CN102400879B - 一种用于液体脉冲等离子体推力器的推进剂喷注装置 - Google Patents

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本发明涉及一种用于液体脉冲等离子体推力器的推进剂喷注装置，特别适用于电推力器中采用水或乙醇等碳氢化合物为液体推进剂的微量喷注，属于推进剂喷注技术领域。包括推进剂贮仓、连接件和喷注器；其中推进剂贮仓包括进气嘴、顶盖、底盖、筒体、压力表、活塞、进液口、排液口和排气口；喷注器包括套筒、注射室和喷头。本发明装置，结构简单，可将微量液体推进剂供给液体脉冲等离子体推力器的放电腔体，解决了传统电磁阀喷注响应时间长、微流量难控制且控制精度低的问题。

Description

一种用于液体脉冲等离子体推力器的推进剂喷注装置
技术领域
本发明涉及一种用于液体脉冲等离子体推力器的推进剂喷注装置，特别适用于电推力器中采用水或乙醇等碳氢化合物为液体推进剂的微量喷注，属于推进剂喷注技术领域。
背景技术
脉冲等离子体推力器(PPT)是一种电磁推力器，具有比冲高、功耗低、易于集成、控制方便、响应快速、能产生小而精确的推力脉冲和所需星上电源功率小等特点，特别适合用于小卫星的姿态和轨道控制。
脉冲等离子体推力器通常采用固体推进剂，固体脉冲等离子体推力器技术因其结构简单，发展相对成熟。但也存在一些明显的性能缺陷，比如：整体效率低，推进剂存在滞后烧蚀，羽流污染严重。
相对于固体脉冲等离子体推力器，液体脉冲等离子体推力器用作为小卫星的动力系统具有明显的优势。首先，液体脉冲等离子体推力器电离充分，不存在滞后烧蚀现象，可大大降低星上推进剂的携带量，使得其在未来的长寿命小卫星应用中占据明显优势；其次，液体脉冲等离子体推力器可以在不同推力器之间进行推进剂调度与共享；最后，液体脉冲等离子体推力器由于所用工质为多为水或碳氢化合物，引起的羽流污染相对较小。
对于液体脉冲等离子体推力器，除了点火和充电电路之外，推力器本体主要包括液体喷注装置、阴阳极板、电容、支撑部件及火花塞等部分。其中阴阳极板、电容、支撑部件及火花塞等均与固体脉冲等离子体推力器相同或相似，而喷注装置为液体脉冲等离子体推力器所特有，为该类型推力器的核心技术和研究重点。喷注装置主要作用是精确地将微量推进剂注入液体脉冲等离子推力器的放电腔体，从而使液体脉冲等离子体推力器能够完成放电、烧蚀、加速等系列工作过程。因此设计一种简单有效的液体喷注装置对于实现液体脉冲等离子推力器的开发和空间应用具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种液体推进剂喷注装置，解决在液体脉冲等离子体推力器放电点火之前的瞬间，如何供给μg量级的液体进入极板间放电腔体的技术难题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明是一种用于液体脉冲等离子体推力器的推进剂喷注装置，包括推进剂贮仓、连接件和喷注器；其中推进剂贮仓包括进气嘴1、顶盖2、底盖3、筒体4、压力表5、活塞6、进液口7、排液口8和排气口9；喷注器包括套筒12、注射室13和喷头14；筒体4为中空柱体，顶盖2和底盖3分别通过螺纹固定连接在筒体4的两端并由密封圈密封；在筒体4的内腔正中心处有一凸台，在凸台与底盖3之间有活塞6，活塞6与顶盖2之间为气体腔10，活塞6与底盖3之间为推进剂腔11；活塞6可以在筒体4内的凸台和底盖3之间移动；活塞6凹槽内的密封圈用于隔断气体腔10和推进剂腔11；靠近底盖3的一侧筒体4的外壁设有进液口7和排液口8；靠近顶盖2的一侧筒体4的外壁设有排气口9和压力表5；顶盖2和底盖3的中心处分别有一通孔；进气嘴1与顶盖2固定连接；气体通过进气嘴1和顶盖2上的通孔进入到气体腔10；压力表5用于测量气体腔10内的压力；推进剂腔11用于盛放液体推进剂，连接件的一端与底盖3固定连接，液体推进剂通过底盖3上的通孔可以进入到连接件中；注射室13为中空柱体，注射室13的一端与连接件固定连接，注射室13的另一端与喷头14固定连接；套筒12套在注射室13靠近连接件的一端；液体推进剂经由连接件进入到注射室13的内腔中，从而通过喷头14喷出；套筒12用于保护连接件和安装注射室13。
