CN105775171A - 有助于减小推进系统的重量并改变推力大小和方向的推进系统 - Google Patents

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孙强强
刘辉
黎润
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    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/40—Arrangements or adaptations of propulsion systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

有助于减小推进系统的重量并改变推力大小和方向的推进系统，属于无工质推进领域，为了解决采用多个推力器存在重量增加，效率降低的问题。有助于减小推进系统的重量并改变推力大小和方向的推进系统，所述推进系统包括微波源、波导、环形器负载和六个谐振腔；微波源产生相应频率的微波通过波导传输给环形器，环形器将微波分别传输给六个谐振腔；六个谐振腔分别分布在六个方向；谐振腔腔体内反射出的微波经环形器导入负载。六个谐振腔均是封闭的圆锥状，并采用TE012模式。根据需要，通过调节波导阀门开启的大小，调节各个方向推力的大小。所述微波源产生微波的频率可以根据谐振腔的需求进行调节。可广泛地应用于卫星、深空探测器和近空间飞行器的推进。

Description

有助于减小推进系统的重量并改变推力大小和方向的推进系统
技术领域
本发明涉及一种无工质微波推进系统，属于无工质推进领域。
背景技术
无工质微波推进是一种全新的概念。在相应的推进装置中,微波通过波导被辐射进封闭的圆台型推力器腔体后作用在腔体表面上,并沿推力器轴线产生净推力。这种推进装置的特点是:
(1)不需要工作介质就可以产生净推力,没有高温燃气流的烧蚀、冲刷和传热问题,同时能大幅度降低消极质量。
(2)只要微波输出电功率稳定,推进装置的性能不受工作环境的影响。
(3)已有的部分试验和理论分析表明采用不同的推进装置结构材料,在1kW微波功率输出条件下,可以获得0.1～31500N范围的推力。
由此可见这种推进装置可广泛地应用于卫星、深空探测器和近空间飞行器,所带来的效益是大幅度地提高有效载荷和寿命。为了灵活调节各个方向的推力，需安装多个微波推力器，但是却降低了推进系统的效率，增加了系统重量，成为进一步发展的阻碍。
发明内容
本发明的目的是为了解决采用多个推力器存在重量增加，效率降低的问题，本发明提供一种有助于减小推进系统的重量并改变推力大小和方向的推进系统。
本发明的有助于减小推进系统的重量并改变推力大小和方向的推进系统，所述推进系统包括微波源、波导、环形器、负载和六个谐振腔；
微波源产生相应频率的微波通过波导传输给环形器，环形器将微波分别传输给六个谐振腔；六个谐振腔分别分布在六个方向；
谐振腔腔体内反射出的微波经环形器导入负载。
六个谐振腔均是封闭的圆锥状，并采用TE012模式。
根据需要，通过调节波导阀门开启的大小，调节各个方向推力的大小。
所述微波源产生微波的频率可以根据谐振腔的需求进行调节。
所述负载为水负载。
所述波导为矩形波导。
工作原理：微波源产生一定频率的微波，经过环形器后进入谐振腔，与谐振腔腔体内壁发生碰撞，部分微波会被反射出腔体经环形器以后导入水负载，这部分微波能量被水吸收。在整个过程中，绝大部分的微波以谐振的方式存在于谐振腔中，能量损耗主要发生在谐振腔腔体的消耗以及水负载的吸收。腔体可看作两头封闭的波导，但发生谐振。大头的群速较高，辐射压较大，小头的群速较低，辐射压较小，造成受力差值，故而产生推力。
本发明带来的有益效果是：
一.本发明是并行工作模式，六个谐振腔共用一个微波源，一个吸收散射能量的水负载，一个环形器，这样便可以节省下五套推力器系统中的相关设备，因此可以极大的减轻推力系统的重量，用来搭载卫星上的其他设备，提高工作效率。
二.搭载了六个方向的谐振腔则可以灵活调节各个方向的推力，满足实际对推力的需要。
三.通过调节谐振腔阀门开启的大小，调节各个方向推力的大小。
附图说明
图1为一个微波推力器的原理示意图。
图2为具体实施方式中所述的有助于减小推进系统的重量并改变推力大小和方向的推进系统的原理示意图。
具体实施方式
结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的有助于减小推进系统的重量并改变推力大小和方向的推进系统，所述推进系统包括微波源1、波导2、环形器3、负载4和六个谐振腔5，如图2所示；
微波源1产生相应频率的微波通过波导2传输给环形器3，环形器将微波分别传输给六个谐振腔5；六个谐振腔5分别分布在六个方向；
谐振腔5腔体内反射出的微波经环形器3导入负载4。
本实施方式中，采用并行工作模式，所有的谐振腔共用一个微波源、波导2、环形器3和负载4，可以极大减轻整个系统的质量。图1为一个谐振腔的推进系统的原理示意图。
本实施方式中六个谐振腔5均是封闭的圆锥状，并采用TE012模式。因为在该模式下的品质因数Q最大，推力最高。谐振腔内大头的群速较高，辐射压较大，腔内的非均匀场分布，导致电磁合力FΣ≠0，提供了腔体自主加速运动的动力。
TE012模式现有的横电模，电场纵向分量为0。对应于波导有三种模式，分别为TE01、TE11和TM01，谐振腔模态下品质因数由下述公式计算：H为集肤深度，tgδ为腔体内电介质损耗正切，n为壁面法向单位矢量，S为腔体表面面积，V为腔体体积。当n＝1时，表示TE011模，n＝2时表示TE012模，n＝3时表示TE111模，n＝4时表示TM011模。
本实施方式中，根据需要，通过调节波导2阀门开启的大小，调节各个方向推力的大小。
本实施方式中，环形器3可以保证微波单向传输减少发散，有利于微波的集中。
本实施方式中，所述微波源1产生微波的频率可以根据谐振腔5的需求进行调节，方便在谐振腔发生轻微形变后可以调节到形变后所对应的谐振频率。
本实施方式中的负载4采用水负载，谐振腔5内的微波与腔体壁碰撞后反射出的微波经环形器3导入负载，被水吸收，降低反射对进入谐振腔5的微波的干扰，变相处理了部分能量损耗。
本实施方式中，波导2采用矩形波导。微波进入环形器3、负载4以及谐振腔5内，微波只在波导内进行传播，并且要求波导的导体损耗和介质损耗小。矩形波导所对应的损耗较小，使用于该推力系统。

