一种宽推力调节范围的混合模式离子液体推进系统及方法技术方案

一种宽推力调节范围的混合模式离子液体推进系统，包括增压药柱罐等；增压药柱罐下游连接自锁阀LV1的一端，自锁阀LV1的另一端连接增压气体气容的一端，增压气体气容的另一端连接压力传感器PT1和自锁阀LV2的一端，自锁阀LV2的另一端连接过滤器F1的一端，过滤器F1的另一端连接加排阀MV1、压力传感器PT2和混合模式离子液体推进剂贮箱的一端；混合模式离子液体推进剂贮箱的另一端连接加排阀MV2、压力传感器PT3和过滤器F2的一端，过滤器F2的另一端分别连接自锁阀LV3的一端和自锁阀LV4的一端；自锁阀LV3的另一端连接化学推力器，自锁阀LV4的另一端连接MEMS电喷雾推力器。本发明专利技术解决了现有单一推进系统无法同时满足较大推力和高精度小推力的综合需求的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种宽推力调节范围的混合模式离子液体推进系统及方法
本专利技术属于混合模式液体推进
，涉及一种混合模式离子液体推进系统及方法。
技术介绍
微纳卫星群协同工作时，组网期间快速机动变轨需要发动机可以提供较大的推力(0.1牛到1牛量级)，而长期运行期间精确位置和姿态调控则需要高精度小推力(微牛量级到毫牛量级)的输出，现有星上推进系统/模块尚无法可以同时满足这两种需求。现有解决方法需要提供两套或者更多套推进系统分别满足不同推力量级的需求，这将给整个在轨运行系统带来质量和体积的更大负担。此外，对于不同的推进方式需要提前配置一定量的推进剂，为了保证系统的冗余，每个推进系统均需要配置一定余量的推进剂，这也会带来过量冗余的推进剂负担。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种宽推力调节范围的混合模式离子液体推进系统及方法，解决了现有单一推进系统无法同时满足较大推力和高精度小推力的综合需求的问题，同时可以解决推进剂的大量冗余问题，减小整个推进系统的体积和重量。本专利技术所采用的技术方案是：一种宽推力调节范围的混合模式离子液体推进系统，包括增压药柱罐、自锁阀LV1、增压气体气容、压力传感器PT1、自锁阀LV2、加排阀MV1、压力传感器PT2、过滤器F1、混合模式离子液体推进剂贮箱、加排阀MV2、压力传感器PT3、过滤器F2、自锁阀LV3、化学推力器、自锁阀LV4、MEMS电喷雾推力器；增压药柱罐下游连接自锁阀LV1的一端，自锁阀LV1的另一端连接增压气体气容的一端，增压气体气容的另一端连接压力传感器PT1和自锁阀LV2的一端，自锁阀LV2的另一端连接过滤器F1的一端，过滤器F1的另一端连接加排阀MV1、压力传感器PT2和混合模式离子液体推进剂贮箱的一端；混合模式离子液体推进剂贮箱的另一端连接加排阀MV2、压力传感器PT3和过滤器F2的一端，过滤器F2的另一端分别连接自锁阀LV3的一端和自锁阀LV4的一端；自锁阀LV3的另一端连接化学推力器，自锁阀LV4的另一端连接MEMS电喷雾推力器。所述增压药柱罐中设置12～36个增压药柱；增压药柱为叠氮化物。所述增压气体气容中的压力值可以设定为1.5MPa～1.8MPa。所述混合模式离子液体推进剂贮箱中存储混合模式离子液体推进剂，混合模式离子液体推进剂为单组元推进剂，单组元推进剂包括氧化剂、离子液体燃料、溶剂。化学推力器中装填的催化剂为铂基催化剂或贵金属基催化剂。混合模式离子液体推进剂贮箱中的压力值可以设定为1.2MPa～1.8MPa。MEMS电喷雾推力器是单个推力器、推力器簇或推力器阵列。