阵列式电控固体电弧微推力器制造技术

本发明专利技术提供一种阵列式电控固体电弧微推力器，包括金属基座、中心阴极以及由内至外环绕在中心阴极外的一层以上的环形阳极，中心阴极与距离其最近的一层环形阳极之间以及相邻层环形阳极之间均设置有阵列推力单元，所述阵列推力单元由多个固体推力单元呈阵列排布而成，所述中心阴极、环形阳极以及固体推力单元的一端均安装在所述金属基座上，所述中心阴极、环形阳极以及固体推力单元的另一端为自由端，所述中心阴极与各层环形阳极之间形成固体推力单元工作产生的燃烧气体的多层环形喷口。该推力器具有宽推力调节范围、比冲高、结构简单可靠的优点，适合作为空间装置的动力系统。适合作为空间装置的动力系统。适合作为空间装置的动力系统。

【技术实现步骤摘要】
阵列式电控固体电弧微推力器


[0001]本专利技术涉及空间电推进
，具体涉及一种阵列式电控固体电弧微推力器。

技术介绍

[0002]近年来，微小卫星由于具有尖端技术含量高、功率密度比高、集成程度高、研制周期短、研制和发射费用低、发射组网速度快等优势越来越受到世界各国的重视。微小卫星正向任务在轨执行能力越来越强、功能越来越强大、性能越来越好等方向发展。微小卫星的进一步应用和发展很大程度上取决于搭载的微推力装置，但是微小卫星的体积和质量限制了推力器的设计。适用于微小卫星的推力器应满足结构简单、可靠性高、成本低的优点，传统化学推进通常可以实现较大推力但是比冲较低，电推进比冲高但是推力通常为毫牛级，因此将化学推进和电推进的优势结合是未来空间推进系统的一种重要设计方向。
[0003]目前的固体推力器采用固体推进剂，由于固体工质易于保存和使用，并且不需要设计复杂的工质供应系统，可以大大简化推力器的结构设计。但是，传统的固体推进剂通常是一次性使用的，点燃后燃烧难以控制。
[0004]现有的阵列式固体微推力器多采用传统固体推进剂，通过多个单元的点火实现数字推进。但是传统固体推进剂仍然无法实现单个推力单元的多次重复启动，不可重复使用的推进单元使得推力器整体的结构使用效率低下。目前也有学者提出使用固体电控工质作为推进剂的多脉冲式固体推进器，但是该种推力器获得的动能只依靠电控固体推进剂本身的化学能，因此该种推力器的比冲较低，与高比冲的空间电推进相比难以取得优势。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种阵列式电控固体电弧微推力器。该推力器具有宽推力调节范围、比冲高、结构简单可靠的优点，适合作为空间装置的动力系统。
[0006]为了实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]阵列式电控固体电弧微推力器，包括金属基座、中心阴极以及由内至外环绕在中心阴极外的一层以上的环形阳极，中心阴极与距离其最近的一层环形阳极之间以及相邻层环形阳极之间均设置有阵列推力单元，所述阵列推力单元由多个固体推力单元呈阵列排布而成，所述中心阴极、环形阳极以及固体推力单元的一端均安装在所述金属基座上，所述中心阴极、环形阳极以及固体推力单元的另一端为自由端，所述中心阴极与各层环形阳极之间形成固体推力单元工作产生的燃烧气体的多层环形喷口。
[0008]进一步地，各固体推力单元对应连接独立的供电电路，对各固体推力单元的工作状态进行独立控制。
[0009]进一步地，所述固体推力单元包括推力单元阴极、推力单元阳极和推力单元喷管，所述推力单元阳极为筒状体，推力单元阳极一端采用绝缘板密封，推力单元阳极另一端连接有推力单元喷管，所述推力单元阴极为棒状体，所述推力单元阴极的一端从绝缘板的中
心密封穿过且伸入推力单元阳极内，所述推力单元阴极的另一端在绝缘板外侧，所述推力单元阴极和推力单元阳极之间的空间区域用于填充电控固体推进剂。
[0010]进一步地，伸入推力单元阳极内的推力单元阴极靠近末端的一段裸露，其余伸入推力单元阳极内的推力单元阴极外壁均覆有绝缘结构，如涂覆一层薄的绝缘层。
[0011]进一步地，所述固体推力单元整体成同轴结构，推力单元阳极为圆柱筒体，所述推力单元阴极为圆柱形棒状体，所述推力单元喷管为先压缩后扩张形喷管。
[0012]进一步地，所述推力单元阴极和推力单元阳极之间连接有供电电路，填充在推力单元阴极和推力单元阳极之间的空间区域的电控固体推进剂为导电体，开启供电电路，电流从电控固体推进剂流过，燃烧电控固体推进剂并产生燃烧气体，燃烧气体经推力单元喷管加速喷出。由于伸入推力单元阳极内的推力单元阴极外壁均覆有绝缘层，在该绝缘层的作用下，电控固体推进剂在燃烧过程中只在电控固体推进剂的前端面燃烧，绝缘层随着药柱端面燃烧而不断退移。
