CN107165793B - 一种电推进发动机气体分配器 - Google Patents

Abstract

本发明内容为一种电推进发动机气体分配器，涉及到电推进发动机推进剂气体分配是否均匀的问题，属于电推进领域。由于进气管路分布不均匀，传统的气体分配器会造成放电通道内推进剂气体周向分布不均匀，由此会给推力器放电带来影响。为了解决这一问题，本发明设计了具有周向和径向输气槽以及非均匀分布的轴向输气孔/槽的气体分配器。本发明主要包括分配器‑上底、分配器‑下底、进气管和紧固螺钉，通过设计输气凹槽，人为约束推进剂气体在周向和径向的扩散，针对不同位置不同的推进剂气体密度，设计非均匀的轴向输气孔/槽，使推进剂气体更加均匀的进入放电通道，为推力器提供均匀稳定的中性粒子环境。

Description

一种电推进发动机气体分配器

技术领域：

本发明属于电推进技术领域，涉及一种电推进发动机气体分配器。

背景技术：

电推进技术作为一种先进的空间推进技术，在航天器的姿态控制、轨道转移、南北位保持、重定位等方面有着广泛的应用。随着微小卫星的逐渐发展，电推力器也朝着低功率化的方向发展，低功率电推力器在微小卫星的编队飞行、位置保持等方面有着独特的优势。

伴随着电推力器的低功率化，推力器放电通道体积的大大减小，气体分配器的设计难度增加。由于进气管路分布不均匀，传统的多孔输气式电推力器气体分配器会造成放电通道内推进剂气体周向和径向分布不均匀，在进气管路出口附近推进剂气体密度远远高于其他区域，由此使得放电通道中性粒子环境不均匀，造成等离子体放电不均匀，甚至影响放电的稳定性。

发明内容：

为了解决这一问题，本发明设计了具有周向和径向输气槽以及非均匀分布的轴向输气孔/槽的气体分配器。本发明主要包括分配器-上底、分配器-下底、进气管和紧固螺钉。

本发明的技术方案如下：

通过在分配器-下底设计周向环形输气凹槽，并在不同的周向位置分布有不同宽度的径向输气槽，人为约束推进剂气体在周向和径向的扩散，使得推进剂气体在排入放电通道内之前分布相对均匀。

周向和径向凹槽并不能使推进剂气体分布均匀，所以针对不同位置不同的推进剂气体密度，在分配器-上底设计非均匀的轴向输气孔/槽，使推进剂气体更加均匀的进入放电通道。

本发明的优点：

1)通过开槽引流的方法使推进剂气体更加均匀的进入推力器放电通道，促进放电均匀；

2)加工方便，将分配器分为上下底两个零件，分别开孔开槽，然后使用紧固螺钉进行螺纹连接，方便可靠；

3)进气方式简单，通过四根不锈钢进气管与分配器-下底上预留的进气孔焊接，不需要设计额外的缓冲腔体；

附图说明

图1为本发明所述的一种电推进发动机气体分配器的装配图。

图2为本发明所述的一种电推进发动机气体分配器的剖视图(沿对称轴剖视)。

图3为本发明所述的一种电推进发动机气体分配器的分配器-下底结构图。

图4为本发明所述的一种电推进发动机气体分配器的分配器-上底结构图。。

图中：

1.分配器-上底 2.分配器-下底 3.进气管

4.紧固螺钉 5.径向输气槽 6.周向输气槽

7.进气孔 8.紧固螺纹孔 9.紧固螺钉定位孔

10.轴向输气槽 11.1mm轴向输气孔 12.0.6mm轴向输气孔

13.0.6mm轴向输气孔

具体实施方式

下面结合附图1～4对本发明的具体实施方式进行说明。

本发明为一种电推进发动机气体分配器，主要部件包括分配器-上底1,、分配器-下底2、进气管3、紧固螺钉4；其中分配器-下底2上有如下结构特征：径向输气槽5、周向输气槽6、进气孔7、紧固螺纹孔8；分配器-上底1有如下特征：紧固螺钉定位孔9、轴向输气槽10、1mm轴向输气孔11、0.6mm轴向输气孔12、0.6mm轴向输气孔13。

如图3所示为本发明所述的一种电推进发动机气体分配器的分配器-下底结构图。以分配器-下底2为基准，将四根进气管3与分配器-下底2上的进气孔7焊接固定密封，连通推进剂供应系统与推力器气体分配器。

推进剂气体通过进气孔7进入特别设计的中心环形周向输气槽6，开始沿着周向扩散，在周向不同的地方设计不同宽度的径向输气槽5，使中心环形周向输气槽6中沿周向扩散的推进剂气体向径向扩散，进入内外侧的环形扩散通道，在距离进气孔7较近的地方(20°)径向输气槽宽度较窄，适应该处的高密度，在距离进气孔7较远的地方(45°)径向输气槽宽度较宽，对应该处较低的推进剂气体密度。

如图4所示为本发明所述的一种电推进发动机气体分配器的分配器-上底结构图。分配器-上底1上分布有非均匀的轴向输气孔/槽，在距离进气孔7较近的地方分布0.6mm轴向输气孔13，小直径孔控制该处高密度气体的轴向扩散；在距离进气孔7较远的地方分布有0.6mm轴向输气孔12和1mm轴向输气孔11，对应该处较低的气体密度；随着距离的增加，将1mm孔连成长圆槽，对应该处最低的气体密度。此设计旨在通过非均匀的轴向输气孔/槽来限制周向不均匀的气体轴向扩散量，通过密度与孔径的配合更好的实现通道内气体的周向均匀性。