基于所述的混合模式离子液体推进系统的推进方法，包括步骤如下：步骤1、在轨运行期间，接到工作启动指令后，通过压力传感器PT1和压力传感器PT2监测增压气体气容和混合模式离子液体推进剂贮箱内的压力值；若增压气体气容和混合模式离子液体推进剂贮箱内的压力值低于设定区间的下限值，则进入步骤2；若增压气体气容和混合模式离子液体推进剂贮箱内的压力值处于设定区间内，当需要产生大于0.1N的推力时进入步骤3，当需要产生精确调控推力时进入步骤4；步骤2、增压药柱罐内的增压药柱工作，产生增压气体，打开自锁阀LV1，增压气体流经自锁阀LV1进入增压气体气容；压力传感器PT1检测增压气体气容中的气体压力，当压力达到设定区间时，则关闭自锁阀LV1，打开自锁阀LV2，增压气体气容中的增压气体流经自锁阀LV2和过滤器F1，进入混合模式离子液体推进剂贮箱，同时用压力传感器PT2监测混合模式离子液体推进剂贮箱中的压力，混合模式离子液体推进剂贮箱中压力达到设定区间时，则关闭自锁阀LV2，返回步骤1；步骤3、打开自锁阀LV3，使混合模式离子液体推进剂贮箱中的混合模式离子液体推进剂流经过滤器F2和自锁阀LV3，达到化学推力器，混合模式离子液体推进剂在化学推力器中催化剂作用下催化燃烧点火产生推力；然后，关闭自锁阀LV3，化学推力器停止工作；步骤4、打开自锁阀LV4，使混合模式离子液体推进剂贮箱中的混合模式离子液体推进剂流经过滤器F2和自锁阀LV4，达到MEMS电喷雾推力器，混合模式离子液体推进剂在MEMS电喷雾推力器中电场作用下电离并喷出，产生精确调控推力；然后，关闭自锁阀LV4，MEMS电喷雾推力器停止工作。所述步骤2中，若在操作过程中混合模式离子液体推进剂贮箱超过设定的极限值，则打开加排阀MV1排出多余气体，采用压力传感器PT3检测混合模式离子液体推进剂贮箱中压力值，达到设定区间后关闭加排阀MV1。精确调控推力指微牛到毫牛量级的推力。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术采用增压药柱为混合模式离子液体推进剂贮箱增压，大大减少了增压气瓶的体积和重量；且可以通过增加增压药柱数量实现混合模式离子液体推进剂贮箱的多次反复增压；(2)本专利技术采用一套推进系统，共用推进剂贮供模块，实现了从微牛到牛级别(相差六个数量级)的推力范围，与单个推力器的系统相比大大提升了推力变化范围；(3)本专利技术采用一套推进系统，共用推进剂贮供模块，实现了从微牛到牛级别(相差六个数量级)的推力范围，与多个推力量级采用不同推进系统相比，大大减小了整个推进相关装置的体积和重量；(4)本专利技术共用推进剂贮供模块，则无需提前根据假定任务量提前设定不同量级推力模块的推进剂量，由于提前设定的任务量必须在不同量级推力模块上均设置推进剂冗余量(即需要多带一部分推进剂)，采用这种方式使得最推进剂冗余量可以将到很低。附图说明图1为宽推力调节范围的混合模式离子液体推进系统结构图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行进一步说明。如图1所示，一种宽推力调节范围的混合模式离子液体推进系统，包括增压药柱罐、自锁阀LV1、增压气体气容、压力传感器PT1、自锁阀LV2、加排阀MV1、压力传感器PT2、过滤器F1、混合模式离子液体推进剂贮箱、加排阀MV2、压力传感器PT3、过滤器F2、自锁阀LV3、化学推力器、自锁阀LV4、MEMS电喷雾推力器；增压药柱罐下游连接自锁阀LV1的一端，自锁阀LV1的另一端连接增压气体气容的一端，增压气体气容的另一端连接压力传感器PT1和自锁阀LV2的一端，自锁阀LV2的另一端连接过滤器F1的一端，过滤器F1的另一端连接加排阀MV1、压力传感器PT2和混合模式离子液体推进剂贮箱的一端；混合模式离子液体推进剂贮箱的另一端连接加排阀MV2、压力传感器PT3和过滤器F2的一端，过滤器F2的另一端分别连接自锁阀LV3的一端和自锁阀LV4的一端；自锁阀LV3的另一端连接化学推力器，自锁阀LV4的另一端连接MEMS电喷雾推力器。