CN109018443B - 气体喷射与电喷射一体化混合驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种气体喷射与电喷射一体化混合驱动装置，其特征在于，包括阵列设置的若干推进器主体，所述推进器主体上设置有进水口和喷射口，所述推进器主体内在进水口和喷射口之间通过设置有喷射通道，所述喷射通道内设置有加热片和喷射电极，设置喷射口的推进器主体端部设置有接地电极。本发明比冲高，喷射效率高、使用时间长，需要消耗的功率低，推动力精度高，可以在实现足够大的推进力的同时，达到足够高的精度。
Description
技术领域
本发明涉及喷射器，具体涉及一种气体喷射与电喷射一体化混合驱动装置。
背景技术
微型化是现代工业科技发展的重要方向之一。微机电系统也存在着相当大的实用性，在航天、能源、生物、化工等技术领域都有着很广泛的应用。随着现代航天技术的发展，微机电技术已经逐渐地融入到航天技术领域，航天器的微型化已经成为了技术发展的主流方向之一。卫星微型化的发展是希望减少发射数量以降低任务成本并大大提高发射率。典型的星际飞行任务的发射成本可能高达整个任务成本的30％，并且由于航天器的数量大量减少，这些成本可能会显着降低。此外，可以设想航天任务由几个较小的微型航天器组合而成的一个多联体来完成，而不是发射一个单一的大型航天器，其中科学有效载荷分布在微型飞行器中以减少任务风险。一个微型飞行器的损失不会拖累整个任务。此外，这两种卫星的优点还在于其灵活性相较现有的大部分类型的卫星要明显提高，而且相比之下降低了制造和发射的成本，并且运行所耗费的能量也很低。一方面是最大推进力，它能保证飞行器有足够的动力使其充分满足变轨和姿态调整的要求；另一方面是精度，它能保证对飞行器变轨和姿态调整的有足够的控制度。现有的电阻加热式微推进器，它的功率大概是几十瓦特，相比目前大型卫星的变速，由于其质量很小，变轨和姿态调整所用到的能量也很小。现有的气体喷射推进器，是通过控制阀门释放高压储存的气体或采用物理方法或化学反应使流体从液态变为气态，高速从喷嘴喷出，但缺陷是比冲太低，只能用于卫星姿态的微调整和有限的驱动，不能满足需求。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种气体喷射与电喷射一体化混合驱动装置，解决现有推进器比冲低，喷射效率差，推动力精度差，不能满足微型飞行器的发射需求的问题。
技术方案：本发明所述的一种气体喷射与电喷射一体化混合驱动装置，包括阵列设置的若干推进器主体，所述推进器主体上设置有进水口和喷射口，所述推进器主体内在进水口和喷射口之间通过设置有喷射通道，所述喷射通道内设置有加热片和喷射电极，设置喷射口的推进器主体端部设置有接地电极。
为了保证电流通过加热金属达到加热的效果，所述加热片为电阻金属加热片。所述喷射通道内对应加热片的位置镀有绝缘层。
为了有利于流体蒸发，所述加热片上设置有疏水层。
为了能够降低电喷射所需的电压和消耗的能量，所述喷射口通过毛细管与喷射通道连通。
为了控制喷射模式，所述喷射电极、接地电极和加热片均电连接可控微型电源。
为了对进水量进行调控，控制最大推进力，所述进水口外接进水管道，所述进水管道上设置有阀门。
有益效果：本发明比冲高，喷射效率高、使用时间长，需要消耗的功率低，推动力精度高，可以在实现足够大的推进力的同时，达到足够高的精度，进水量可以进行调控，进而控制最大推进力，静电喷射时离子溶液的流速可以调节，静电喷射装置的电压源可控，可以使得离子液滴脱离纳米通道的瞬间有不同的加速度，从而使得推进力变得可控。本发明可以既保证微型卫星的动力要求，又可以保证它的姿态变化精度要求，而且还可以增大该推进器的推动力的数量级范围，使它实现更多的功能。
附图说明
图1是推进器主体结构示意图；
图2是本发明的整体结构示意图；
图3是静电喷射电路原理示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
