CN106968836B - 一种连续型固体微推进器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种连续型固体微推进器，包括封装导管(1)、弯曲导管(2)、微推进单元(3)、喷管(4)、补充单元和推进单元；封装导管(1)为长方体壳体结构，内部为空腔(8)，顶部密封，底部开放，底部有贯穿两侧壁的通槽(7)；喷管(4)与封装导管(1)的底部对接安装；多个微推进单元(3)位于封装导管(1)的空腔(8)内，顶部有补充单元，补充单元可压缩；弯曲导管(2)和推进单元分别安装于封装导管(1)的通槽(7)的两侧。本发明的微推进器可实现单点多次推进功能，且反应迅速、推力大、可靠性高。

Description

一种连续型固体微推进器
技术领域
本发明涉及推进器领域，尤其是一种可重复操作的连续型固体微推进器。
背景技术
微推进系统以其集成化程度高、体积小、质量轻、响应速度快、比冲高、可靠性高和易于集成为推进阵列等特点，在精确制导武器的弹道调整、航天器的姿态与轨道控制以及深空探测等方面具有广阔的应用前景，根据工作原理的不同，目前主要有微冷气推进系统、微电推进系统与微化学推进系统。
目前在国内外研究的微推进器中，微冷气推进器体积大、质量高、比冲小；微电推进器功耗大、推力小，不适合于微小型航天器中使用；微化学推进系统中液体燃料推进需要流量控制阀门，容易产生泄漏。而微化学推进器中的固体微推进器具有可靠性高、结构简单紧凑、能够提供精确且大小可调的冲量、系统易于集成等优点。
固体微推进器的工作原理为通电后，发火电阻升温引燃固体推进剂，固体推进剂燃烧产生的气体压力产生推力，从而推动航天器等实现变轨和运动。但目前已有的固体微推进器存在可重复推进性差，只能实现单点单次推进的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种连续型固体微推进器，解决推进器可重复性差，只能实现单点单次推进的问题。
本发明中的微推进器指的是推力小于1N的推进器。
具体的，本发明提供了一种连续型固体微推进器，包括封装导管(1)、微推进单元(3)、喷管(4)、补充单元和推进单元；
所述封装导管(1)，内部为空腔(8)，顶部密封，底部开放，底部两侧安装推进单元；所述多个微推进单元(3)位于封装导管(1)的空腔(8)内；空腔(8)顶部有补充单元，对微推进单元(3)施加推力；所述喷管(4)与封装导管(1)的底部对接安装；所述封装导管(1)外壁上嵌入有焊盘(9)，焊盘(9)一端与与外部电路相连，另一端与微推进单元(3)相连接。
进一步地，还包括所述封装导管(1)为长方体壳体结构，底部有贯穿两侧壁的通槽(7)。
进一步地，所述微推进单元(3)包括基板(13)、发火电阻(14)、燃烧室(15)和固体推进剂(16)；
基板(13)为扁平状长方体；发火电阻(14)贴于基板(13)顶面中部；燃烧室(15)安装于与基板(13)顶面，两侧壁底部开有贯穿侧壁的燃烧室通槽(19)；发火电阻(14)安装于燃烧室通槽(19)内；固体推进剂(16)位于燃烧室(15)。
进一步地，所述发火电阻(14)包括两端的两个焊柱(17)和中间的金属薄膜(18)；
金属薄膜(18)为两端宽中间细的长方形金属薄膜，两个焊柱(17)固定安装于金属薄膜(18)的两端；
金属薄膜(18)安装于燃烧室通槽(19)内，焊柱(17)位于燃烧室(15)的侧壁外，且紧贴侧壁面，并与焊盘(9)接触，焊柱(17)通电后，金属薄膜(18)通电产热，将固体推进剂(16)点燃。
进一步地，所述喷管(4)为长方体结构，内部包含顶面圆台(20)和底面圆台(21)两凹槽，顶面圆台(20)和底面圆台(21)相连通，顶面圆台(20)为倒置的圆台形，其高度小于底面圆台(21)的高度。