增压药柱：可以为叠氮化物(如叠氮化钠)混合模式离子液体推进剂：可以为多组分含能离子液体推进剂，由氧化剂(硝酸羟铵-Hydroxylammoniumnitrate，缩写为HAN；或二硝酰胺铵-AmmoniumDinitramide，缩写为ADN)、离子液体燃料([Bmim][NO3]、[Bmim][dca]及[Emim][EtSO4]、[Emim][BF4]、[Emim][Im]等)或添加少量溶剂组成的单组元推进剂，其具备冰点低、蒸汽压低、推进剂组分主要以离子状态存在等特点，同时推进剂中具有可催化分解的氧化剂，可同时满足单组元化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽推力调节范围的混合模式离子液体推进系统，其特征在于，包括增压药柱罐、自锁阀LV1、增压气体气容、压力传感器PT1、自锁阀LV2、加排阀MV1、压力传感器PT2、过滤器F1、混合模式离子液体推进剂贮箱、加排阀MV2、压力传感器PT3、过滤器F2、自锁阀LV3、化学推力器、自锁阀LV4、MEMS电喷雾推力器；增压药柱罐下游连接自锁阀LV1的一端，自锁阀LV1的另一端连接增压气体气容的一端，增压气体气容的另一端连接压力传感器PT1和自锁阀LV2的一端，自锁阀LV2的另一端连接过滤器F1的一端，过滤器F1的另一端连接加排阀MV1、压力传感器PT2和混合模式离子液体推进剂贮箱的一端；混合模式离子液体推进剂贮箱的另一端连接加排阀MV2、压力传感器PT3和过滤器F2的一端，过滤器F2的另一端分别连接自锁阀LV3的一端和自锁阀LV4的一端；自锁阀LV3的另一端连接化学推力器，自锁阀LV4的另一端连接MEMS电喷雾推力器。

【技术特征摘要】
1.一种宽推力调节范围的混合模式离子液体推进系统，其特征在于，包括增压药柱罐、自锁阀LV1、增压气体气容、压力传感器PT1、自锁阀LV2、加排阀MV1、压力传感器PT2、过滤器F1、混合模式离子液体推进剂贮箱、加排阀MV2、压力传感器PT3、过滤器F2、自锁阀LV3、化学推力器、自锁阀LV4、MEMS电喷雾推力器；增压药柱罐下游连接自锁阀LV1的一端，自锁阀LV1的另一端连接增压气体气容的一端，增压气体气容的另一端连接压力传感器PT1和自锁阀LV2的一端，自锁阀LV2的另一端连接过滤器F1的一端，过滤器F1的另一端连接加排阀MV1、压力传感器PT2和混合模式离子液体推进剂贮箱的一端；混合模式离子液体推进剂贮箱的另一端连接加排阀MV2、压力传感器PT3和过滤器F2的一端，过滤器F2的另一端分别连接自锁阀LV3的一端和自锁阀LV4的一端；自锁阀LV3的另一端连接化学推力器，自锁阀LV4的另一端连接MEMS电喷雾推力器。2.根据权利要求1所述的一种宽推力调节范围的混合模式离子液体推进系统，其特征在于：所述增压药柱罐中设置12～36个增压药柱；增压药柱为叠氮化物。3.根据权利要求2所述的一种宽推力调节范围的混合模式离子液体推进系统，其特征在于：所述增压气体气容中的压力值可以设定为1.5MPa～1.8MPa。4.根据权利要求3所述的一种宽推力调节范围的混合模式离子液体推进系统，其特征在于：所述混合模式离子液体推进剂贮箱中存储混合模式离子液体推进剂，混合模式离子液体推进剂为单组元推进剂，单组元推进剂包括氧化剂、离子液体燃料、溶剂。5.根据权利要求4所述的一种宽推力调节范围的混合模式离子液体推进系统，其特征在于：化学推力器中装填的催化剂为铂基催化剂或贵金属基催化剂。6.根据权利要求5所述的一种宽推力调节范围的混合模式离子液体推进系统，其特征在于：混合模式离子液体推进剂贮箱中的压力值可以设定为1.2MPa～1.8MPa。7.根据权利要求6所述的一种宽推力调节范围的混合模式离子液体推进系统，其特征在于：MEMS电喷雾推力器是单个推力器、推力器簇或推...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈岩，耿金越，姚兆普，龙军，刘旭辉，秦宇，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11