專利名稱：微小型一體結(jié)構(gòu)冷氣推進(jìn)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于精密機(jī)械和航天推進(jìn)技術(shù)中微型流體控制元件范圍，特別涉及一種微小型一體結(jié)構(gòu)冷氣推進(jìn)器。
背景技術(shù)：
推進(jìn)器是航天技術(shù)中一種重要的致動(dòng)器，工作時(shí)以很高的速度將工作物質(zhì)(氣體或離子)噴出噴管，通過噴出物對(duì)推進(jìn)器及其載體的反沖量提供推動(dòng)力；按工作原理可分為電推進(jìn)、化學(xué)推進(jìn)和冷氣推進(jìn)等。除發(fā)射用的運(yùn)載火箭外，航天器上通常也配備有推進(jìn)器組作為位置和姿態(tài)控制系統(tǒng)。小型化是目前航天器發(fā)展的重要趨勢(shì)，特別是出現(xiàn)了總重量在20kg甚至1kg以下的小衛(wèi)星，比傳統(tǒng)衛(wèi)星小1～3個(gè)數(shù)量級(jí)，這就要求軌控和姿控推進(jìn)器與小衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)相匹配，減小推進(jìn)器的重量、尺寸和功耗，并提高其控制精度，即減小其沖量輸出單位和最小推力。這就是微小型推進(jìn)技術(shù)的研究目標(biāo)。
完整冷氣推進(jìn)系統(tǒng)包括工質(zhì)貯箱(高壓氣體或低沸點(diǎn)液態(tài)工質(zhì))、減壓器、電控閥門、噴管、驅(qū)動(dòng)電路；有些還配有壓力或流量傳感器。工質(zhì)由氣源流出，被減壓器減壓后，經(jīng)電控閥和噴管噴出形成推力。其中的電控閥門采用截?cái)嚅y，推進(jìn)器工作在持續(xù)開/關(guān)或者脈沖狀態(tài)；電控截?cái)嚅y的接通時(shí)間決定了每次推進(jìn)過程的持續(xù)時(shí)間和沖量大小。
傳統(tǒng)的位置和姿態(tài)控制用冷氣推進(jìn)器存在下述問題1.現(xiàn)有的彈簧式或活塞式減壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于微小型化。
2.普通的截?cái)嚅y根據(jù)啟閉件的受力特征和致動(dòng)方向可以分為如下幾種1)啟閉件運(yùn)動(dòng)方向與流體壓力方向平行，如截止閥和隔膜閥，啟/閉動(dòng)作時(shí)流體壓力直接由致動(dòng)器克服，阻力很大；2)在啟閉件運(yùn)動(dòng)方向與流體壓力方向垂直，如閘閥、旋塞閥、柱塞閥和球閥，啟/閉動(dòng)作時(shí)致動(dòng)器克服的是閥芯與閥座之間的滑動(dòng)摩擦力，并且密封副面積大，若為保證密封效果，在密封副內(nèi)填加密封填料或增大密封預(yù)緊力，會(huì)造成滑動(dòng)摩擦力很大，反之，則不能避免泄漏，特別是氣體閥門；3)流體壓力在啟閉件上的作用是力平衡的，如蝶閥，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。
由于上述特點(diǎn)，在微小型化過程中將遇到的困難包括1)所需致動(dòng)力較大，而致動(dòng)器小型化后能量密度有限，額定工作壓力很低，不能滿足推進(jìn)系統(tǒng)要求；2)密封效果不易保證，這是因?yàn)槊芊馓盍系难b配工藝和較高的配合精度在微小尺寸構(gòu)件的加工和裝配中不易實(shí)現(xiàn)；3)結(jié)構(gòu)不緊湊，不易微型化。