[0013]进一步地，所述中心阴极、金属基座以及各层环形阳极之间连接有电源电路，金属基座以及各层环形阳极均分别连接到电源电路的正极，中心阴极连接电源电路的负极，接通中心阴极和各层环形阳极之间的电源电路，将在中心阴极和各层环形阳极之间形成多层电弧，实现对中心阴极和各层环形阳极之间燃烧气体的加速。
[0014]进一步地，所述阵列式电控固体电弧微推力器整体呈同轴结构，中心阴极为圆柱形棒状体，中心阴极固定安装在金属基座的中心位置且与金属基座同轴，中心阴极与金属基座间的接触面上设置有绝缘结构。
[0015]进一步地，所述金属基座与各层环形阳极之间、金属基座与各固体推力单元之间为可拆卸连接关系。
[0016]进一步地，所述金属基座与各层环形阳极之间设置有分离机构，通过相应的分离机构能够实现相应的环形阳极与金属基座之间的分离。所述分离机构的实现方式不限，如采用爆炸螺栓结构。
[0017]通过上述技术方案，本专利技术能够产生的技术效果是：
[0018]本专利技术充分利用电控固体推进剂的优势，可以通过通断电来实现推力单元的多次重复启动，并且多个推力单元阵列化设计可以实现推力的宽范围调节，生成的燃气还可以经过多级电弧加热来加速，实现推力器的高比冲要求。
[0019]本专利技术利用固体电控工质作为推进剂，整体结构简单，易于加工成本低。
[0020]本专利技术采用电控固体推进剂，其具有通电燃烧、断电熄灭的特点，可在电流作用下多次获得持续的推力。
[0021]本专利技术是一种具有宽推力调节范围、可多次电弧加速的高比冲阵列式固体微推力器，推力器使用电控固体工质作为推进剂，无需设计复杂的工质供应管道，因此装置结构简单可靠性高。
附图说明
[0022]图1为本专利技术一实施例的剖视图；
[0023]图2为本专利技术一实施例中固体推力单元的结构示意图；
[0024]图3为本专利技术一实施例的主视图；
[0025]图4为本专利技术一实施例的侧视图；
[0026]图中标号：
[0027]1、金属基座；2、第一层环形阳极；3、第二层环形阳极；4、第三层环形阳极；5、中心阴极；6、第一绝缘结构；7、电控固体推进剂；8、推力单元喷管；9、推力单元阴极；10、第二绝缘结构；11、推力单元阳极，12、分离机构。
[0028]本专利技术目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]需要说明，本专利技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0031]另外，在本专利技术中如涉及“第一”、“第二”等的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.阵列式电控固体电弧微推力器，其特征在于，包括金属基座、中心阴极以及由内至外环绕在中心阴极外的一层以上的环形阳极，中心阴极与距离其最近的一层环形阳极之间以及相邻层环形阳极之间均设置有阵列推力单元，所述阵列推力单元由多个固体推力单元呈阵列排布而成，所述中心阴极、环形阳极以及固体推力单元的一端均安装在所述金属基座上，所述中心阴极、环形阳极以及固体推力单元的另一端为自由端，所述中心阴极与各层环形阳极之间形成固体推力单元工作产生的燃烧气体的多层环形喷口。2.根据权利要求1所述的阵列式电控固体电弧微推力器，其特征在于，各固体推力单元对应连接独立的供电电路，对各固体推力单元的工作状态进行独立控制。3.根据权利要求2所述的阵列式电控固体电弧微推力器，其特征在于，所述固体推力单元包括推力单元阴极、推力单元阳极和推力单元喷管，所述推力单元阳极为筒状体，推力单元阳极一端采用绝缘板密封，推力单元阳极另一端连接有推力单元喷管，所述推力单元阴极为棒状体，所述推力单元阴极的一端从绝缘板的中心密封穿过且伸入推力单元阳极内，所述推力单元阴极的另一端在绝缘板外侧，所述推力单元阴极和推力单元阳极之间的空间区域用于填充电控固体推进剂。4.根据权利要求3所述的阵列式电控固体电弧微推力器，其特征在于，伸入推力单元阳极内的推力单元阴极靠近末端的一段裸露，其余伸入推力单元阳极内的推力单元阴极外壁均覆有绝缘结构。5.根据权利要求3或4所述的阵列式电控固体电弧微推力器，其特征在于，所述固体推力单元整体成同轴结构，推...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡泽君，吴建军，张宇，李宇奇，欧阳，郑鹏，李健，程玉强，赵元政，王墨戈，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：