Claims (6)

1.一种有助于减小推进系统的重量并改变推力大小和方向的推进系统，其特征在于，所述推进系统包括微波源(1)、波导(2)、环形器(3)、负载(4)和六个谐振腔(5)；
微波源(1)产生相应频率的微波通过波导(2)传输给环形器(3)，环形器将微波分别传输给六个谐振腔(5)；六个谐振腔(5)分别分布在六个方向；
谐振腔(5)腔体内反射出的微波经环形器(3)导入负载(4)。
2.根据权利要求1所述的有助于减小推进系统的重量并改变推力大小和方向的推进系统，其特征在于，六个谐振腔(5)均是封闭的圆锥状，并采用TE012模式。
3.根据权利要求2所述的有助于减小推进系统的重量并改变推力大小和方向的推进系统，其特征在于，根据需要，通过调节波导(2)阀门开启的大小，调节各个方向推力的大小。
4.根据权利要求2或3所述的有助于减小推进系统的重量并改变推力大小和方向的推进系统，其特征在于，所述微波源(1)产生微波的频率可以根据谐振腔(5)的需求进行调节。
5.根据权利要求4所述的有助于减小推进系统的重量并改变推力大小和方向的推进系统，其特征在于，所述负载(4)为水负载。
6.根据权利要求5所述的有助于减小推进系统的重量并改变推力大小和方向的推进系统，其特征在于，所述波导(2)为矩形波导。
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