CN102012293A - 一种n2o微推力器实验装置 - Google Patents

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韩乐
李茂�
方杰
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Abstract

本发明公开了一种N2O微推力器实验装置，属于空间微推进技术领域，包括N2O进气接管嘴、紫铜密封圈、前多孔板、催化分解室、测压接管嘴、微喷管、后多孔板、测温接管嘴、催化剂颗粒；N2O微推力器实验装置各部件均可更换，其中前多孔板、后多孔板和N2O进气接管嘴可自由拆卸，其余部件通过焊接成为一体；前多孔板、后多孔板通过催化分解室的台阶面固定，中间充填催化剂颗粒，N2O进气接管嘴与催化分解室通过螺纹连接将前多孔板固定；微推力器实验装置上游N2O压力和流量可调，N2O从进气接管嘴进入催化室自维持分解，测温接管嘴、测压接管嘴分别用来监测催化床启动温度和推力室压力。本发明可以方便地研究影响N2O微推力器性能的相关参数。

Description

一种N2O微推力器实验装置
技术领域
本发明涉及一种N2O微推力器实验装置，属于空间微推进技术领域。
背景技术
随着航天技术的发展，微推力器在航天器方面的应用十分广泛。微推力器是可以实现精确冲量控制并用于精确控制飞行器姿态，具有体积小、响应速度快、可靠性高等特点。微推力器可有多种工质，传统微推进常用冷气推进，工质主要采用氮气，廉价无毒，但比冲较低；而化学推进往往基于肼等有毒、易燃推进剂。随着世界各国对环保问题的关注，采用氧化亚氮这一无毒推进剂，可以突破传统为推进系统的限制并改善推进效率，是当前微推进一个新的发展趋势。N2O在加热到520℃以上时，发生放热式分解，产物为氮气和氧气，在推力室前端设置装有特定催化剂的分解室，可以降低自维持分解启动温度，从而降低微推力器功率，减少微推力器负荷。N2O微推力器比冲与N2O分解温度有密切关系有密切关系，分解温度越高，比冲也越高，减少微推力器热量损失有利于提升微推力器性能。现有N2O微推力器体积较大，连接结构复杂，拆卸及装填催化剂不方便，推力室及喷管过厚向外传导了较多热量，推力及比冲性能得不到有效提高。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种简单、可靠的N2O微推力器实验装置，可以方便地研究影响N2O微推力器的性能参数。
本发明的一种N2O微推力器实验装置，包括N2O进气接管嘴、前多孔板、催化分解室、测压接管嘴、微喷管、后多孔板、测温接管嘴和催化剂颗粒；
催化分解室内部两端设置台阶面，中间充填催化剂颗粒，前多孔板和后多孔板分别通过台阶面固定在催化分解室的两端，N2O进气接管嘴与催化分解室前端连接从而将前多孔板固定，微喷管前端通过与催化室后端配合保证同轴度，微喷管前端与催化分解室后端固定连接，后多孔板与微喷管之间空间为推力室，测温接管嘴固定连接在催化分解室中间，测压接管嘴固定连接在后多孔板与微喷管之间的推力室上。
本发明的优点在于：
(1)催化分解室中前多孔板、后多孔板固定安装结构简单可靠，更换拆卸方便；
(2)催化剂颗粒固定在前多孔板、后多孔板，更换方便；
(3)N2O进气接管嘴与催化分解室螺纹连接具有简单可靠、拆卸方便、体积小、质量轻特点；
(4)N2O进气接管嘴与催化分解室采用紫铜密封圈密封，密封简单可靠，拆卸方便，可重复使用；
(5)温度传感器、压力传感器分别通过测温接管嘴、测压接管嘴测量参数，传感器可更换；
(6)N2O微推力器实验装置整体体积与质量较小，向外界传导热量少，利于提升微推力器性能；
(7)本发明中N2O微推力器实验装置的启动温度为350℃，并有效减少了向外界的热量传导。
附图说明
图1是本发明的一种N2O微推力器实验装置的结构示意图；
图2是本发明催化分解室的结构示意图；
图3是本发明前多孔板的结构示意图；
图4是本发明后多孔板的结构示意图；
图5是本发明N2O进气接管嘴的结构示意图。
图中：
1-N2O进气接管嘴    2-紫铜密封圈    3-前多孔板
4-催化分解室       5-测压接管嘴    6-微喷管
7-后多孔板         8-测温接管嘴    9-催化剂颗粒
10-分解室          101-密封面      401-台阶面
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明是一种N2O微推力器实验装置，如图1所示，包括N2O进气接管嘴1、紫铜密封圈2、前多孔板3、催化分解室4、测压接管嘴5、微喷管6、后多孔板7、测温接管嘴8和催化剂颗粒9。
如图2所示，催化分解室4内部两端设置台阶面401，中间充填催化剂颗粒9，前多孔板3、后多孔板7分别如图3、图4所示，中间设置若干棋盘式布置直径小于或者等于Φ0.5mm的通孔，通孔布置形式为棋盘式，每两个孔间隔0.8mm～1mm，在主要保证布置形式，孔数量在孔板直径范围内越多越好，前多孔板3和后多孔板7分别通过台阶面401固定在催化分解室4的两端，后多孔板7、前多孔板3的外径与催化分解室4内径均为间隙配合。N2O进气接管嘴1与催化分解室4前端通过螺纹连接将前多孔板3固定。如图5所示，N2O进气接管嘴1上还设有密封面101，紫铜密封圈2位于密封面101，用于N2O进气接管嘴1与催化分解室4之间的密封。微喷管6前端通过与催化室4后端配合保证同轴度，微喷管6前端与催化分解室4后端固定连接。后多孔板7与微喷管6之间的空间为推力室10，测温接管嘴8固定连接在催化分解室4中间，温度传感器通过测温接管嘴8监测催化剂颗粒9的温度。测压接管嘴5固定连接在后多孔板7与微喷管6之间的推力室10上，压力传感器通过测压接管嘴5测量N2O微推力器推力室10的压力。
本发明中N2O微推力器实验装置各部件均可更换，其中前多孔板3、后多孔板7和N2O进气接管嘴1可自由拆卸，其余部件通过焊接成为一体。即微喷管6与催化分解室4、测温接管嘴8与催化分解室4、测压接管嘴5与催化分解室4均为焊接固定。
N2O微推力器实验装置上游N2O压力和流量可调，N2O从进气接管嘴1进入催化分解室4自维持分解，测压接管嘴5、测温接管嘴8分别用来监测催化床启动温度和推力室压力，分解后的混合气体(主要是氧气和氮气混合物)通过微喷管6排出，产生推力。
本发明中除密封圈2采用紫铜外，N2O进气接管嘴1、前多孔板3、催化分解室4、测压接管嘴5、微喷管6、后多孔板7、测温接管嘴8材料均为1Cr18Ni9Ti。
N2O微推力器实验装置用于考察推力器性能，对微喷管6及喉部同轴度有一定要求，微喷管6前端通过与催化室4后端配合保证同轴度，再进行焊接固定。安装时，先将后多孔板7布置在催化分解室4后端台阶面上，然后充填一定量催化剂颗粒9，另一端布置前多孔板3，之后将紫铜密封圈2安装至N2O进气接管嘴1密封面，最后将N2O进气接管嘴1与催化分解室4通过螺纹连接紧固。为保证安装及定位方便，后多孔板7和前多孔板3外径与催化分解室4内径均为间隙配合。为避免N2O进气接管嘴1与催化分解室4进行螺纹连接时，与紫铜密封圈2前多孔板3产生过定位，优先考虑紫铜密封圈2的压缩量，再设计前多孔板3厚度，安装完成后，紫铜密封圈2的压缩量满足要求，同时前多孔板3与N2O进气接管嘴1的端面，以及催化分解室4的台阶面有一定间隙，既能固定催化分解室4内的催化剂颗粒9，又不会产生过定位，整个N2O微推力器实验装置密封面均为粗糙度1.6。测温接管嘴8布置在催化室催化分解室4中间，温度传感器测量端在中心，监测催化剂颗粒9温度，为是否开始催化分解实验提供参考。测压接管嘴5布置在催化室后多孔板7与微喷管6之间的推力室10上，用来测量N2O微推力器推力室压力。
N2O微推力器实验装置工作流程如下：
1、安装
将N2O微推力器实验装置组装完成至如图1所示，然后在催化分解室4外部安装外置式加热器，固定微推力器，并在N2O进气接管嘴1前连接好上游供应管路。
2、调压
根据预先的仿真结果及试验设计，调节N2O压力流量参数至设计值。
3、加热
启动外置式加热器，同时监测催化分解室4的温度传感器温度值，当温度值为350℃时，停止加热。
4、热试
上述准备工作完成后，开启供应管路电磁阀，N2O从N2O进气接管嘴1进入催化分解室4，在一定温度催化剂的作用下开始自维持分解，分解后的混合气体通过微喷管6排除，产生推力。工作一定时间后，关闭电磁阀，热试结束。