3.總體設(shè)計(jì)方面，傳統(tǒng)的冷氣推進(jìn)系統(tǒng)采用各部件分別制作之后裝配連接的方式。氣源、減壓器、閥門、噴管之間的裝配結(jié)構(gòu)和連接管道增大了系統(tǒng)的尺寸和重量；同時(shí)增加了系統(tǒng)的死區(qū)容積，降低了控制精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。
4.現(xiàn)有減壓器和電控閥具有復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)特征，而且推進(jìn)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方法也不能與硅工藝、LIGA工藝等平面微細(xì)工藝兼容，限制了推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)一步微型化和陣列設(shè)計(jì)的可能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種微小型一體結(jié)構(gòu)冷氣推進(jìn)器。包含精密機(jī)械工藝和平面微細(xì)工藝兩種工藝制成的小型一體結(jié)構(gòu)冷氣推進(jìn)器，由微小型減壓器、滾動(dòng)式滾珠閥芯截?cái)嚅y和微小型平面噴管組成，其特征在于所述精密機(jī)械工藝加工的小型一體結(jié)構(gòu)冷氣推進(jìn)器的減壓器和截?cái)嚅y并列布置，兩部分共用底板1、中板3、頂板6和密封薄膜4組成一體化結(jié)構(gòu)。密封薄膜4在中板3上表面。減壓器的穩(wěn)壓薄膜2同時(shí)作為底板1和中板3之間的密封填料。預(yù)緊板簧5位于頂板6和密封薄膜4之間。底板1、中板3、頂板6、穩(wěn)壓薄膜2、密封薄膜4和預(yù)緊板簧5均為平面結(jié)構(gòu)；對(duì)于減壓器部分而言，頂板6作為底座，中板3作為閥座，底板1作為閥蓋；頂板6中開有減壓器的高壓氣源入口11，密封閥芯12置于預(yù)緊板簧5和密封薄膜4之間，對(duì)準(zhǔn)閥座中板3上的閥口；減壓閥芯14位于減壓腔15內(nèi)，穩(wěn)壓薄膜2和密封薄膜4之間；減壓腔15的側(cè)壁上設(shè)有低壓氣體出口16；穩(wěn)壓薄膜2夾在底板1和中板3之間，調(diào)壓螺母13安裝在底板1中，正對(duì)減壓閥芯14，用于調(diào)節(jié)穩(wěn)壓薄膜2的預(yù)變形，從而改變減壓腔15內(nèi)的穩(wěn)定氣壓值，即調(diào)節(jié)減壓器的輸出氣壓。對(duì)于滾動(dòng)式滾珠閥芯截?cái)嚅y部分而言，頂板6作為閥蓋，中板3作為閥座，底板1作為底座；閥座內(nèi)的氣體入口18通過中板3上的平面管道17，與減壓器的低壓氣體出口16相連；滾珠導(dǎo)軌7在滑板8的兩邊；固定在頂板6和滑板8內(nèi)的永磁鋼9相互吸引，因此滑板8把滾珠閥芯10壓緊在密封薄膜4和氣體入口18上；密封薄膜4將中板3內(nèi)的流體和頂板6隔開；平面噴管19加工在中板3上表面，位于截?cái)嚅y出口處。