工作过程：通过进液口7在推进剂腔11内注入液体推进剂；注液之后，进液口7、排液口8和排气口9都为封闭状态；气体通过进气嘴1将气体通入到气体腔10内，当压力表5显示压力达到设定值时，停止进气；气体自由挤压活塞6将推进剂腔11内的液体推进剂由连接件进入到注射室13的内腔中，从而通过喷头14喷出。
工作结束后，将推进剂腔11内的剩余液体推进剂通过排液口8排出，气体腔10内的剩余气体通过排气口9排出。
喷头14采用多孔陶瓷材料，具备至少800℃的长久耐热性能。通过控制推进剂腔11内的气体压力，可以调节喷头14两侧的压差，进而达到液体推进剂在喷头14内分散饱和及微量喷注的功用，同时具备一定耐热性能；
上述的液体推进剂为水或液体碳氢化合物；液体碳氢化合物为乙醇或丙醇；
上述的液体推进剂从喷头14喷出的速度为3-100μg/s；
上述的气体腔10的压力为0.05-2MPa。
有益效果
本发明的装置，结构简单，可将微量液体推进剂供给液体脉冲等离子体推进器的放电腔体，解决了传统电磁阀喷注响应时间长、微流量难控制且控制精度低的问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
其中，1-进气嘴，2-顶盖3-底盖，4-筒体，5-压力表，6-活塞，7-进液口，8-排液口，9-排气口，10-气体腔，11-推进剂腔，12-套筒，13-注射室，14-喷头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例作进一步详细说明。
实施例
一种用于液体脉冲等离子体推力器的推进剂喷注装置，包括推进剂贮仓、连接件和喷注器；其中推进剂贮仓包括进气嘴1、顶盖2、底盖3、筒体4、压力表5、活塞6、进液口7、排液口8和排气口9；喷注器包括套筒12、注射室13和喷头14；筒体4为中空柱体，顶盖2和底盖3分别通过螺纹固定连接在筒体4的两端并由密封圈密封；在筒体4的内腔正中心处有一凸台，在凸台与底盖3之间有活塞6，活塞6与顶盖2之间为气体腔10，活塞6与底盖3之间为推进剂腔11；活塞6可以在筒体4内的凸台和底盖3之间移动；活塞6凹槽内的密封圈用于隔断气体腔10和推进剂腔11；靠近底盖3的一侧筒体4的外壁设有进液口7和排液口8；靠近顶盖2的一侧筒体4的外壁设有排气口9和压力表5；顶盖2和底盖3的中心处分别有一通孔；进气嘴1与顶盖2固定连接；气体通过进气嘴1和顶盖2上的通孔进入到气体腔10；压力表5用于测量气体腔10内的压力；推进剂腔11用于盛放液体推进剂，连接件是过氧化硅胶材质的微流体软管；连接件的一端与底盖3粘接固定，液体推进剂通过底盖3上的通孔可以进入到连接件中；注射室13为中空柱体，注射室13的一端与连接件粘接固定，注射室13的另一端与喷头14端面粘接固定；套筒12套在注射室13靠近连接件的一端；液体推进剂经由连接件进入到注射室13的内腔中，从而通过喷头14喷出；套筒12用于保护连接件和安装注射室13。
工作过程：通过进液口7在推进剂腔11内注入水；注液之后，进液口7、排液口8和排气口9都为封闭状态；空气通过进气嘴1将空气通入到气体腔10内，当压力表5显示压力达到2×105Pa时，停止进气；空气自由挤压活塞6将推进剂腔11内的水由连接件进入到注射室13的内腔中，水通过喷头14以流量为10μg/s喷出。所述喷头14置于放电腔体内部，在液体脉冲等离子体推力器的放电间隔期间，能准确供给适量水推进剂进入放电腔体，从而使液体脉冲等离子体推力器完成放电、烧蚀、加速等系列过程，产生推力。
工作结束后在推进剂腔11内的剩余的水通过排液口8排出，腔10内的剩余空气通过排气口9排出。
喷头14采用Cotronics Corp.生产的Rescor-902多孔陶瓷材料。

