CN107264840A - 一种微型五维阴极电弧推力器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微型五维阴极电弧推力器，包括推力器主体、上盖、绝缘模块、推进剂、小电极板和大电极板，所述推力器主体上表面均匀开有四个长方体凹槽，相邻两个长方体凹槽的中轴线相互垂直，相对的两个长方体凹槽的中轴线重合，推力器主体上表面中间开有一个正方体凹槽，上述凹槽之间相互连通；所述小电极板的数量为四个，该四个小电极板的结构相同，均为长方体结构，每个小电极板都水平设置在对应的长方体凹槽内，所述小电极板均通过下方接线孔与外部电源导线连接。本发明通过推力器结构的创新设计和对推进剂材料的改进，简化了推力器结构，实现了五维推力器小型化和低功耗，推力器性能及效率均优于同类产品。
Description
技术领域
本发明涉及一种微型推力器，特别是一种微型五维阴极电弧推力器。
背景技术
空间微推力器是卫星和其他空间飞行器的重要动力装置，主要完成空间飞行器的姿态控制、轨道保持和动力推进等任务。
目前空间推进技术主要有冷气推进、热推进、电推进、化学推进、激光推进和核推进等主要类型，其中电推进技术运用最广泛。电推进主要有脉冲等离子体推进(PPT)，电喷推进和霍尔推进等3种，其中PPT推进采用了固体推进剂，使其易于维护和环境适应性好。
目前大多数在轨PPT使用了聚四氟乙烯(PTFE)推进剂，PTFE的优点是性质稳定，但是缺点是推力器结构不紧凑，工作效率低，同时，电烧蚀所需要的能量和烧蚀临界电压高，限制了推进系统的小型化和低功耗性能提升。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种微型五维阴极电弧推力器。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种微型五维阴极电弧推力器，包括推力器主体、上盖、绝缘模块、推进剂、小电极板和大电极板，所述推力器主体上表面均匀开有四个长方体凹槽，相邻两个长方体凹槽的中轴线相互垂直，相对的两个长方体凹槽的中轴线重合，推力器主体上表面中间开有一个正方体凹槽，上述凹槽之间相互连通；
所述小电极板的数量为四个，该四个小电极板的结构相同，均为长方体结构，每个小电极板都水平设置在对应的长方体凹槽内，所述小电极板均通过下方接线孔与外部电源导线连接；
所述推进剂位于长方体凹槽内小电极板的上方，推进剂为长方体结构并具有一个导电层，导电层位于推进剂的侧面，所述大电极板为十字形，中间具有一个正方形孔，大电极板位于推力器主体的上部，其每个臂均位于对应的长方体凹槽内，并位于推进剂的上方，大电极板中心的正方形孔位于正方体凹槽的上方，正方体凹槽内设置绝缘模块，该绝缘模块为U型结构，绝缘模块内竖直设置两块小电极板，两块小电极板之间设置推进剂；竖直设置的两块小电极板和一块推进剂也均位于正方形孔的内部；所述上盖位于大电极板的上方且与主体固连，其中心开有一个正方形通孔。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明的微型五维阴极电弧推力器结构简单，重量轻，五个方向独立控制点火，使空间姿态和轨道控制等任务更容易进行，能量可以得到最大效率的利用，一定程度上可以减少卫星发射时的负重或延长卫星的工作时间；2)本发明的微型五维阴极电弧推力器功耗低，安全可靠。本发明采用改性环氧树脂材料(PCB)材料作为推进剂，并且在推进剂烧蚀区用局部高温处理的方式预设导电层，实现推进剂低压自点火，达到仅在烧蚀表面导电而内部不导电的特性。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明的微型五维阴极电弧推力器结构分解图。
图2为本发明的微型五维阴极电弧推力器总体安装图。
图3为本发明的微型五维阴极电弧推力器极板安装图。
图4为本发明的微型五维阴极电弧推力器极板和推荐剂的配合安装图。
图5为微型五维阴极电弧推力器上盖和主体的结构图。
具体实施方式
结合附图，本发明的一种微型五维阴极电弧推力器，包括推力器主体1、上盖2、绝缘模块3、推进剂4、小电极板5和大电极板6，所述推力器主体1上表面均匀开有四个长方体凹槽7，相邻两个长方体凹槽的中轴线相互垂直，相对的两个长方体凹槽的中轴线重合，推力器主体上表面中间开有一个正方体凹槽8，上述凹槽之间相互连通；
所述小电极板5的数量为四个，该四个小电极板的结构相同，均为长方体结构，每个小电极板都水平设置在对应的长方体凹槽7内，所述小电极板5均通过下方接线孔与外部电源导线连接；