所述平面微細(xì)工藝加工的微型一體結(jié)構(gòu)冷氣推進(jìn)器，其減壓器和截?cái)嚅y兩部分共用底板1、中板3、頂板6三層，該底板1、中板3、頂板6為平面結(jié)構(gòu)，將各腔體、管道、彈性梁和彈性薄膜、減壓閥芯和密封閥芯集成在各層上，不需要外裝配。對(duì)于減壓器部分而言，頂板6和中板3組合形成閥座，底板1則作為底座和高壓氣源入口11；預(yù)緊板簧5、密封閥芯12和高壓氣源入口11集成在底板1上；穩(wěn)壓薄膜2和減壓腔15集成在頂板6上；減壓閥芯14分成兩部分，上半部在頂板6內(nèi)并與穩(wěn)壓薄膜2集成在一起，位于減壓腔15中央，下半部通過一彈性梁支撐20固定在中板3上，在頂板6和中板3裝配在一起后，作為減壓閥芯14整體移動(dòng)；減壓腔15與減壓閥芯14的高度差決定了減壓器輸出壓力，因此不需要為減壓器設(shè)置閥蓋和調(diào)壓結(jié)構(gòu)；減壓腔15內(nèi)的低壓氣體通過中板3上的低壓氣體出口16和底板1上的平面管道17導(dǎo)出到截?cái)嚅y；對(duì)于截?cái)嚅y部分而言，頂板6、中板3、底板1分別作為閥蓋、閥座和底座；底板1上表面的平面管道17將減壓器的低壓氣體出口16和截?cái)嚅y的氣體入口18聯(lián)通；密封薄膜4集成在頂板6的下表面，其上裝配有滾珠閥芯10，通過該密封薄膜4壓緊或者打開氣體入口18，實(shí)現(xiàn)該截?cái)嚅y的截?cái)?開啟；滾珠閥芯10、滾珠導(dǎo)軌7、滑板8、永磁鋼9和致動(dòng)器外置。采用懸涂工藝在各層間的結(jié)合表面上制作高分子柔性介質(zhì)薄膜21，保證閥芯與閥座之間的可靠密封，同時(shí)充當(dāng)層間密封介質(zhì)防止外泄漏。平面噴管19位于中板3的上表面、截?cái)嚅y出口處。
所述高分子柔性介質(zhì)薄膜21為液態(tài)硅橡膠材料如KE103，或者聚酰亞胺。
本發(fā)明的有益效果是1.以彈性膜而不是普通彈簧作為減壓器中的預(yù)緊和調(diào)壓的彈性元件；這些薄膜同時(shí)作為各零件裝配面之間的密封材料，這種改進(jìn)簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)和加工裝配工藝，特別是省去了彈簧及其連接件，大大減小了減壓器的縱向尺寸，易于小型化。
2.滾動(dòng)式滾珠閥芯截?cái)嚅y采用滾珠閥芯，且閥芯以滾動(dòng)方式移動(dòng)，閥芯的致動(dòng)方向與流體壓力方向垂直，致動(dòng)器動(dòng)作不需要直接克服流體壓力和滑動(dòng)閥芯滑動(dòng)摩擦阻力，對(duì)于相同的流體壓力，可以采用體積更小的致動(dòng)器，或者對(duì)于相同的致動(dòng)器，額定工作壓力更高；閥門關(guān)閉狀態(tài)下，密封面積小，局部壓強(qiáng)大，保證了密封的可靠性；3.滾動(dòng)式滾珠閥芯截?cái)嚅y采用永磁吸引力提供密封壓緊，磁力為非接觸作用，省去了彈性元件及其安裝結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且永磁壓緊力同時(shí)為致動(dòng)器提供了橫向恢復(fù)力；在閥門關(guān)閉狀態(tài)下，滾珠閥芯落在閥口中，磁極間距最小，壓緊力最大，有利于密封，而在閥門開啟狀態(tài)下，滾珠閥芯離開閥口，磁極間距變大，壓緊力和滾動(dòng)摩阻相應(yīng)減小，有利于致動(dòng)器的可靠動(dòng)作；并且僅需改變磁極和滾珠閥芯的裝配位置，就能將閥門組態(tài)為常開或常閉的不同類型，使用更加靈活。
4.采用懸涂工藝在各層間的結(jié)合表面上制作高分子柔性介質(zhì)薄膜，保證閥芯與閥座之間的可靠密封，同時(shí)充當(dāng)層間密封介質(zhì)防止外泄漏。
5.減壓器、滾動(dòng)式滾珠閥芯截?cái)嚅y和噴管等主要部件為一體化設(shè)計(jì)，其優(yōu)點(diǎn)在于省去了裝配結(jié)構(gòu)和管道連接，減小了系統(tǒng)的重量尺寸；此外由于縮減了連接管道，系統(tǒng)死區(qū)容積大大減小，可以提高系統(tǒng)的控制精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。