进一步地，所述推进单元包括弯曲导管(2)和电磁铁(6)；
所述弯曲导管(2)和电磁铁(6)分别安装于所述封装导管(1)的通槽(7)的两侧。
进一步地，所述弯曲导管(2)为壳体结构，内部为中通的通腔(22)，通腔(22)的宽度大于封装导管(1)的通槽(7)的高度；
弯曲导管(2)包括长方体弯管(10)、长方体一(11)和长方体二(12)三段；
长方体一(11)和长方体二(12)分别连接于长方体弯管(10)的两端，长方体一(11)的长度大于长方体二(12)的长度，长方体一(11)的顶部密封，长方体二(12)底部为开放端；
长方体二(12)的开放端与封装导管(1)的通槽(7)对接连接。
进一步地，所述电磁铁(6)通过一段圆管或方管安装于所述封装导管(1)的通槽(7)的一侧；
该圆管或方管焊接固定于封装导管(1)一侧的底部通槽(7)外围，电磁铁(6)安装于该段圆管或方管内，电磁铁(6)的输出端可沿圆管或方管滑动。
进一步地，所述补充单元为压缩弹簧(5)或步进电机或热膨胀气体。
特别地，一种所述的连续型固体微推进器的使用方法。
本发明提供了一种连续型固体微推进器，将多个微推进单元同时封装于封装导管中，当最底部微推进单元完成推进工作后，在电磁铁的作用下被推入弯曲导管中，后续微推进单元在压缩弹簧的作用下补充到之前微推进单元的位置，可以进行第二次推进，以此实现单点多次推进功能，本连续型固体微推进器反应迅速、推力大、可靠性高，能够实现单点多次推进功能。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1是本发明的微推进器整体结构图；
图2是本发明的微推进器A向剖视图；
图3是本发明的微推进器立体图；
图4是本发明的微推进器封装导管结构图；
图5是本发明的微推进器弯曲导管结构图；
图6是本发明的微推进器微推进单元结构图；
图7是本发明的微推进器微推进单元剖视图；
图8是本发明的微推进器发火电阻结构图。
图中：1-封装导管；2-弯曲导管；3-微推进单元；4-喷管；5-压缩弹簧；6-电磁铁；7-通槽；8-空腔；9-焊盘；10-长方体弯管；11-长方体一；12-长方体二；13-基板；14-发火电阻；15-燃烧室；16-固体推进剂；17-焊柱；18-金属薄膜；19-燃烧室通槽；20-顶面圆台；21-底面圆台；22-通腔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供了一种连续型固体微推进器，如图1-3所示，包括封装导管1、弯曲导管2、微推进单元3、喷管4、压缩弹簧5和电磁铁6。
如图4所示，封装导管1为长方体壳体结构，横截面为正方形，内部是横截面为正方形的空腔8，顶部密封，底部为开放端，在相对两侧侧壁底部开有贯穿两侧壁的通槽7，通槽7宽度与封装导管1内部空腔8宽度一致，高度与微推进单元3高度一致；在封装导管1另外两侧侧壁底部分别有嵌入封装导管1外壁上的长方体焊盘9，焊盘9厚度厚于封装导管1侧壁，并伸入封装导管1的空腔8内，焊盘9与外部控制电路相连接。
如图5所示，弯曲导管2为壳体结构，内部为中通的通腔22，通腔22的横截面为长方形，通腔22的宽度大于封装导管1的通槽7的高度。弯曲导管2包括长方体弯管10、长方体一11和长方体二12三段。长方体一11和长方体二12分别连接于长方体弯管10的两端，长方体一11的长度大于长方体二12的长度，长方体一11的顶部密封，长方体二12底部为开放端。
