内加热式氧化亚氮单组元燃气发生器制造技术

本发明专利技术涉及一种内加热式氧化亚氮单组元燃气发生器，可利用氧化亚氮气体无毒、无污染、分解温度高及分解反应可自维持的特性，将其高温分解产物加以应用。既可以作为单组元推力器应用于卫星的姿态控制，又可以作为氧化剂源及点火装置应用于小型液体火箭发动机或固液式火箭发动机的氧化剂供给及点火。由于采用独特的加热模式及整体布局，相较传统外加热式预热方式，不但可有效提高加热效率及节约能源，而且能够保证较长的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
内加热式氧化亚氮单组元燃气发生器
本专利技术涉及一种小型内加热式氧化亚氮单组元燃气发生器，该装置采用氧化亚氮 气体作为工质，既可以作为单组元推力器应用于卫星的姿态控制，又可以作为氧化剂源及 点火装置应用于小型液体火箭发动机或固液式火箭发动机的氧化剂供给及点火。
技术介绍
为了突破传统微推进系统在安全及使用性能方面的诸多限制，采用氧化亚氮作为 单组元推进剂成为开发无毒型推进剂的发展方向之一。氧化亚氮无毒，无腐蚀性，常温下稳 定性好；且饱和蒸汽压高(约50atm)，可自增压实现推进剂挤压输运；用作液化气推进时， 其密度比冲较氮气等冷气推进剂的要高；在被加热到520°C以上时，氧化亚氮发生放热分 解，生成氧气和氮气，其组成接近空气，最高反应温度可达1640°C左右；其分解产生的热气 可以作为飞行器的热源或动力源，甚至用于生命维持系统。基于上述优点，采用氧化亚氮作 为单组元推进剂，具备传统推进系统所没有的许多优势如无毒、无污染、比冲较高、所需功 率小、输送系统结构简单等。由于催化剂性能的限制，现有氧化亚氮催化剂开始自维持催化分解的阈值温度一 般高于250°C，远超常用的单组元胼推力器所需要的阈值温度；此外，微型航天器所能提供 给动力系统的电源功率一般比较小。如何在太空冷黑环境中采用有限的功率来达到较高的 加热要求，是氧化亚氮微推进系统开发所面临的一个关键问题。
技术实现思路
为了突破传统外加热模式在加热效率上的不足，在有限加热功率条件下尽快达到 氧化亚氮分解所需的阈值温度，本专利技术提供了一种采用内加热方式的氧化亚氮单组元燃气 发生器。通过其独特的加热模式及结构设计来有效提高加热效率，降低能量损耗。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种小型内加热式氧化亚氮单组元 燃气发生器，包括推进剂前导管、催化分解室、铠装式内加热器、前后多孔板、催化剂、喷管 (或喷注器)、热电偶。其中催化分解室外形为圆柱状。内部腔体靠近前后端口处为连接 部，前端采用螺纹连接，垫片密封；后部端口采用螺纹连接，线密封。内部腔体靠近中间部 又分为头腔和催化分解室两部分。前导管焊接于分解室头腔位置并通过内部通道与头腔连 通。催化剂颗粒紧密装填于分解室内部，通过安装于催化分解室前后两端卡槽中的前后孔 板进行固定，形成催化床。热电偶通过焊接于分解室位置的接管嘴伸入催化床。铠装式内 加热器前部为一种台阶式结构。第一层台阶侧面加工外螺纹与分解室入口端内螺纹配合连 接，其平面端与分解室入口端面配合压紧紫铜垫片用于密封；第三层台阶的平面端用于顶 住前孔板；第二层台阶至第三层台阶间存在一过渡锥面，此锥面与第二层台阶平面端、前孔 板及分解室体共同围成分解室头腔。内加热器的有效加热段从第三层台阶往外伸出，为圆 柱形。前部多孔板中心加工一通孔，尺寸与内加热器有效加热段外径相当；此通孔周围加工 若干小孔供通气用。内加热器有效加热段自前部多孔板中心孔伸入催化床。后部多孔板安装入分解室靠后端的卡槽，通过从后部安装的喷管端面进行固定。分解室后端靠近出口处 的内壁面为锥面，喷管(或喷注器)与分解室接触的外壁面为球面，球面与锥面相接触并通 过螺纹紧固形成线密封。喷管部分可以更换为其它部件，如喷注器，以适应不同工作需求。本燃气发生器的加热模式为直接从催化床内部进行加热，相比传统的从催化室外 壁通过壁面导热来间接加热催化床的方式具备更高的加热效率，可以节省燃气发生器预热 过程所需能量。因而特别适合应用于对电源功率分配有着严格限制的微小卫星上。