6.系統(tǒng)的主要部件為平面結(jié)構(gòu)，易于向平面微細(xì)工藝移植，而且，在平面微細(xì)工藝的微型一體結(jié)構(gòu)冷氣推進(jìn)器中，各腔體、管道、彈性薄膜和彈性梁、減壓閥芯和密封閥芯等都與其他結(jié)構(gòu)集成為一體，不需要外裝配，進(jìn)一步減小了器件尺寸，提高集成度和控制精度。


圖1a為精密機(jī)械加工工藝的小型一體結(jié)構(gòu)冷氣推進(jìn)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1b為圖1a的A-A剖視圖。
圖2a為平面微細(xì)工藝的微型一體結(jié)構(gòu)冷氣推進(jìn)器的頂板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2b為平面微細(xì)工藝的微型一體結(jié)構(gòu)冷氣推進(jìn)器的中板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2c為平面微細(xì)工藝的微型一體結(jié)構(gòu)冷氣推進(jìn)器的底板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2d為平面微細(xì)工藝的微型一體結(jié)構(gòu)冷氣推進(jìn)器的裝配圖。
圖3a為平面結(jié)構(gòu)的微小型減壓器的密封閥芯關(guān)閉狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3b為平面結(jié)構(gòu)的微小型減壓器的密封閥芯開啟狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4a為滾動(dòng)式滾珠閥芯截?cái)嚅y閥門關(guān)閉狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4b為滾動(dòng)式滾珠閥芯截?cái)嚅y閥門開啟狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4c為圖4a的A-A剖視圖，即滾動(dòng)式滾珠閥芯截?cái)嚅y的密封壓緊和滑板導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明為微小型一體結(jié)構(gòu)冷氣推進(jìn)器，由平面結(jié)構(gòu)微小型減壓器、滾動(dòng)式滾珠閥芯截?cái)嚅y和微小型平面噴管組成。根據(jù)所設(shè)計(jì)冷氣推進(jìn)器的尺寸和推力的大小不同，需要采用不同的加工裝配工藝，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和特點(diǎn)也有所差異。圖1所示為采用精密機(jī)械加工工藝制作的40mm小型一體結(jié)構(gòu)冷氣推進(jìn)器，；圖2所示為采用平面微細(xì)工藝制作的5mm微型一體結(jié)構(gòu)冷氣推進(jìn)器，其中圖2(a)、圖2(b)、圖2(c)為其分層結(jié)構(gòu)示意圖，圖2(d)為其裝配圖。