如图6-7所示，微推进单元3是顶面和底面为正方形的扁平长方体状，正方形的边长与空腔8的边长相等，微推进单元3包括基板13、发火电阻14、燃烧室15和固体推进剂16。基板13为扁平状长方体，长方体顶面为正方形；发火电阻14贴于基板13顶面中部，如图8所示，发火电阻14包括两端的两个焊柱17和中间的金属薄膜18，金属薄膜18为两端宽中间细的长方形金属薄膜，其长度与基板13的正方形边长相等，两个焊柱17固定安装于金属薄膜18的两端；燃烧室15为扁平长方体壳体结构，长方体的相对两个面为正方形，该正方形面上开有贯穿的正方形空腔，在燃烧室15相对的两侧壁底部开有贯穿侧壁的燃烧室通槽19，燃烧室通槽19高度与发火电阻14的金属薄膜18厚度相等，燃烧室15底面安装于与基板13顶面，并且发火电阻14的金属薄膜18安装于燃烧室通槽19内，焊柱17位于燃烧室15的侧壁外，且紧贴侧壁面；固体推进剂16位于燃烧室15空腔内，并覆盖于发火电阻的金属薄膜18上。
喷管4为长方体结构，顶面为正方形，正方形的边长与封装导管1横截面的正方形边长相等，喷管4内部包含顶面圆台20和底面圆台21两凹槽，顶面圆台20和底面圆台21相连通，顶面圆台20为倒置的圆台形，其高度小于底面圆台21的高度，该喷管4利用了喷嘴原理，使得固体推进剂16点燃后能够快速喷出。
喷管4的顶面与封装导管1的底部对接安装，且顶面圆台20和底面圆台21的中心线与空腔8的中心线重合，微推进单元3位于封装导管1的空腔8内，燃烧室15的内部空腔朝向喷管4放置，其数量可为一个或多个，多个微推进单元3顶面与底面对接放置，最上层的微推进单元3的底面与压缩弹簧5接触，将压缩弹簧5压缩于空腔8内，将微推进单元3固定，最下层的微推进单元3的顶面与喷管4顶面接触，最下层的微推进单元3中发火电阻14的焊柱17与封装导管1的长方体焊盘9接触，燃烧室15空腔正对与喷管4顶面圆台20，电磁铁6与弯曲导管2分别位于封装导管1两侧，其中弯曲导管2的长方形通腔22与封装导管1一侧的底部通槽7对接连接，正对弯曲导管2的一侧外围焊接固定有一段圆管或方管，电磁铁6安装于该段圆管或方管内，电磁铁6上缠绕有导线，导线与外部控制电路相连接，导线通电后电磁铁6可沿圆管或方管滑动。
长方体焊盘9嵌入封装导管1外壁上，且与封装导管1最下层的微推进单元3中的焊柱17接触。
本实施例中，电磁铁6为开合闸电磁铁，有弹簧用于复位。
可选的，电磁铁6可由步进电机、驱动器等能将微推进单元3完成推进工作后推入弯曲导管2的机构或零件代替。
可选的，压缩弹簧5可以由步进电机、热膨胀气体或其他能将微推进单元3补充到与喷管4接触位置的机构或零件代替。
使用时，焊盘9通电，因为焊盘9与封装导管1最下层的微推进单元3的焊柱17接触，因此最下层的微推进单元3的焊柱17通电，同时，金属薄膜18通电后发热，将固体推进剂16点燃，焊盘9断电，燃烧产生的气体通过喷管4喷出，产生推力；固体推进器16燃烧结束后，电磁铁6上的线圈通电，电磁铁6的输出端在电磁力的推动下沿圆管向前滑动，将微推进单元3推至弯曲导管2，电磁铁6断电，靠电磁铁6上的弹簧归位，在压缩弹簧5弹力的作用下，下一个微推进单元3被推至封装导管1底部，其焊柱17与焊盘接触，进行下一个推进过程。
综上所述，本发明提供了一种连续型固体微推进器，将多个微推进单元同时封装于封装导管中，当最底部微推进单元完成推进工作后，在电磁铁的作用下被推入弯曲导管中，后续微推进单元在压缩弹簧的作用下补充到之前微推进单元的位置，可以进行第二次推进，以此实现单点多次推进功能，本连续型固体微推进器反应迅速、推力大、可靠性高，能够实现单点多次推进功能。
尽管已经结合优选的实施例对本发明进行了详细地描述，但是本领域技术人员应当理解的是在不违背本发明精神和实质的情况下，各种修正都是允许的，它们都落入本发明的权利要求的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种连续型固体微推进器，其特征在于，包括封装导管(1)、微推进单元(3)、喷管(4)、补充单元和推进单元；
