CN109131943A - 用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构 - Google Patents

用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构 Download PDF

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Abstract

本发明的用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构,金属保护壳套设在装药管上;紧固封头设置在装药管一端,且与金属保护壳螺纹连接;转接头设置在装药管的另一端;活塞杆一端置于装药管内,另一端穿过紧固封头伸出装药管外;膏体推进剂置于装药管内;步进电机的传输轴与活塞杆伸出装药管外的一端连接;三通道燃烧室与转接头连接;半导体激光器与三通道燃烧室连接,玻璃透镜设置在半导体激光器与三通道燃烧室之间;喷管与三通道燃烧室连接。本发明的用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构,体积小、重量轻,膏体推进剂在活塞挤压下进入燃烧室,激光辐照下控制膏体推进剂燃烧产生推力,且推力调节范围为微牛至牛量级,满足微小卫星姿态控制和轨道变化的动力需求。

Description

用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构
技术领域
本发明涉及推进器设计,具体涉及一种用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构,装药为膏体状的推进剂。
背景技术
现有的微小卫星推进系统受限于卫星尺寸和重量,其装药量低,导致推力器的总冲过低,而无法使卫星做大轨道的偏离和机动,使其变轨功能受到严重限制。增加微小卫星推进系统的装药量,将显著提高微小卫星的各方面性能,使微小卫星易于保证编队飞行,从而完成各种任务。而传统的推进系统体积和质量都相对较大,不适合微小卫星的使用。
专利CN102062019A披露的激光推进发动机是一种燃烧室体积可调的液体火箭发动机。为驱动液体推进剂,该激光推进发动机包含增压结构,导致推进发动机结构复杂、重量大,不适用于微小卫星。
专利CN101737201A披露的激光推进装置是一种靶带式的激光等离子体发动机,激光透射过基底靶带通过聚焦照射在推进剂上。专利CN105201769A披露的激光等离子体组合推进系统是一种激光烧蚀产生等离子体,并通过磁场加速的发动机。这两种发动机提供的推力都很小,为微牛量级。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构,体积小、重量轻,膏体推进剂在活塞挤压下进入燃烧室,激光辐照下控制膏体推进剂燃烧产生推力,且推力调节范围为微牛至牛量级,满足微小卫星姿态控制和轨道变化的动力需求。
为了达到上述的目的,本发明提供一种用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构,包括三通道燃烧室、喷管、玻璃透镜、半导体激光器、活塞杆、装药管、金属保护壳、转接头、紧固封头和步进电机;所述金属保护壳套设在所述装药管上;所述紧固封头设置在所述装药管一端,且与所述金属保护壳螺纹连接;所述转接头设置在所述装药管的另一端;所述活塞杆一端置于所述装药管内,另一端穿过所述紧固封头伸出所述装药管外;膏体推进剂置于所述装药管内;所述步进电机的传输轴与所述活塞杆伸出装药管外的一端连接;所述三通道燃烧室与所述转接头连接;所述半导体激光器与所述三通道燃烧室连接,所述玻璃透镜设置在所述半导体激光器与所述三通道燃烧室之间;所述喷管与所述三通道燃烧室连接。
上述用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构,其中,所述装药管、所述活塞杆和所述步进电机同轴布置。
上述用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构,其中,所述三通道燃烧室包括两个入口和一个出口;一个入口与所述转接头贯通,用于加注膏体推进剂;所述半导体激光器发射的激光通过另一入口射入三通道燃烧室,所述玻璃透镜设置在该入口处;所述出口与所述喷管贯通,为高温燃气的流动通道。
上述用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构,其中,所述用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构还包括限位环,所述限位环设置在活塞杆伸出装药管外的一端上。
上述用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构,其中,所述喷管与所述三通道燃烧室之间设置密封圈A密封;所述半导体激光器与所述三通道燃烧室之间设置密封圈B密封;所述转接头与所述三通道燃烧室之间设置密封圈C密封;在所述活塞杆与所述装药管内壁之间设置活塞密封环。
上述用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构,其中,所述金属保护壳为一端设有圆环端面的管状结构,该管状结构中段开设观察窗口;所述转接头的大口径端置于所述金属保护壳7内,并通过金属保护壳的圆环端面与所述装药管的一端压紧,所述转接头的小口径端与所述三通道燃烧室连接。
上述用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构,其中,所述用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构还包括固定板、螺栓和螺母;所述固定板套设在所述金属保护壳上,与所述金属保护壳固连;所述螺栓一端固连在所述固定板上;所述步进电机通过所述螺母与所述螺栓另一端相连。
上述用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构,其中,所述金属保护壳上设有凸起,所述固定板限位在所述凸起于所述紧固封头之间。
上述用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构,其中,所述喷管为收敛扩张喷管,包括两段,一段为收敛段,另一段为扩散段;收敛段与三通道燃烧室的出口贯通,其直径由内向外逐渐减小,用作束集燃气。
与现有技术相比,本发明的有益技术效果是,
1)本发明的用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构采用膏体推进剂+活塞杆和步进电机+激光器的结构形式,激光光斑面积有限,膏体推进剂具有一定流动性,可在使用过程中改变其形状,使其形状与激光光斑面积相匹配,因此,在装药量相同的情况下,膏体推进剂+激光器的组合相比固体推进剂+激光器的组合,在结构、体积和重量上具有明显优势,更适合用于微小卫星;而相比液体推进剂,采用膏体推进剂,无需阀门密封,大大简化了推进器结构,减轻了推进器重量;通过调节步进电机前进速度,可以控制膏体推进剂流量,通过调节激光器输入功率,可以控制推进剂燃速,并可通过关闭激光方式停止推进剂燃烧,以提供不同推力组合并随时关机,满足微小卫星轨道控制的动力需求;