圖1所示為40mm的小型一體結(jié)構(gòu)冷氣推進(jìn)器，其減壓器和截?cái)嚅y兩部分共用底板1、中板3、頂板6和密封薄膜4組成一體化結(jié)構(gòu)。密封薄膜4在中板3上表面。減壓器的穩(wěn)壓薄膜2同時(shí)作為底板1和中板3之間的密封填料。預(yù)緊板簧5位于頂板6和密封薄膜4之間。底板1、中板3、頂板6、穩(wěn)壓薄膜2、密封薄膜4和預(yù)緊板簧5均為平面結(jié)構(gòu)，減壓器和滾動(dòng)式滾珠閥芯截?cái)嚅y并列布置。對(duì)于減壓器部分而言，頂板6作為底座，中板3作為閥座，底板1作為閥蓋；頂板6中為減壓器開有高壓氣源入口11，密封閥芯12置于預(yù)緊板簧5和密封薄膜4之間，對(duì)準(zhǔn)閥座(中板3)上的閥口；減壓閥芯14位于減壓腔15內(nèi)，穩(wěn)壓薄膜2和密封薄膜4之間；減壓腔15的側(cè)壁上設(shè)有低壓氣體出口16；穩(wěn)壓薄膜2夾在底板1和中板3之間，調(diào)壓螺母13安裝在底板1中，正對(duì)減壓閥芯14，用于調(diào)節(jié)穩(wěn)壓薄膜2的預(yù)變形，從而改變減壓腔15內(nèi)的穩(wěn)定氣壓值，即調(diào)節(jié)減壓器的輸出氣壓。對(duì)于滾動(dòng)式滾珠閥芯截?cái)嚅y部分而言，頂板6作為閥蓋，中板3作為閥座，底板1作為底座；閥座內(nèi)的氣體入口18通過中板3上的平面管道17，與減壓器的低壓氣體出口16相連；滾珠導(dǎo)軌7在滑板8的兩邊；固定在頂板6和滑板8內(nèi)的永磁鋼9相互吸引，因此滑板8把滾珠閥芯10壓緊在密封薄膜4和氣體入口18上；密封薄膜4將閥座(中板3)內(nèi)的流體和閥蓋(頂板6)隔開；平面噴管19加工在中板3上表面，位于截?cái)嚅y出口處。
圖2(a)、圖2(b)、圖2(c)、圖2(d)所示為5mm的平面微細(xì)工藝加工的微型一體結(jié)構(gòu)冷氣推進(jìn)器，其減壓器和截?cái)嚅y兩部分共用底板1、中板3、頂板6三層，該底板1、中板3、頂板6為平面結(jié)構(gòu)，將各腔體、管道、彈性梁和彈性薄膜、減壓閥芯和密封閥芯集成在各層上，不需要外裝配。對(duì)于減壓器部分而言，頂板6和中板3組合形成閥座，底板1則作為底座和高壓氣源入口11；預(yù)緊板簧5、密封閥芯12和高壓氣源入口11集成在底板1上；穩(wěn)壓薄膜2和減壓腔15集成在頂板6上；減壓閥芯14分成兩部分，上半部在頂板6內(nèi)并與穩(wěn)壓薄膜2集成在一起，位于減壓腔15中央，下半部通過一彈性梁支撐20固定在中板3上，在頂板6和中板3裝配在一起后，這兩半部分之間產(chǎn)成彈性預(yù)壓力，作為減壓閥芯14整體移動(dòng)；減壓腔15與減壓閥芯14的高度差決定了減壓器輸出壓力，因此不需要為減壓器設(shè)置閥蓋和調(diào)壓結(jié)構(gòu)；減壓腔15內(nèi)的低壓氣體通過中板3上的低壓氣體出口16和底板1上的平面管道17導(dǎo)出到截?cái)嚅y；對(duì)于截?cái)嚅y部分而言，頂板6、中板3、底板1分別作為閥蓋、閥座和底座；底板1上表面的平面管道17將減壓器的低壓氣體出口16和截?cái)嚅y的氣體入口18聯(lián)通；密封薄膜4集成在頂板6的下表面，其上裝配有滾珠閥芯10，通過該密封薄膜4壓緊或者打開氣體入口18，實(shí)現(xiàn)該截?cái)嚅y的截?cái)?開啟；滾珠閥芯10、滾珠導(dǎo)軌7、滑板8、永磁鋼9和致動(dòng)器外置。采用懸涂工藝在各層間的結(jié)合表面上制作高分子柔性介質(zhì)薄膜21，保證閥芯與閥座之間的可靠密封，同時(shí)充當(dāng)層間密封介質(zhì)防止外泄漏。平面噴管19位于中板3的上表面、截?cái)嚅y出口處。
所述高分子柔性介質(zhì)薄膜21為液態(tài)硅橡膠材料(如KE103)或者聚酰亞胺等。
