CN106134394B - 一种航天器发动机喷注器的加热实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航天器发动机喷注器的加热器。所要解决的技术问题是提供一种航天器发动机喷注器的加热实现方法，能有效克服现有技术的缺陷，不仅适用于喷注器工作温度高的情况，且安装方便、性能可靠。其特征在于：所述加热器采用铠装片式结构，所述加热器的主体为片式加热板，在加热板中部设有一个安装孔，所述发动机喷注器的加热面上预先开设与加热板形状一致的安装槽，先在安装槽内均匀涂抹导热硅胶，然后通过螺栓组件将所述加热板紧贴安装到喷注器上。本发明具有安装方式简便易行、安全可靠、安装面积小、抗潮湿性能好、高温绝缘性能好、无需电压较小的二次电源等优点。

Description

一种航天器发动机喷注器的加热实现方法

技术领域

本发明涉及加热装置，尤其涉及航天器发动机喷注器的加热器。

技术背景

航天器发动机喷注器中有多组流通推进剂的小孔，在空间低温环境下，小孔中的推进剂容易被冻结；因此，必须采取加热措施，使得该处温度在推进剂冰点以上，以保证发动机正常启动和可靠工作。

发动机工作后，喷注器的温度亦会升高。因此，安装于喷注器上的加热器应具有耐受高温的能力。假如喷注器工作温度不会高于150℃，则可采用“聚酰亚胺薄膜型星用电加热器”给喷注器加热。这种薄膜型电加热片是两面绝缘的聚酰亚胺薄膜，中间为康铜箔所组成的通电发热器件。由于其绝缘材料聚酰亚胺薄膜为有机物，且两层聚酰亚胺薄膜之间的粘接剂亦为有机材料，其耐温上限只有150℃，不适用于工作温度较高的场合。

当喷注器工作温度高于150℃的情况下，已有技术是采用“金属套管单芯加热丝”给喷注器加热。“金属套管单芯加热丝”是在金属套管中填充氧化镁粉和单芯加热丝制成的。金属套管的直径一般为1mm，材料为1Cr18Ni9Ti不锈钢。单芯加热丝为镍铬合金。这种技术具有如下缺点：1)安装方式复杂。使用“金属套管单芯加热丝”时，需要预先在喷注器表面铣出多圈同心圆状浅槽，然后将该“金属套管单芯加热丝”一圈圈盘绕并安装于浅槽中，之后用条状金属箔片固定“金属套管单芯加热丝”，再用金属压板将“金属套管单芯加热丝”压紧。另外，“金属套管单芯加热丝”与电源线的焊接需要采用磷酸作为助焊剂，而采用磷酸作为助焊剂为限用工艺。2)安装面积大。原有的“金属套管单芯加热丝”的电阻密度较小，最大为1.0Ω/cm。因此使用“金属套管单芯加热丝”时，就需要较大的安装面积。在加热器安装面积受限的情况下，这种加热方式就不适用。3)需要电压较小的二次电源供电。在安装面积受限的情况下，该“金属套管单芯加热丝”的电阻较小。在加热功率亦受限时，须采用电压较小的二次电源供电。因此需要额外的直流变压装置将电压较大的电源电压变换成较低的电压。4)抗潮湿性能较差。从整卷的“金属套管单芯加热丝”中截取所需长度时，金属套管中起绝缘作用的氧化镁粉会裸露在外。虽然在断面上采用涂抹环氧胶的方法来密封氧化镁粉，但是抗潮湿性能仍较差。氧化镁粉受潮会引起绝缘电阻下降。5)高温绝缘性能较差。原有的“金属套管单芯加热丝”的高温绝缘性能只能达到10kΩ。

因此，急需研究更先进的航天器发动机喷注器的加热器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种航天器发动机喷注器的加热实现方法，能有效克服现有技术的缺陷，不仅适用于喷注器工作温度高的情况，且安装方便、性能可靠。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

一种航天器发动机喷注器的加热实现方法，其特征在于：

所述加热器采用铠装片式结构，所述加热器的主体为片式加热板，在加热板中部设有一个安装孔，所述发动机喷注器的加热面上预先开设与加热板形状一致的安装槽，先在安装槽内均匀涂抹导热硅胶，然后通过螺栓组件将所述加热板紧贴安装到喷注器上；

所述加热板主要包括铠壳和发热芯；发热芯主要由石英圆管和螺旋加热丝构成，螺旋加热丝从石英圆管中穿过，发热芯直接置于铠壳中；铠壳上盖上设有引出孔，加装铠壳的上盖并在铠壳与发热芯所有间隙内填满氧化镁粉浆，加热丝的引出端从引出孔内焊接的不锈钢短圆管中穿出，加热丝与该不锈钢短圆管中的间隙中亦充填氧化镁粉；将铠壳上盖与铠壳的其它部分焊接，随后将加热板置于真空烘箱中进行真空干燥，使氧化镁粉固化为一体；所述加热芯的螺旋加热丝的引出端通过引线与电源连接。