所述推进剂4位于长方体凹槽7内小电极板5的上方，推进剂4为长方体结构并具有一个导电层41，导电层41位于推进剂4的侧面，所述大电极板6为十字形，中间具有一个正方形孔，大电极板6位于推力器主体1的上部，其每个臂均位于对应的长方体凹槽7内，并位于推进剂4的上方，大电极板6中心的正方形孔位于正方体凹槽8的上方，正方体凹槽8内设置绝缘模块3，该绝缘模块3为U型结构，绝缘模块3内竖直设置两块小电极板，两块小电极板之间设置推进剂；竖直设置的两块小电极板和一块推进剂也均位于正方形孔的内部；
所述上盖2位于大电极板6的上方且与主体1固连，其中心开有一个正方形通孔9。
所述推力器主体1的正方体凹槽8的下方开有一个接线孔。
所述推力器主体1和上盖2通过螺栓固定连接。
所述推进剂4包含65-85％改性环氧树脂材料、5-20％烧蚀稳定剂、10-15％导电剂。
所述的烧蚀稳定剂为铝镁金属粉末。
所述的导电剂为石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的一种或二种以上的混合。
所述大电极板6中心的正方形孔与正方体凹槽8的尺寸相同。
所述导电层41所在平面与推力器主体1对应的侧面平行或重合。
所述长方体凹槽7的中轴线与推力器主体1对应的侧面垂直。
推力器主体1和上盖2的材料为聚砜，电极板的材料为铜。
本发明将推进剂和电极板固定在推力器中，可以使推力器达到五维推进，在外部电路的控制下还可实现精确的五维单独点火控制。进一步的，本发明要解决电烧蚀所需要的能量和烧蚀临界电压高的问题，提供了一种低烧蚀阈值的推进剂，采用改性环氧树脂材料(PCB)材料作为推进剂，并添加石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯和纳米金属离子等导电剂和烧蚀稳定剂等组成，并且在推进剂烧蚀区用局部高温处理的方式预设导电层。
本发明的工作原理为：本发明的微型五维阴极电弧推力器，在四个方向有同等规格的长方体槽7，方向指向水平面四个方向，期间放置单独的小电极板5，用电线从下方的圆形小孔接入电源，其上放置推进剂4，推进剂4刚好水平镶嵌在长方体槽7中间。主体1中间有一个正方体凹槽8，用来放置第五维推进剂，第五维推进方向为竖直向上，推进剂夹在两电极板中间，电线从小孔通过接电源。再在整体上面加大电极6，大电极6与第五维铜电极中的一块铜板接触，使其接入电源。在工作过程中使用脉冲高压电源即可实现单独控制电源的接通，产生方向不同的推力，达到各方向调控姿态的目的。
下面结合实施例进行更详细的说明。
实施例1
本发明的微型五维阴极电弧推力器包括主体1、上盖2、绝缘模块3、5个推进剂4、6个小电极板5、一个大电极板6，所述主体1上表面四周具有长方体凹槽7，长方体凹槽7同等规格，方向指向水平面四个方向。主体上表面中间具有一个正方体凹槽8，用来放置第五维推进剂，第五维推进方向为竖直向上，推进剂4夹在电极板中间，凹槽之间相互连通，所述长方体凹槽7下方具有一个接线孔，所述正方体凹槽8下方具有两个接线孔；所述小电极板5为长方体结构，其中4个水平设置在长方体凹槽内，一个竖直设置在正方体凹槽8内，一个与大电极板6固定连接并竖直设置在正方体凹槽8内，所述小电极板均通过下方接线孔与外部电源导线连接；所述推进剂4为长方体结构并具有一个导电层41，设置在电极板之间，导电层41向外，其中4个水平设置长方体凹槽内，一个竖直设置在正方体凹槽内；所述大电极板6为十字形，中间具有一个正方形孔，设置在凹槽内；所述绝缘模块3为U型结构，设置在正方体凹槽8内，用来确保整体铜电极只与第五维电极的其中一块铜电极相通，这块小电极5和大电极板6嵌套连接，作为整体阳极，另一块电极则通过导线接入阴极；所述上盖具有一个正方形孔9，第五维的电极板和推进剂穿过正方形孔9，上盖上具有螺孔，通过螺杆与主体固定连接。
所述主体1和上盖2材质为聚砜，电极板材料为铜，推进剂4材料为改性环氧树脂，主体的基本尺寸为20×20×7mm，单个凹槽口尺寸为6×4×3mm，凹槽中间均有通到下底面的接线孔，规格为Φ1.5mm，主体中间正方体槽8，规格为4×3×5mm，下方有两个规格为Φ1.5mm的接线孔。主体1四个角上有用来固定上盖和壳体的螺孔，规格为Φ3mm。
推进剂4尺寸为6×4×1mm，大小刚好和凹槽配合。
推进剂4材料为改性环氧树脂材料(PCB)材料，本发明采用改性环氧树脂材料(PCB)材料作为推进剂4，添加10％‐15％石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯的导电剂和5％‐20％纳米金属离子的烧蚀稳定剂，并且在推进剂烧蚀区用局部高温处理的方式预设导电层，温度在300℃-600℃，处理时间5s-10s，实现推进剂低压自点火，达到仅在烧蚀表面导电而内部不导电的特性.