圖2(a)、圖2(b)、圖2(c)所示的三層平面部件可采用硅工藝或者LIGA工藝制作。如果采用硅工藝，基底材料是單晶硅，采用ICP(感應(yīng)耦合等離子體刻蝕)工藝加工腔體和管道，并結(jié)合犧牲層工藝實(shí)現(xiàn)中層板上減壓閥芯的彈性梁支承結(jié)構(gòu)(見圖2b-中板結(jié)構(gòu))。如果采用LIGA工藝，材料是金屬銅或鎳，利用多層電鑄工藝(對(duì)本設(shè)計(jì)為三層電鑄)形成各腔體和管道、穩(wěn)壓薄膜、密封薄膜、預(yù)緊板簧和中層板上減壓閥芯的彈性梁支承等結(jié)構(gòu)。
圖3所示為為平面結(jié)構(gòu)的微小型減壓器結(jié)構(gòu)和工作原理示意圖，是圖1a的左半部分的倒置圖，其工作原理如下。如圖3(a)所示，當(dāng)減壓腔15內(nèi)的壓力等于或高于減壓器調(diào)定壓力時(shí)，穩(wěn)壓薄膜2被氣壓頂起，減壓閥芯14被釋放，密封閥芯12在預(yù)緊板簧5的作用下，將密封薄膜4壓緊在閥座(中板3)的閥口上，阻斷氣流。如圖3(b)所示，當(dāng)減壓腔15內(nèi)的壓力低于減壓器調(diào)定壓力時(shí)，不足以頂起穩(wěn)壓薄膜2，因?yàn)榉€(wěn)壓薄膜2的彈性回復(fù)作用，減壓閥芯14向下移動(dòng)，頂開密封閥芯12，氣流經(jīng)過高壓氣源入口11、預(yù)緊板簧5和密封薄膜4上的開口、密封薄膜4與閥座(中板3)之間的縫隙進(jìn)入減壓腔15，使腔內(nèi)壓力提高。以上過程交替進(jìn)行，使減壓腔15內(nèi)的壓力穩(wěn)定在調(diào)定壓力附近；減壓后的氣體由低壓氣體出口16導(dǎo)出，并通過平面管道17進(jìn)入滾動(dòng)式滾珠閥芯截?cái)嚅y的氣體入口18(如圖1所示)。減壓腔15作用直徑(即內(nèi)徑)遠(yuǎn)大于密封閥芯12的直徑，因此，既使高壓氣源的輸入壓強(qiáng)變化范圍很大，輸出壓力的波動(dòng)依然很小。調(diào)節(jié)調(diào)壓螺母13的位置，可以改變穩(wěn)壓薄膜2的預(yù)緊力，從而改變減壓器的調(diào)定輸出壓力。
圖4所示為滾動(dòng)式滾珠閥芯截?cái)嚅y的結(jié)構(gòu)和工作原理原理示意圖，是圖1(a)的右半部分。其工作原理如下?；?與外接致動(dòng)器相連(如圖1b所示)，致動(dòng)器的致動(dòng)方向?yàn)樗阶笥?。閥門的關(guān)閉狀態(tài)如圖4(a)所示，滾珠閥芯10位于閥座(中板3)上閥門氣體入口18的正上方，滑板8通過滾珠閥芯10把密封薄膜4壓緊在氣體入口18上，隔斷流體通道。閥門的開啟狀態(tài)如圖4(b)所示。與圖4(a)相比，外接致動(dòng)器帶動(dòng)滑板8水平移動(dòng)，而滾珠閥芯10也隨之滾動(dòng)離開氣體入口18，密封薄膜4在自身彈性回復(fù)和氣體壓力的作用下，形成流體通道23，氣體入口18和設(shè)置在中板3上表面并位于截?cái)嚅y出口處的平面噴管19連通。
截?cái)嚅y的密封壓緊結(jié)構(gòu)和滑板8的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)如圖4(c)、圖1(b)所示。在滑板8和頂板6上分別裝有極性相反的永磁鋼9，利用永磁吸引力將滾珠閥芯10壓緊在密封薄膜4和閥座(中板3)上，實(shí)現(xiàn)閥門的截?cái)嗪兔芊?。兩組永磁鋼9對(duì)稱于滾珠閥芯10布置，使得磁力的作用中心恰好落在滾珠閥芯10上，理想狀態(tài)下沒有不平衡力矩，以免影響致動(dòng)器的正常工作。永磁吸引力在提供縱向壓緊的同時(shí)，還能為致動(dòng)器提供橫向回復(fù)力；僅需改變磁極9和滾珠閥芯10的裝配位置，就能將閥門組態(tài)為常開或常閉不同類型，使用更加靈活；滾珠導(dǎo)軌7的作用是為滑板8和外接致動(dòng)器的縱向運(yùn)動(dòng)提供導(dǎo)向；并防止滑板8左右(按圖4c視圖方向定義)翻滾。
