一种高压强、大流量液氧煤油发动机等离子体点火装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及非自燃推进剂火箭发动机点火装置，具体涉及一种高压强、大流量液氧煤油发动机等离子体点火装置。包括气源、等离子体炬、电源模块及控制单元；气源的出口通过高压电磁阀及供气管路与等离子体炬的进气口连通；控制单元包括驱动模块及测控模块；驱动模块的输出端通过电缆与等离子体炬的电信号输入端连接，用于提供驱动等离子体炬的电信号；测控模块与高压电磁阀、驱动模块及电源模块连接，用于根据外部控制指令，控制高压电磁阀和驱动模块的开启和关闭，并反馈电源模块的温度和驱动模块的输出电信号参数；电源模块用于给电磁阀供电。

【技术实现步骤摘要】
一种高压强、大流量液氧煤油发动机等离子体点火装置
本专利技术涉及非自燃推进剂火箭发动机点火装置，具体涉及一种高压强、大流量液氧煤油发动机等离子体点火装置。
技术介绍
目前，非自燃推进剂的点火装置多为电爆管、点火剂、火花塞。电爆管和点火剂点火，安全性差、难实现多次启动，普通火花塞点火能量低、点火可靠性一般的缺点。为实现非自燃推进剂火箭发动机的多次启动，提高点火可靠性，等离子体点火技术是一种有效的途径。但是常规等离子体点火器无法在高室压条件下运行、集成度和自动化程度不高，在机载装配性、便携性、可靠性方面，存在缺点和不足。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有点火技术在安全性、可重复使用性、便携性方面的缺点和不足，提供一种高压强、大流量液氧煤油发动机等离子体点火装置。本专利技术的技术解决方案是提供一种高压强、大流量液氧煤油发动机等离子体点火装置，其特殊之处在于：包括气源、等离子体炬、电源模块及控制单元；上述气源的出口通过高压电磁阀及供气管路与等离子体炬的进气口连通；上述控制单元包括驱动模块及测控模块；上述驱动模块的输出端通过电缆与等离子体炬的电信号输入端连接，用于提供驱动等离子体炬的电信号；上述测控模块与高压电磁阀、驱动模块及电源模块连接，用于根据外部控制指令，控制高压电磁阀和驱动模块的开启和关闭，并反馈电源模块的温度和驱动模块的输出电信号参数；上述电源模块用于给电磁阀供电。优选地，为了实现等离子体炬在低功率工况下可靠启动并较长时间稳定运行，上述等离子体炬包括壳体，及位于壳体内部的阴极、两个阳极、气旋器及绝缘陶瓷；上述阳极与阴极为耐高温、抗氧化材料；上述阴极阳极之间通过绝缘陶瓷绝缘，阴极阳极构成放电通道；上述壳体外壁设有与发动机连接的接口；壳体上具有进气口及电信号输入端；上述电信号输入端与阴极连接；上述进气口上设有截流装置。电极结构设计充分考虑了热防护、脉冲触发功率、低功率稳定放电措施。优选地，两个阳极分别位于壳体相对的内壁上，阳极、截流装置、进气口和壳体均为金属材料，相互接触，等电位。优选地，上述驱动模块包括直流高压脉冲触发器、主功率模块、隔离模块，上述直流高压脉冲触发器、主功率模块通过隔离模块与等离子体炬连接。隔离模块用于保护主功率模块，防止高压脉冲损害主功率模块。优选地，为了能够对气瓶充气，气源出口还设有单向加注阀。优选地，上述气源为气瓶，上述气瓶为柱状结构。优选地，测控模块通过测控电缆与外部控制指令发送单元连接，测控电缆为屏蔽电缆，电缆外部包覆有金属屏蔽膜。优选地，上述电源模块为聚合物锂电池，聚合物锂电池内部集成温度传感器和电流传感器。优选地，上述供气管路为通径为3mm的常规高压金属管。优选地，上述电缆为高压电缆，高压电缆耐压20kV，包括芯线及绝缘层，芯线为1mm2的铜线，绝缘层为聚四氟乙烯材料。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术通过特定等离子炬系统产生高温等离子体射流，点燃非自然推进剂，点火过程安全可靠，且能够在高室压条件下运行，集成化、自动化程度高，且体积小易携带；2、本专利技术等离子体炬电极采用耐高温、抗氧化材料(具体可以是铜银合金，B-Ag72Cu等)，可在0～20MPa环境下运行，可使用氧气作为工作介质，功耗低、不需要冷却介质，电连接方式(等离子体炬正、负电极接线柱和隔离模块接线柱、高压脉冲触发模块接线柱、主功率模块接线柱间的连接)采用焊接方式，连接可靠、体积小，电极包附在壳体中，电极不暴露在燃烧环境中，可以避免积碳和烧蚀，提高点火可靠性和使用寿命；3、本专利技术驱动模块由直流高压脉冲触发器、主功率模块、隔离模块组成，直流高压脉冲触发模块单独封装，输出脉宽窄，平均功耗低，可连续工作；主功率模块以恒定功率运行，反馈调节电路简单可靠；隔离模块具有高压屏蔽作用，可以保护主功率模块；三个模块相互独立，相互干扰小；4、本专利技术气瓶配有单向加注阀，当加注阀外侧气压高于气瓶内的气压时，可对气瓶进行充气，操作方便；5、本专利技术气瓶为柱状结构，具有承压大、易固定的优点；6、本专利技术高压电磁阀可在30MPa压力下进行开关动作，切换状态时需要供电(打开和关闭瞬间)，在打开和关闭状态时不需要供电，质量为0.2kg，具有体积小、耗电小的特点；7、本专利技术聚合物锂电池采用高分子电解质，具有较好的安全性和能量密度大的优点，内部集成了温度传感器和电流传感器，可1.8kW功率下连续运行160S。