Claims (6)

1.一种N2O微推力器实验装置，其特征在于，包括N2O进气接管嘴、前多孔板、催化分解室、测压接管嘴、微喷管、后多孔板、测温接管嘴和催化剂颗粒；
催化分解室内部两端设置台阶面，中间充填催化剂颗粒，前多孔板和后多孔板分别通过台阶面固定在催化分解室的两端，N2O进气接管嘴与催化分解室前端连接从而将前多孔板固定，微喷管前端通过与催化分解室后端配合保证同轴度，微喷管前端与催化分解室后端固定连接，后多孔板与微喷管之间空间为推力室，测温接管嘴固定连接在催化分解室中间，测压接管嘴固定连接在后多孔板与微喷管之间的推力室上。
2.根据权利要求1所述的一种N2O微推力器实验装置，其特征在于，N2O微推力器实验装置还包括紫铜密封圈，N2O进气接管嘴上还设有密封面，紫铜密封圈位于密封面。
3.根据权利要求1所述的一种N2O微推力器实验装置，其特征在于，前多孔板、后多孔板中间设置若干直径小于或者等于0.5mm的通孔，通孔布置形式为棋盘式，每两个通孔间隔0.8mm～1mm。
4.根据权利要求1所述的一种N2O微推力器实验装置，其特征在于，前多孔板、后多孔板的外径与催化分解室内径均为间隙配合。
5.根据权利要求1所述的一种N2O微推力器实验装置，其特征在于，N2O进气接管嘴与催化分解室前端通过螺纹连接。
6.根据权利要求1所述的一种N2O微推力器实验装置，其特征在于，所述的微喷管与催化分解室、测温接管嘴与催化分解室、测压接管嘴与催化分解室均为焊接固定。
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