權(quán)利要求
1.一種微小型一體結(jié)構(gòu)冷氣推進(jìn)器，包含精密機(jī)械工藝和平面微細(xì)工藝兩種工藝制成的微小型一體結(jié)構(gòu)冷氣推進(jìn)器，由微小型減壓器、滾動(dòng)式滾珠閥芯截?cái)嚅y和微小型平面噴管組成，其特征在于所述精密機(jī)械工藝加工的微小型一體結(jié)構(gòu)冷氣推進(jìn)器的減壓器和截?cái)嚅y并列布置，兩部分共用底板(1)、中板3)、頂板(6)和密封薄膜(4)組成一體化結(jié)構(gòu)；密封薄膜(4)在中板(3)上表面，減壓器的穩(wěn)壓薄膜(2)同時(shí)作為底板(1)和中板(3)之間的密封填料，預(yù)緊板簧(5)位于頂板(6)和密封薄膜(4)之間；底板(1)、中板(3)、頂板(6)、穩(wěn)壓薄膜(2)、密封薄膜(4)和預(yù)緊板簧(5)均為平面結(jié)構(gòu)；對(duì)于減壓器部分而言，頂板(6)作為底座，中板(3)作為閥座，底板(1)作為閥蓋；頂板(6)中開有減壓器的高壓氣源入口(11)，密封閥芯(12)置于預(yù)緊板簧(5)和密封薄膜(4)之間，對(duì)準(zhǔn)閥座中板(3)上的閥口；減壓閥芯(14)位于減壓腔(15)內(nèi)，穩(wěn)壓薄膜(2)和密封薄膜(4)之間；減壓腔(15)的側(cè)壁上設(shè)有低壓氣體出口(16)；穩(wěn)壓薄膜(2)夾在底板(1)和中板(3)之間，調(diào)壓螺母(13)安裝在底板(1)中，正對(duì)減壓閥芯(14)，用于調(diào)節(jié)穩(wěn)壓薄膜(2)的預(yù)變形，從而改變減壓腔(15)內(nèi)的穩(wěn)定氣壓值，即調(diào)節(jié)減壓器的輸出氣壓，對(duì)于滾動(dòng)式滾珠閥芯截?cái)嚅y部分而言，頂板(6)作為閥蓋，中板(3)作為閥座，底板(1)作為底座；閥座內(nèi)的氣體入口(18)通過中板(3)上的平面管道(17)，與減壓器的低壓氣體出口(16)相連；滾珠導(dǎo)軌(7)在滑板(8)的兩邊；固定在頂板(6)和滑板(8)內(nèi)的永磁鋼(9)相互吸引，因此滑板(8)把滾珠閥芯(10)壓緊在密封薄膜(4)和氣體入口(18)上；密封薄膜(4)將中板(3)內(nèi)的流體和頂板(6)隔開；平面噴管(19)加工在中板(3)上表面，位于截?cái)嚅y出口處；所述平面微細(xì)工藝加工的微型一體結(jié)構(gòu)冷氣推進(jìn)器，其減壓器和截?cái)嚅y兩部分共用底板(1)、中板(3)、頂板(6)三層，該底板(1)、中板(3)、頂板(6)為平面結(jié)構(gòu)，將各腔體、管道、彈性梁和彈性薄膜、減壓閥芯和密封閥芯集成在各層上，不需要外裝配；對(duì)于減壓器部分而言，頂板(6)和中板(3)組合形成閥座，底板(1)則作為底座和高壓氣源入口(11)；預(yù)緊板簧(5)、密封閥芯(12)和高壓氣源入口(11)集成在底板(1)上；穩(wěn)壓薄膜(2)和減壓腔(15)集成在頂板(6)上；減壓閥芯(14)分成兩部分，上半部在頂板(6)內(nèi)并與穩(wěn)壓薄膜(2)集成在一起，位于減壓腔(15)中央，下半部通過一彈性梁支撐(20)固定在中板