如图1、2所示分别为本发明所述的一种电推进发动机气体分配器的装配图和剖视图；以分配器-下底2为基准，把分配器-上底1套在分配器-下底2上；分配器-下底2上的以紧固螺纹孔8和分配器-上底1上的紧固螺钉定位孔9同心为周向基准限位，使用紧固螺钉4进行螺纹连接，紧固螺钉4成对角布局，将分配器下底2和分配器-上底1组装起来。

在装配体与放电通道装配的过程中，使用螺钉穿过放电通道拧入分配器-下底2上预留的紧固螺纹孔8(对角两个)，将分配器装配体和放电通道固定在一起，本发明即可完成装配，此时只需要将电推进发动机其他零部件装配完毕即可的到完整的电推进发动机。

经过COMSOL软件流场仿真计算，得到在使用本发明所述的一种电推进发动机气体分配器后，进入放电通道内的推进剂气体在经过3mm的轴向扩散后达到周向均匀的效果，经过5mm轴向扩散后达到径向均匀的效果。

Claims (7)

1.一种电推进发动机气体分配器，主要部件包括分配器-上底(1)、分配器-下底(2)、进气管(3)、紧固螺钉(4)；其中分配器-下底(2)上有如下结构特征：径向输气槽(5)、周向输气槽(6)、进气孔(7)、紧固螺纹孔(8)；分配器-上底(1)有如下特征：紧固螺钉定位孔(9)、轴向输气槽(10)、1mm轴向输气孔(11)、0.6mm轴向输气孔一(12)、0.6mm轴向输气孔二(13)；

以分配器-下底(2)为基准，将四根进气管(3)与分配器-下底(2)上的进气孔(7)焊接固定密封，连通推进剂供应系统与电推进发动机气体分配器；

推进剂气体通过进气孔(7)进入特别设计的周向输气槽(6)，开始沿着周向扩散，在周向不同的地方设计不同宽度的径向输气槽(5)，使周向输气槽(6)中沿周向扩散的推进剂气体向径向扩散，进入内外侧的环形扩散通道，在距离进气孔(7)20°的地方径向输气槽宽度较窄，适应该处的高密度，在距离进气孔(7)45°的地方径向输气槽宽度较宽，对应该处较低的推进剂气体密度；

分配器-上底(1)上分布有非均匀的轴向输气孔，在距离进气孔(7)较近的地方分布0.6mm轴向输气孔二(13)，该小直径孔控制该处高密度气体的轴向扩散；在距离进气孔(7)较远的地方分布有0.6mm轴向输气孔一(12)和1mm轴向输气孔(11)，对应该处较低的气体密度；随着距离的增加，将1mm轴向输气孔连成长圆槽，对应该处最低的气体密度；

以分配器-下底(2)为基准，把分配器-上底(1)套在分配器-下底(2)上；分配器-下底(2)上的以紧固螺纹孔(8)和分配器-上底(1)上的紧固螺钉定位孔(9)同心为周向基准限位，使用紧固螺钉(4)进行螺纹连接，紧固螺钉(4)成对角布局，将分配器-下底(2)和分配器-上底(1)组装起来；

在分配器装配体与放电通道装配的过程中，使用螺钉穿过放电通道拧入分配器-下底(2)上预留的位于对角位置的两个紧固螺纹孔(8)，将分配器装配体和放电通道固定在一起，所述气体分配器即可完成装配，此时只需要将电推进发动机其他零部件装配完毕即可得到完整的电推进发动机。

2.根据权利要求1所述的一种电推进发动机气体分配器，其特征在于：将进气管(3)与分配器-下底(2)上的进气孔(7)焊接固定密封。

3.根据权利要求1所述的一种电推进发动机气体分配器，其特征在于：在距离进气孔(7)20°的地方径向输气槽宽度为1mm；在距离进气孔(7)45°的地方径向输气槽宽度为3mm。

4.根据权利要求1所述的一种电推进发动机气体分配器，其特征在于：分配器-上底(1)上0.6mm轴向输气孔一(12)、0.6mm轴向输气孔二(13)、1mm轴向输气孔(11)的圆心与分配器-上底圆心连线与竖直方向的夹角分别为6°、15°、21°；轴向输气槽(10)宽度为1mm，跨度角为124°，其形心与分配器-上底圆心连线与竖直方向的夹角为45°。

5.根据权利要求1所述的一种电推进发动机气体分配器，其特征在于：紧固螺钉(4)成对角布局，配合紧固螺纹孔(8)和紧固螺钉定位孔(9)，将分配器-下底(2)和分配器-上底(1)组装起来，螺纹外径为M1.6。

6.根据权利要求1所述的一种电推进发动机气体分配器，其特征在于：螺钉穿过放电通道拧入分配器-下底(2)上预留的位于对角位置的两个紧固螺纹孔(8)，螺纹外径为M1.6，将分配器装配体和放电通道固定在一起。

7.根据权利要求1所述的一种电推进发动机气体分配器，其特征在于：气体分配器装配体外径42mm，内径26mm，不锈钢材质。