推进剂材料加工工艺步骤为：首先，将各材料进行真空搅拌混合，再根据模型进行真空浇筑，最后进行高温局部处理，生成所需的导电层。
实施例2
本实施例除了实施例1的技术特征外，各部件采用制造方式为方便低价的3D打印技术，大电极板6与小电极板5之间采用焊接。
Claims (10)
1.一种微型五维阴极电弧推力器，其特征在于，包括推力器主体(1)、上盖(2)、绝缘模块(3)、推进剂(4)、小电极板(5)和大电极板(6)，所述推力器主体(1)上表面均匀开有四个长方体凹槽(7)，相邻两个长方体凹槽的中轴线相互垂直，相对的两个长方体凹槽的中轴线重合，推力器主体上表面中间开有一个正方体凹槽(8)，上述凹槽之间相互连通；
所述小电极板(5)的数量为四个，该四个小电极板的结构相同，均为长方体结构，每个小电极板都水平设置在对应的长方体凹槽(7)内，所述小电极板(5)均通过下方接线孔与外部电源导线连接；
所述推进剂(4)位于长方体凹槽(7)内小电极板(5)的上方，推进剂(4)为长方体结构并具有一个导电层(41)，导电层(41)位于推进剂(4)的侧面，所述大电极板(6)为十字形，中间具有一个正方形孔，大电极板(6)位于推力器主体(1)的上部，其每个臂均位于对应的长方体凹槽(7)内，并位于推进剂(4)的上方，大电极板(6)中心的正方形孔位于正方体凹槽(8)的上方，正方体凹槽(8)内设置绝缘模块(3)，该绝缘模块(3)为U型结构，绝缘模块(3)内竖直设置两块小电极板，两块小电极板之间设置推进剂；竖直设置的两块小电极板和一块推进剂也均位于正方形孔的内部；
所述上盖(2)位于大电极板(6)的上方且与主体(1)固连，其中心开有一个正方形通孔(9)。
2.根据权利要求1所述的微型五维阴极电弧推力器，其特征在于，推力器主体(1)的正方体凹槽(8)的下方开有一个接线孔。
3.根据权利要求1所述的微型五维阴极电弧推力器，其特征在于，所述推力器主体(1)和上盖(2)通过螺栓固定连接。
4.根据权利要求1所述的微型五维阴极电弧推力器，其特征在于，所述推进剂(4)包含65-85％改性环氧树脂材料、5-20％烧蚀稳定剂、10-15％导电剂。
5.根据权利要求4所述的微型五维阴极电弧推力器，其特征在于，所述的烧蚀稳定剂为铝镁金属粉末。
6.根据权利要求4所述的微型五维阴极电弧推力器，其特征在于，所述的导电剂为石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的一种或二种以上的混合。
7.根据权利要求1所述的微型五维阴极电弧推力器，其特征在于，大电极板(6)中心的正方形孔与正方体凹槽(8)的尺寸相同。
8.根据权利要求1所述的微型五维阴极电弧推力器，其特征在于，所述导电层(41)所在平面与推力器主体(1)对应的侧面平行或重合。
9.根据权利要求1所述的微型五维阴极电弧推力器，其特征在于，长方体凹槽(7)的中轴线与推力器主体(1)对应的侧面垂直。
10.根据权利要求1所述的微型五维阴极电弧推力器，其特征在于，推力器主体(1)和上盖(2)的材料为聚砜，电极板的材料为铜。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20171020 |