如图1，图2所示，气体喷射与电喷射一体化混合驱动装置，包括阵列设置的若干推进器主体，用笛卡尔三维坐标系作为参考，在三个不同方向做阵列排布推进器主体1，推进器主体上设置有进水口2和喷射口3，推进器主体内在进水口2和喷射口3之间通过设置有喷射通道，喷射通道内粘结有电阻金属加热片4和喷射电极5，设置喷射口3的推进器主体1端部粘结有接地电极6。其中，喷射通道内对应加热4的位置镀有绝缘层，来保证电流通过加热片4达到加热的效果。加热片4上设置有疏水层，喷射口通过毛细管与喷射通道连通，喷射电极、接地电极和加热片均电连接可控微型电源，接地电极6放置在绝缘的推进器顶端部7上，外进水口外接进水管道8，进水管道8上设置有阀门9。
静电喷射电源为可控微型电源，在保证降低重量的同时提供足够的电场强度，以此来提供有效的喷射动力，在此同时，还可以控制电压的大小来控制电场，通过电场的变化来控制单个液滴的喷射速度。通过电路开关控制选择喷射模式：只使用静电喷射、只使用蒸汽喷射和两种喷射方式并存三种方式。
本发明中可以利用电阻加热式气体喷射，其原理是利用电阻金属片4对装置内部的水进行加热，使得水气化为水蒸气后气体压强变大，产生的压强差使得水蒸气喷出产生推动力，利用其反作用力进行装置的推进。推进器的外壳采用隔热性好并且导电性差的材料来制作，外壳使用硅刻蚀，也可用陶瓷3D打印。硅和陶瓷的熔点高且不易导电，并且易于做出孔结构，可以减少内能和热能的耗散，在装置内的底部涂上一层隔热层，以减少金属片的热量流失。
本发明中的静电喷射装置原理如图3，该推进器利用纳米孔芯片作为喷嘴10，内部的离子溶液11在压力和毛细作用下运动至充满喷射通道。在喷射通道施加电场，溶液离子12由于推进力的作用挣脱表面张力后喷出，并通过电场加速之后从接地电极板13喷射出去产生反作用力，达到推进整个装置的目的。本发明结合了两种不同的微推进装置的特点，扩大了推进力的数量级范围，达到范围更宽的比冲，从而达到更精确更有效地控制微纳卫星的变轨和姿态调整。
在使用本发明中，在推进器中，注入一定的水，并将内部的金属片进行加热，使得水变成水蒸气，增大内部气体压力。在这样的压力下，打开气体喷射阀门，内部气体与外部产生一个压强差，使得气体从喷射孔向外喷出，形成推动力。在气体的压强增大到某一强度之前，利用阀门保证封住微米孔，以防止气体提前泄露，造成不必要的损耗。同时，在加热液体的时候，用阀门封住注入液体的管道，以免压力增大而使得液体回流。离子溶液在一定压力和毛细作用的作用下，运动至整个喷射通道端部。离子液体喷出之前，会通过喷射电极和接地电极之间的电场力的推动下进行加速。离子液体喷出后，会产生一定的反作用力，起到推进的作用，从而实现微型卫星的运动效果。
Claims (7)
1.一种气体喷射与电喷射一体化混合驱动装置，其特征在于，包括阵列设置的若干推进器主体(1)，所述推进器主体上设置有进水口(2)和喷射口(3)，所述推进器主体内在进水口(2)和喷射口(3)之间设置有喷射通道，所述喷射通道内设置有加热片(4)和喷射电极(5)，推进器主体设置喷射口的一端设置有接地电极(6)，气体喷射时，加热片对装置内部的水进行加热，使得水气化为水蒸气后气体压强变大，产生的压强差使得水蒸气喷出产生推动力，利用其反作用力进行装置的推进，电喷射时，在喷射通道施加电场，溶液离子由于推进力的作用挣脱表面张力后喷出，并通过电场加速之后从接地电极板喷射出去产生反作用力，达到推进整个装置的目的 。
2.根据权利要求1所述的气体喷射与电喷射一体化混合驱动装置，其特征在于，所述加热片(4)为电阻金属加热片。
3.根据权利要求1所述的气体喷射与电喷射一体化混合驱动装置，其特征在于，所述喷射通道内对应加热片的位置镀有绝缘层。
4.根据权利要求1所述的气体喷射与电喷射一体化混合驱动装置，其特征在于，所述加热片上设置有疏水层。
5.根据权利要求1所述的气体喷射与电喷射一体化混合驱动装置，其特征在于，所述喷射口通过毛细管与喷射通道连通。
6.根据权利要求1所述的气体喷射与电喷射一体化混合驱动装置，其特征在于，所述喷射电极、接地电极和加热片均电连接可控微型电源。
7.根据权利要求1所述的气体喷射与电喷射一体化混合驱动装置，其特征在于，所述进水口外接进水管道(8)，所述进水管道(8)上设置有阀门(9)。
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