
[0009]上述氮?dú)馍善髦校鰵怏w處理層由細(xì)沙層和活性炭層組成，所述氮?dú)獍l(fā)生劑與細(xì)沙層連接，所述的細(xì)沙層占氮?dú)獍l(fā)生劑質(zhì)量的10-40%，優(yōu)選33% ;所述的活性炭層占氮?dú)獍l(fā)生劑質(zhì)量的5-25%，優(yōu)選17%。
[0010]上述氮?dú)馍善髦校鰵怏w處理層由2-3層微孔過濾網(wǎng)組成，微孔過濾網(wǎng)的孔徑為50?300 μ m。
[0011]上述氮?dú)馍善髦?，所述金屬過濾網(wǎng)厚度為Imm,孔徑為0.4mm。
[0012]上述微型電阻加熱器中，所述通氣槽的槽深為200 μ m，槽寬為100 μ m。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0014]1.以固體氮?dú)馍善魅〈邏旱獨(dú)鈨?chǔ)氣罐，大大減少了整個(gè)系統(tǒng)的體積和質(zhì)量；
[0015]2.氣體量可通過調(diào)節(jié)氮?dú)馍善鲾?shù)量、結(jié)構(gòu)和氮?dú)獍l(fā)生劑質(zhì)量進(jìn)行調(diào)控；
[0016]3.在氮?dú)鈴膰娍趪姵鲋敖?jīng)過微型電阻加熱器加熱，達(dá)到一定的溫度后再噴出，增加了氮?dú)鈬姵龊笏a(chǎn)生的推力，提高了整個(gè)微推進(jìn)系統(tǒng)的推進(jìn)效率。
[0017]4.設(shè)計(jì)出的推進(jìn)系統(tǒng)所產(chǎn)生的推力小，精度高，一般為毫牛量級(jí)，也可達(dá)到微牛量級(jí)，并且質(zhì)量輕壽命長，可應(yīng)用于微納衛(wèi)星長期空間飛行任務(wù)中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明固體冷氣微推進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為本發(fā)明氮?dú)馍善鹘Y(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖3為本發(fā)明微型電阻加熱器結(jié)構(gòu)圖(其中，a為硅片，b為玻璃基底)。
[0021]圖4為本發(fā)明氮?dú)馍善魍庑统叽缡疽鈭D。
[0022]圖5為本發(fā)明儲(chǔ)氣室外型尺寸示意圖(其中，a為蓋子，b為腔體)。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明中氮?dú)馍善鱅的殼體分為帽殼和藥室兩部分，點(diǎn)火裝置6固定在帽殼內(nèi)，點(diǎn)火裝藥7、氮?dú)獍l(fā)生劑8、氣體處理裝置9自上而下依次放置在藥室內(nèi)，其結(jié)構(gòu)如圖2所
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[0024]點(diǎn)火裝置6的選擇可根據(jù)對(duì)所產(chǎn)氣體純度要求來選擇，若對(duì)純度要求不是很高，可選擇一些煙火類點(diǎn)火裝置(如點(diǎn)火頭)，若對(duì)氣體純度要求較高，可選擇電阻絲或半導(dǎo)體橋這類MEMS點(diǎn)火元件。
[0025]藥室內(nèi)，裝藥的最上層為點(diǎn)火裝藥7，點(diǎn)火裝置6觸發(fā)后，首先點(diǎn)燃點(diǎn)火裝藥7，使其分解產(chǎn)生大量熱點(diǎn)燃下層氮?dú)獍l(fā)生劑8，提高點(diǎn)燃氮?dú)獍l(fā)生劑8的可靠性。為了避免產(chǎn)生雜質(zhì)氣體，點(diǎn)火裝藥7選擇放熱量高、產(chǎn)氣量少的鋁熱劑，配方可以是Al/Cu0、Al/Fe203、Al/Mo2O3等。由于鋁熱劑感度高，在某些特殊情況下，為了降低點(diǎn)火裝藥7的感度、提高點(diǎn)火可靠性、提高氮?dú)饧兌?，使用Al/Ni復(fù)合薄膜代替點(diǎn)火裝藥7。在Al/Ni復(fù)合薄膜兩端連兩根腳線，通電發(fā)火后可產(chǎn)生大量熱，并且可通過調(diào)節(jié)Al/Ni復(fù)合薄膜的厚度來控制產(chǎn)熱量的大小。該點(diǎn)火方式安全可靠，且薄膜所占體積小，這樣便可適當(dāng)增加氮?dú)獍l(fā)生劑8的劑量。[0026]藥室內(nèi)，裝藥的第二層為氮?dú)獍l(fā)生劑8，該層裝藥最重要的特點(diǎn)是氮?dú)獍l(fā)生劑8為多孔裝藥，孔隙率在20~80%，優(yōu)選在30~60%，孔隙率的計(jì)算公式:
[0027]
【權(quán)利要求】
1.一種固體冷氣微推進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于，包括依次連接的儲(chǔ)氣室、電磁閥、微型電阻加熱器，所述的儲(chǔ)氣室設(shè)置有壓力傳感器和多個(gè)氮?dú)馍善?，所述的微型電阻加熱器由硅片和加熱電阻?gòu)成，其中，硅片內(nèi)設(shè)置通氣槽和拉瓦爾形噴口，通氣槽進(jìn)氣端與電磁閥連接，通氣槽出氣端與拉瓦爾形噴口連接，加熱電阻設(shè)置在玻璃基底上，所述硅片與玻璃基底鍵合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體冷氣微推進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于，所述的氮?dú)馍善靼んw、點(diǎn)火裝置、點(diǎn)火裝藥、氮?dú)獍l(fā)生劑和氣體處理裝置，所述點(diǎn)火裝藥、氮?dú)獍l(fā)生劑、氣體處理裝置依次設(shè)置在殼體的藥室內(nèi)，所述點(diǎn)火裝置固定在殼體的帽殼內(nèi)并設(shè)置在點(diǎn)火裝藥上方，帽殼與藥室固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的固體冷氣微推進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體處理裝置包括氣體處理層和金屬過濾網(wǎng)，所述氮?dú)獍l(fā)生劑與氣體處理層連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固體冷氣微推進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體處理層由細(xì)沙層和活性炭層組成，所述氮?dú)獍l(fā)生劑與細(xì)沙層連接，所述的細(xì)沙層占氮?dú)獍l(fā)生劑質(zhì)量的10-40% ;所述的活性炭層占氮?dú)獍l(fā)生劑質(zhì)量的5-25%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固體冷氣微推進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體處理層由2-3層微孔過濾網(wǎng)組成，微孔過濾網(wǎng)的孔徑為50?300μπι。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固體冷氣微推進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于，所述金屬過濾網(wǎng)厚度為Imm,孔徑為0.4_。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體冷氣微推進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于，所述氮?dú)獍l(fā)生劑以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)，包括60-90%產(chǎn)氣劑、5-20%粘結(jié)劑和5-20%化學(xué)冷凝劑，其中，產(chǎn)氣劑為NaN3，粘結(jié)劑為堿金屬硅酸鹽，化學(xué)冷凝劑為LiF。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的固體冷氣微推進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于，所述的粘結(jié)劑為硅酸鈉或硅酸鉀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體冷氣微推進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于，所述通氣槽的槽深為.200 μ m,槽寬為 100 μ m。
【文檔編號(hào)】B64G1/40GK103921956SQ201410151931
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月16日
【發(fā)明者】朱朋, 劉旭輝, 沈瑞琪, 陳君, 葉迎華, 吳立志, 梁振華 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)