Claims (8)

1.一种用于液体脉冲等离子体推力器的推进剂喷注装置，其特征在于：包括推进剂贮仓、连接件和喷注器；其中推进剂贮仓包括进气嘴(1)、顶盖(2)、底盖(3)、筒体(4)、压力表(5)、活塞(6)、进液口(7)、排液口(8)和排气口(9)；喷注器包括套筒(12)、注射室(13)和喷头(14)；筒体(4)为中空柱体，顶盖(2)和底盖(3)分别通过螺纹固定连接在筒体(4)的两端并由密封圈密封；在筒体(4)的内腔正中心处有一凸台，在凸台与底盖(3)之间有活塞(6)，活塞(6)与顶盖(2)之间为气体腔(10)，活塞(6)与底盖(3)之间为推进剂腔(11)；活塞(6)可以在筒体(4)内的凸台和底盖(3)之间移动；活塞(6)凹槽内的密封圈用于隔断气体腔(10)和推进剂腔(11)；靠近底盖(3)的一侧筒体(4)的外壁设有进液口(7)和排液口(8)；靠近顶盖(2)的一侧筒体(4)的外壁设有排气口(9)和压力表(5)；顶盖(2)和底盖(3)的中心处分别有一通孔；进气嘴(1)与顶盖(2)固定连接；气体通过进气嘴(1)和顶盖(2)上的通孔进入到气体腔(10)；压力表(5)用于测量气体腔(10)内的压力；推进剂腔(11)用于盛放液体推进剂，连接件的一端与底盖(3)固定连接，液体推进剂通过底盖(3)上的通孔进入到连接件中；注射室(13)为中空柱体，注射室(13)的一端与连接件固定连接，注射室(13)的另一端与喷头(14)固定连接；套筒(12)套在注射室(13)靠近连接件的一端；液体推进剂经由连接件进入到注射室(13)的内腔中，从而通过喷头(14)喷出。
2.根据权利要求1所述的一种用于液体脉冲等离子体推力器的推进剂喷注装置，其特征在于：喷头(14)采用多孔陶瓷材料，耐热性能在800℃以上。
3.根据权利要求1所述的一种用于液体脉冲等离子体推力器的推进剂喷注装置，其特征在于：通过调节喷头(14)两侧的压差，达到液体推进剂在喷头(14)内分散饱和及微量喷注的功用。
4.根据权利要求1所述的一种用于液体脉冲等离子体推力器的推进剂喷注装置，其特征在于：液体推进剂从喷头(14)喷出的速度为3-100μg/s。
5.根据权利要求1所述的一种用于液体脉冲等离子体推力器的推进剂喷注装置，其特征在于：气体腔(10)的压力为0.05-2MPa。
6.根据权利要求1所述的一种用于液体脉冲等离子体推力器的推进剂喷注装置，其特征在于：液体推进剂为水或液体碳氢化合物。
7.根据权利要求7所述的一种用于液体脉冲等离子体推力器的推进剂喷注装置，其特征在于：液体碳氢化合物为乙醇或丙醇。
8.一种如权利要求1所述的用于液体脉冲等离子体推力器的推进剂喷注装置的使用方法，其特征在于：通过进液口(7)在推进剂腔(11)内注入液体推进剂；进液之后，进液口(7)、排液口(8)和排气口(9)都为封闭状态；气体通过进气嘴(1)将气体通入到气体腔(10)内，当压力表(5)显示压力达到设定值时，停止进气；气体挤压活塞(6)将推进剂腔(11)内的液体推进剂由连接件进入到注射室(13)的内腔中，从而通过喷头(14)微量喷出；工作结束后在推进剂腔(11)内的剩余液体推进剂通过排液口(8)排出，气体腔(10)内的剩余气体通过排气口(9)排出。
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