最高可在3.5kW功率下运行60S。附图说明图1为本专利技术的系统原理图；图2为本专利技术的气瓶图；图3为本专利技术的等离子体炬结构图；图4为驱动模块结构框图；其中附图标记为：1-气瓶，2-阀门，3-等离子体炬，4-供气管路，5-电缆，6-驱动模块，7-测控模块，8-测控电缆，9-电池，10-单向加注阀；31-接线柱，32-进气口，33-阴极，34-阳极，35-气旋器，36-点火位置，37-螺纹接口，38-截流装置，39-壳体，40-绝缘陶瓷；41-主功率模块，42-高压直流脉冲触发器，43-隔离模块。具体实施方式以下结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步的描述。结合图1可以看出，本专利技术包括气瓶1、等离子体炬3、驱动模块6、测控模块7、及电池9；气瓶1体积为3L，使用压强为25MPa，配有单向加注阀10，当加注阀外侧气压高于气瓶1内的气压时，可对气瓶1进行充气。气瓶1的出气口通过高压电磁阀及供气管路4与等离子体炬3的进气口32连通，电磁阀可在30MPa压力下开关，切换状态时需要供电(打开和关闭瞬间)，在打开和关闭状态时不需要供电，质量为0.2kg；供气管路4为通径3mm常规高压金属管；等离子体炬3可在20MPa室压环境下工作，主要由阳极34、阴极33、气旋器35、陶瓷、截流装置38、壳体39组成。壳体39外壁设有螺纹接口37，阳极34和阴极33构成放电通道；绝缘陶瓷40用于点火器内部电极间的绝缘；截流装置用于限定工质气体的流率。在驱动模块6的作用下，实现电极间放电，电离放电通道的工质气体，产生高温等离子体射流。等离子体炬3采用耐高温抗氧化电极材料，运行功率低，不需要冷却介质。驱动模块6输出端通过电缆5与等离子体炬3的电信号输入端连接，用于提供驱动等离子体炬3的电信号；此处电缆5为高压电缆5，耐压20kV，芯线为1mm2的铜线，绝缘层为聚四氟乙烯材料。驱动模块6由高压直流脉冲触发器42、主功率模块41、隔离模块43组成，可输出20kV，100us的直流电脉冲和功率为0.9kW的直流电，采用高频逆变和PWM调节方式，重量3.5kg。测控模块7与高压电磁阀、驱动模块6及电源模块连接，用于根据外部控制指令，控制高压电磁阀和驱动模块6的开启和关闭，并反馈电源模块的温度和驱动模块6的输出电信号参数，内部程序运行周期为1ms(1kHz)，重量0.2kg；通过测控电缆8与外部控制指令发送单元连接，测控电缆8为屏蔽电缆5，电缆5外部包覆着金属屏蔽膜，电源模块用于给电磁阀供电，具体为聚合物锂电池9，采用高分子电解质，具有较好的安全性和能量密度大的优点，内部集成了温度传感器和电流传感器，可1.8kW功率下连续运行160S。最高可在3.5kW功率下运行60S。等离子体炬启动过程：电磁阀打开，等离子体炬开始供气之后，启动直流高压脉冲触发器，之后启动主功率模块41，在主功率模块41运行(等本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压强、大流量液氧煤油发动机等离子体点火装置，其特征在于：包括气源、等离子体炬、电源模块及控制单元；所述气源的出口通过高压电磁阀及供气管路与等离子体炬的进气口连通；所述控制单元包括驱动模块及测控模块；所述驱动模块的输出端通过电缆与等离子体炬的电信号输入端连接，用于提供驱动等离子体炬的电信号；所述测控模块与高压电磁阀、驱动模块及电源模块连接，用于根据外部控制指令，控制高压电磁阀和驱动模块的开启和关闭，并反馈电源模块的温度和驱动模块的输出电信号参数；所述电源模块用于给电磁阀供电。

【技术特征摘要】
1.一种高压强、大流量液氧煤油发动机等离子体点火装置，其特征在于：包括气源、等离子体炬、电源模块及控制单元；所述气源的出口通过高压电磁阀及供气管路与等离子体炬的进气口连通；所述控制单元包括驱动模块及测控模块；所述驱动模块的输出端通过电缆与等离子体炬的电信号输入端连接，用于提供驱动等离子体炬的电信号；所述测控模块与高压电磁阀、驱动模块及电源模块连接，用于根据外部控制指令，控制高压电磁阀和驱动模块的开启和关闭，并反馈电源模块的温度和驱动模块的输出电信号参数；所述电源模块用于给电磁阀供电。2.根据权利要求1所述的高压强、大流量液氧煤油发动机等离子体点火装置，其特征在于：所述等离子体炬包括壳体，及位于壳体内部的阴极、两个阳极、气旋器及绝缘陶瓷；所述阳极与阴极为耐高温、抗氧化材料；所述阴极阳极之间通过绝缘陶瓷绝缘，阴极阳极构成放电通道；所述壳体外壁设有与发动机连接的接口；壳体上具有进气口及电信号输入端；所述电信号输入端与阴极连接；所述进气口上设有截流装置。3.根据权利要求2所述的高压强、大流量液氧煤油发动机等离子体点火装置，其特征在于：两个阳极分别位于壳体相对的内壁上，阳极、截流装置、进气口和壳体均为金属材料。4.根据权利要求3所述的高压强...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，王妍，贾桂友，狄江，李斌，郑军旗，韩先伟，
申请(专利权)人：西安航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61