2)本发明的用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构,装药管、活塞和步进电机同轴布置,空间利用率高,使得结构体积小;
3)本发明的用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构,三通道燃烧室,分别用于加注膏体推进剂,入射激光和排出燃气,结构简单、紧凑,体积小、重量轻;
4)本发明的用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构,半导体激光器和步进电机功耗低;
5)本发明的用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构,活塞杆上安装限位环进行限位,可以限制膏体推进剂最大流量;
6)本发明的用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构,仅安装密封圈就能达到好的密封效果,简化了结构。
附图说明
本发明的用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构由以下的实施例及附图给出。
图1是本发明较佳实施例的用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构的剖视图。
图2是本发明较佳实施例的用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构的外观视图。
具体实施方式
以下将结合图1~图2对本发明的用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构作进一步的详细描述。
图1所示为本发明较佳实施例的用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构的剖视图;图2所示为本发明较佳实施例的用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构的外观视图。
参见图1和图2,本实施例的用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构包括燃烧室组件、活塞组件和步进电机组件;所述燃烧室组件包括三通道燃烧室1、喷管2、玻璃透镜3和半导体激光器4;所述活塞组件包括活塞杆5、装药管6、金属保护壳7、转接头8、限位环9、活塞密封环15和紧固封头16;所述步进电机组件包括步进电机10、固定板17、螺栓18和螺母19。
所述金属保护壳7套设在所述装药管6上;所述紧固封头16设置在所述装药管6一端,且与所述金属保护壳7螺纹连接;所述转接头8设置在所述装药管6的另一端;所述活塞杆5一端置于所述装药管6内,另一端穿过所述紧固封头16伸出所述装药管6外;所述限位环9套设在所述活塞杆5的另一端上(即设置在活塞杆5伸出装药管6外的一端上);所述活塞密封环15设置在所述活塞杆5与所述装药管6内壁之间;膏体推进剂置于所述装药管6内;
所述固定板17套设在所述金属保护壳7上,与所述金属保护壳7固连;所述螺栓18一端固连在所述固定板17上;所述步进电机10通过所述螺母19与所述螺栓18另一端相连,所述步进电机10的传输轴与所述活塞杆5伸出装药管6外的一端连接;
所述三通道燃烧室1与所述转接头8连接;所述半导体激光器4与所述三通道燃烧室1连接,所述玻璃透镜3设置在所述半导体激光器4与所述三通道燃烧室1之间;所述喷管2与所述三通道燃烧室1连接。
本实施例的用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构的工作原理是:活塞杆5在步进电机10驱动作用下推挤膏体推进剂,使装药管6内的膏体推进剂由转接头8进入三通道燃烧室1;半导体激光器4发射的激光通过玻璃透镜3射入三通道燃烧室1,点燃三通道燃烧室1内的膏体推进剂;膏体推进剂燃烧产生的高温燃气经喷管2喷出。调节步进电机10前进速度,可控制膏体推进剂流量;调节半导体激光器4输入功率,可控制推进剂燃速,关闭激光还可停止推进剂燃烧,由此可提供不同推力组合并随时关机,满足微小卫星轨道控制的动力需求。
本实施例的用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构采用膏体推进剂+活塞杆和步进电机+激光器的结构形式,激光光斑面积有限,膏体推进剂具有一定流动性,可在使用过程中改变其形状,使其形状与激光光斑面积相匹配,因此,在装药量相同的情况下,膏体推进剂+激光器的组合相比固体推进剂+激光器的组合,在结构、体积和重量上具有明显优势,更适合用于微小卫星;而相比液体推进剂,采用膏体推进剂,无需阀门密封,大大简化了推进器结构,减轻了推进器重量。
所述装药管6、所述活塞杆5和所述步进电机10同轴布置,空间利用率高,使得结构体积小。
参见图1,所述三通道燃烧室1包括两个入口和一个出口;一个入口与所述转接头8贯通,用于加注膏体推进剂;所述半导体激光器4发射的激光通过另一入口射入三通道燃烧室1,所述玻璃透镜3设置在该入口处;所述出口与所述喷管2贯通,为高温燃气的流动通道。
较佳地,所述三通道燃烧室1设有圆柱体状腔室,与转接头8贯通的入口在圆柱体状腔室的侧壁与圆柱体状腔室相通,与喷管2贯通的入口在圆柱体状腔室的侧壁与圆柱体状腔室相通,入射激光的入口位于圆柱体状腔室的一端。
参见图1,所述喷管2为收敛扩张喷管,包括两段,一段为收敛段,另一段为扩散段;收敛段与三通道燃烧室1的出口贯通,其直径由内向外逐渐减小,用作束集燃气。这里,靠近三通道燃烧室1为″内″,远离三通道燃烧室1为″外″。
继续参见图1,所述喷管2与所述三通道燃烧室1的出口之间设置密封圈A11密封;所述半导体激光器4与所述三通道燃烧室1的入口之间设置密封圈B12密封;所述转接头8与所述三通道燃烧室1的入口之间设置密封圈C 13密封。
参见图2和图1,所述金属保护壳7为一端设有圆环端面的管状结构,该管状结构中段开设观察窗口71,本实施例中,所述装药管6采用透明材质制作且所述装药管6的壁面上设有刻度线,通过所述观察窗口71可观测到所述装药管6内的膏体推进剂的使用情况。所述装药管6置于所述金属保护壳7内(即管内),所述转接头8的大口径端置于所述金属保护壳7内(即管内),并通过金属保护壳7的圆环端面与所述装药管6的一端压紧,在所述转接头8的大口径端与所述装药管6之间设置密封圈D14密封,所述转接头8的小口径端与所述三通道燃烧室1连接。
参见图1,所述金属保护壳7上设有凸起,所述固定板17套在所述金属保护壳7上与所述金属保护壳7螺纹连接,且所述固定板17限位在所述凸起于所述紧固封头16之间。
所述限位环9与所述螺栓18螺纹连接,用于限定所述活塞杆5的最大行程。
参见图2,较佳地,本实施例的用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构整体呈圆柱型,可方便的安装于卫星的各个位置上,并可通过设计燃烧室结构,调节喷管的朝向,进而改变推力的方向。