本发明带来以下有益效果：

a)可采用螺栓固定于喷注器的加热器安装槽内，安装方式简便易行、安全可靠。

b)安装面积小。本发明采用的高电阻密度发热体(螺旋加热丝)的电阻密度最高可达47.1Ω/cm。因此，本发明的安装面积与“金属套管单芯加热丝”的安装面积相比，缩小为其1/4。

c)抗潮湿性能好。

d)高温绝缘性能好。由于本发明中高电阻密度发热体(螺旋加热丝)与铠装壳体之间填充的起到绝缘作用的氧化镁粉的厚度更大，因此与“金属套管单芯加热丝”相比，本发明的高温绝缘电阻更大，可以达到1MΩ。

e)无需电压较小的二次电源。由于本发明中的螺旋加热丝的电阻密度高，因此加热器可以用航天器上的26V一次电源供电，无需额外的输出电压较小的直流电压变换装置。这不仅避免了直流电压转换过程中的电能损失，而且降低了复杂度，提高了整体可靠性。

附图说明

图1(a)为本发明一个实施例的正视图；

图1(b)为本发明一个实施例的俯视图；

图2：为本发明一个实施例的加热板内部结构示意图；

图3：为本发明一个实施例的引线与加热丝引出端连接处的结构示意图；

图4：本发明一个实施例的在发动机喷注器的加热面上的安装槽示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

结合参见图1(a)、图1(b)。图中，1为加热板，2为穿有加热丝引出端的不锈钢短圆管，3为加热丝引出端与引线的连接处，4为引线，5为安装孔。

本实施例中，铠装片式加热器的加热板外形设计为双弧平板状，如图1(a)所示。加热板1的功能是将电能转化为热能。安装孔5用于将铠装片式加热器固定到喷注器加热面上。铠装片式加热器通过引线4连接到航天器电源上，用于给铠装片式加热器提供电能。

参见图2，图2中，6为铠壳，7为石英圆管，8为加热丝，9为氧化镁粉。

加热板1由发热芯、铠壳6及填充二者空隙的氧化镁粉9组成，如图2所示。发热芯主要由石英圆管7和螺旋加热丝8构成，螺旋加热丝8的材料为8020NiCr的改性精密电热合金，从石英圆管7中穿过构成发热芯，本实施例中发热芯分为10段，分上、下两层迭放后直接置于铠壳6中，加装上盖并在铠壳6与发热芯所有间隙内填满氧化镁粉9，加热丝8引出端从上盖上引出孔内焊接的不锈钢短圆管2中穿出，加热丝8与该不锈钢短圆管2中的间隙中亦充填氧化镁粉9，并真空干燥固化。这种结构的功能是降低加热板1的温度对引线4与加热板1中的加热丝8的焊点的影响。将上盖与铠壳的其它部分焊接在一起。随后将加热板1置于真空烘箱中进行真空干燥，使氧化镁粉9固化为一体，具有一定的强度，可以固定发热芯从石英圆管7中暴露在外的加热丝，使其在正常的使用条件下，不会发生串动。

引线4与加热丝8引出端连接处3的结构如图3所示。图3中，10是加热丝8引出端与两根引线4的焊点，11是不锈钢外套，12是环氧胶，13是热缩管，15是玻璃钢套管。不锈钢外套11与穿有加热丝8引出端的外套不锈钢短圆管2之间通过焊接方式固接。通过填充环氧胶12，能更好地密封铠装片式加热器中的氧化镁粉，避免空气中的潮气影响其绝缘性能。

参见图4，在发动机喷注器上预先铣出两个对称的安装槽16。如图4所示，铠装片式加热器安装时，先在安装槽16内均匀涂抹适量GD414导热硅胶，其作用是增强铠装片式加热器向喷注器的传热。之后，将铠装片式加热器的加热板1放入安装槽16内；安装槽16中的角部的小孔162用于供穿有加热丝引出端的不锈钢短圆管2穿出以便于加热器通过引线4连接电源。最后用螺栓通过安装槽16中部的安装孔161将其紧固。

Claims (1)

1.一种航天器发动机喷注器的加热实现方法，其特征在于：

对所述航天器发动机喷注器进行加热的加热器采用铠装片式结构，所述加热器的主体为片式加热板，在加热板中部设有一个安装孔，所述发动机喷注器的加热面上预先开设与加热板形状一致的安装槽，先在安装槽内均匀涂抹导热硅胶，然后通过螺栓组件将所述加热板紧贴安装到喷注器上；

所述加热板主要包括铠壳和发热芯；发热芯主要由石英圆管和螺旋加热丝构成，螺旋加热丝从石英圆管中穿过，发热芯直接置于铠壳中；铠壳上盖上设有引出孔，加装铠壳的上盖并在铠壳与发热芯所有间隙内填满氧化镁粉浆，螺旋加热丝的引出端从引出孔内焊接的不锈钢短圆管中穿出，螺旋加热丝与该不锈钢短圆管中的间隙中亦充填氧化镁粉浆；将铠壳上盖与铠壳的其它部分焊接，随后将加热板置于真空烘箱中进行真空干燥，使氧化镁粉固化为一体；所述发热芯的螺旋加热丝的引出端通过引线与电源连接。