此外，内 加热器处于催化床的前端，根据氧化亚氮催化分解的特点，催化床前端相比后端温度较低， 从而可以保证内加热器的使用寿命。本专利技术的有益效果是，可利用氧化亚氮气体无毒、无污染、分解温度高及分解反应 可自维持的特性，将其高温分解产物加以应用。既可以作为单组元推力器应用于卫星的姿 态控制，又可以作为氧化剂源及点火装置应用于小型液体火箭发动机或固液式火箭发动机 的氧化剂供给及点火。由于采用独特的加热模式及整体布局，相较传统外加热式预热方式， 不但可有效提高加热效率及节约能源，而且能够保证较长的使用寿命。附图说明下面结合附图对本专利技术进行进一步说明。图1是本专利技术的结构组成示意图。图中标号分别代表1.铠装式内加热器，2.紫铜垫片，3.推进剂导管，4.前孔板， 5.催化分解室，6.后孔板，7.喷管，8.催化床，9.热电偶接管嘴，10.热电偶。其中，喷管可根据使用需求更换为喷注器或其它功能部件。具体实施方式下面结合附图来进一步说明本专利技术的使用方式。所示是本专利技术涉及的一种内加热式氧化亚氮单组元燃气发生器，包括1.铠装式 内加热器，2.紫铜垫片，3.推进剂导管，4.前孔板，5.催化分解室，6.后孔板，7.喷管，8.催 化床，9.热电偶接管嘴，10.热电偶。该燃气发生器的安装顺序为，首先从侧面安装热电偶(10)；然后从催化分解室 (5)前端依次装入前孔板(4)、紫铜垫片(2)、铠装式内加热器(1)，拧紧螺纹；之后从催化分 解室后端装填催化剂形成催化床(8)，并安装后孔板(6)；最后从后端安装喷管(7)，拧紧螺纹。工作时将铠装式加热器(1)的两电极与加热电源的正负两极相连。利用内加热器 预热催化剂床，通过置于催化床内部的热电偶(10)可监测催化床温度。当催化床(8)达到 预定的阈值温度以后经推进剂导管(3)通入氧化亚氮气体。氧化亚氮经头腔及前部孔板 (4)进入催化床进行催化分解产生氮气和氧气并释放大量的热量。此时可关闭加热电源停 止加热，氧化亚氮的分解反应将可凭借自身放热来维持。分解产物可根据不同的使用需要 加以利用，比如在分解室后部安装喷管(7)，尾气经喷管喷出可产生推力；或者可以安装 喷注器，将分解后的高温氧化性气体用作点火源与其它燃料进行二次燃烧。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内加热式氧化亚氮单组元燃气发生器，包括：１．铠装式内加热器，２．紫铜垫片，３．推进剂导管，４．前孔板，５．催化分解室，６．后孔板，７．喷管（或喷注器），８．催化床，９．热电偶接管嘴，１０．热电偶。可利用氧化亚氮气体无毒、无污染、分解温度高及分解反应可自维持的特性，将其高温分解产物加以应用。既可以作为单组元推力器应用于卫星的姿态控制，又可以作为氧化剂源及点火装置应用于小型液体火箭发动机或固液式火箭发动机的氧化剂供给及点火。

【技术特征摘要】
一种内加热式氧化亚氮单组元燃气发生器，包括1.铠装式内加热器，2.紫铜垫片，3.推进剂导管，4.前孔板，5.催化分解室，6.后孔板，7.喷管(或喷注器)，8.催化床，9.热电偶接管嘴，10.热电偶。可利用氧化亚氮气体无毒、无污染、分解温度高及分解反应可自维持的特性，将其高温分解产物加以应用。既可以作为单组元推力器应用于卫星的姿态控制，又可以作为氧化剂源及点火装置应用于小型液体火箭发动机或固液式火箭发动机的氧化剂供给及点火。2.根据权利要求1所述的一种内加热式氧化亚氮单组元燃气发生器，其特征是催化 分解室外形为圆柱状。内部腔体靠近前后端口处为连接部，前端采用螺纹连 接，垫片密封； 后部端口采用螺纹连接，线密封。内部腔体靠近中间部又分为头腔和催化分解室两部分。前 导管焊接于分解室头腔位置并通过内部通道与头腔连通。催化剂颗粒紧密装填于分解室内 部，通过安装于催化分解室前后两端卡槽中的前后孔板进行固定，形成催化床。热电偶通过 焊接于分解室位置的接管嘴伸入催化床。3.根据权利要求1所述的一种内加热式氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡国飙，孙威，方杰，李茂，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[]