(3)上，在頂板(6)和中板(3)裝配在一起后，這兩半部分之間產(chǎn)成彈性預(yù)壓力，作為減壓閥芯(14)整體移動(dòng)；減壓腔(15)與減壓閥芯(14)的高度差決定了減壓器輸出壓力，因此不需要為減壓器設(shè)置閥蓋和調(diào)壓結(jié)構(gòu)；減壓腔(15)內(nèi)的低壓氣體通過中板(3)上的低壓氣體出口(16)和底板(1)上的平面管道(17)導(dǎo)出到截?cái)嚅y；對(duì)于截?cái)嚅y部分而言，頂板(6)、中板(3)、底板(1)分別作為閥蓋、閥座和底座；底板(1)上表面的平面管道(17)將減壓器的低壓氣體出口(16)和截?cái)嚅y的氣體入口(18)聯(lián)通；密封薄膜(4)集成在頂板(6)的下表面，其上裝配有滾珠閥芯(10)，通過該密封薄膜(4)壓緊或者打開氣體入口(18)，實(shí)現(xiàn)該截?cái)嚅y的截?cái)?開啟；滾珠閥芯(10)、滾珠導(dǎo)軌(7)、滑板(8)、永磁鋼(9)和致動(dòng)器外置。采用懸涂工藝在各層間的結(jié)合表面上制作高分子柔性介質(zhì)薄膜(21)，保證閥芯與閥座之間的可靠密封，同時(shí)充當(dāng)層間密封介質(zhì)防止外泄漏，平面噴管(19)位于中板(3)的上表面、截?cái)嚅y出口處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述微小型一體結(jié)構(gòu)冷氣推進(jìn)器，其特征在于所述高分子柔性介質(zhì)薄膜為液態(tài)硅橡膠材料如KE103、或者聚酰亞胺。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于精密機(jī)械和航天推進(jìn)技術(shù)中微型流體控制元件范圍的一種用于衛(wèi)星姿態(tài)和位置控制的微小型一體結(jié)構(gòu)冷氣推進(jìn)器。其減壓器、截?cái)嚅y兩部分以共用底座、閥座、閥蓋和密封薄膜等主要部件組成一體化結(jié)構(gòu)，微小型平面噴管也直接加工在截?cái)嚅y的氣體出口附近。用彈性薄膜和板簧結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)減壓器中的彈簧或活塞來實(shí)現(xiàn)高壓氣體的減壓和穩(wěn)壓，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)和加工裝配工藝、采用滾動(dòng)式滾珠閥芯的截?cái)嘣硖岣呓財(cái)嚅y的控制壓力，并借助永磁吸力提供截?cái)嚅y的密封壓緊力和致動(dòng)器的回復(fù)力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅需改變磁極和滾珠閥芯的裝配位置，就能將閥門組態(tài)為常開或常閉不同類型，使用更加靈活。減壓器和滾動(dòng)式滾珠閥芯截?cái)嚅y的主要部件采用平面結(jié)構(gòu)和一體化設(shè)計(jì)，易于向平面微細(xì)工藝移植，將各腔體、管道、彈性薄膜和彈性梁、減壓閥芯和密封閥芯等與其他結(jié)構(gòu)集成為一體，不需要外裝配，進(jìn)一步減小了器件尺寸，提高集成度和控制精度。
文檔編號(hào)F02K9/00GK1486904SQ0314616
公開日2004年4月7日 申請(qǐng)日期2003年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月25日
發(fā)明者李勇, 陳旭鵬, 周兆英, 李 勇 申請(qǐng)人:清華大學(xué)