所述封装导管(1)，内部为空腔(8)，顶部密封，底部开放，底部两侧安装推进单元；多个所述微推进单元(3)位于封装导管(1)的空腔(8)内；空腔(8)顶部有补充单元，对微推进单元(3)施加推力；所述喷管(4)与封装导管(1)的底部对接安装；所述封装导管(1)外壁上嵌入有焊盘(9)，焊盘(9)一端与与外部电路相连，另一端与微推进单元(3)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种连续型固体微推进器，其特征在于，还包括所述封装导管(1)为长方体壳体结构，底部有贯穿两侧壁的通槽(7)。
3.根据权利要求1或2所述的一种连续型固体微推进器，其特征在于，所述微推进单元(3)包括基板(13)、发火电阻(14)、燃烧室(15)和固体推进剂(16)；
基板(13)为扁平状长方体；发火电阻(14)贴于基板(13)顶面中部；燃烧室(15)安装于与基板(13)顶面，两侧壁底部开有贯穿侧壁的燃烧室通槽(19)；发火电阻(14)安装于燃烧室通槽(19)内；固体推进剂(16)位于燃烧室(15)。
4.根据权利要求3所述的一种连续型固体微推进器，其特征在于，所述发火电阻(14)包括两端的两个焊柱(17)和中间的金属薄膜(18)；
金属薄膜(18)为两端宽中间细的长方形金属薄膜，两个焊柱(17)固定安装于金属薄膜(18)的两端；
金属薄膜(18)安装于燃烧室通槽(19)内，焊柱(17)位于燃烧室(15)的侧壁外，且紧贴侧壁面，并与焊盘(9)接触。
5.根据权利要求4所述的一种连续型固体微推进器，其特征在于，所述喷管(4)为长方体结构，内部包含顶面圆台(20)和底面圆台(21)两凹槽，顶面圆台(20)和底面圆台(21)相连通，顶面圆台(20)为倒置的圆台形，其高度小于底面圆台(21)的高度。
6.根据权利要求4或5所述的一种连续型固体微推进器，其特征在于，所述推进单元包括弯曲导管(2)和电磁铁(6)；
所述弯曲导管(2)和电磁铁(6)分别安装于所述封装导管(1)的通槽(7)的两侧。
7.根据权利要求6所述的一种连续型固体微推进器，其特征在于，所述弯曲导管(2)为壳体结构，内部为中通的通腔(22)，通腔(22)的宽度大于封装导管(1)的通槽(7)的高度；
弯曲导管(2)包括长方体弯管(10)、长方体一(11)和长方体二(12)三段；
长方体一(11)和长方体二(12)分别连接于长方体弯管(10)的两端，长方体一(11)的长度大于长方体二(12)的长度，长方体一(11)的顶部密封，长方体二(12)底部为开放端；
长方体二(12)的开放端与封装导管(1)的通槽(7)对接连接。
8.根据权利要求7所述的一种连续型固体微推进器，其特征在于，所述电磁铁(6)通过一段圆管或方管安装于所述封装导管(1)的通槽(7)的一侧；
该圆管或方管焊接固定于封装导管(1)一侧的底部通槽(7)外围，电磁铁(6)安装于该段圆管或方管内，电磁铁(6)的输出端可沿圆管或方管滑动。
9.根据权利要求7或8所述的一种连续型固体微推进器，其特征在于，所述补充单元为压缩弹簧(5)或步进电机或热膨胀气体。
10.一种权利要求1-9所述的连续型固体微推进器的使用方法，其特征在于，所述焊盘(9)通电，最下层的微推进单元(3)的焊柱(17)通电，同时，金属薄膜(18)通电后发热，将固体推进剂(16)点燃，焊盘(9)断电，燃烧产生的气体通过喷管(4)喷出，产生推力；固体推进器(16)燃烧结束后，电磁铁(6)上的线圈通电，电磁铁(6)的输出端在电磁力的推动下沿圆管向前滑动，将微推进单元(3)推至弯曲导管(2)，电磁铁(6)断电，靠电磁铁(6)上的弹簧归位，在压缩弹簧(5)弹力的作用下，下一个微推进单元(3)被推至封装导管(1)底部，其焊柱(17)与焊盘(9)接触，进行下一个推进过程。
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