Claims (9)

1.用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构,其特征在于,包括三通道燃烧室、喷管、玻璃透镜、半导体激光器、活塞杆、装药管、金属保护壳、转接头、紧固封头和步进电机;
所述金属保护壳套设在所述装药管上;所述紧固封头设置在所述装药管一端,且与所述金属保护壳螺纹连接;所述转接头设置在所述装药管的另一端;所述活塞杆一端置于所述装药管内,另一端穿过所述紧固封头伸出所述装药管外;膏体推进剂置于所述装药管内;
所述步进电机的传输轴与所述活塞杆伸出装药管外的一端连接;
所述三通道燃烧室与所述转接头连接;所述半导体激光器与所述三通道燃烧室连接,所述玻璃透镜设置在所述半导体激光器与所述三通道燃烧室之间;所述喷管与所述三通道燃烧室连接。
2.如权利要求1所述的用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构,其特征在于,所述装药管、所述活塞杆和所述步进电机同轴布置。
3.如权利要求1所述的用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构,其特征在于,所述三通道燃烧室包括两个入口和一个出口;一个入口与所述转接头贯通,用于加注膏体推进剂;所述半导体激光器发射的激光通过另一入口射入三通道燃烧室,所述玻璃透镜设置在该入口处;所述出口与所述喷管贯通,为高温燃气的流动通道。
4.如权利要求1所述的用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构,其特征在于,所述用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构还包括限位环,所述限位环设置在活塞杆伸出装药管外的一端上。
5.如权利要求1所述的用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构,其特征在于,所述喷管与所述三通道燃烧室之间设置密封圈A密封;所述半导体激光器与所述三通道燃烧室之间设置密封圈B密封;所述转接头与所述三通道燃烧室之间设置密封圈C密封;在所述活塞杆与所述装药管内壁之间设置活塞密封环。
6.如权利要求1所述的用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构,其特征在于,所述金属保护壳为一端设有圆环端面的管状结构,该管状结构中段开设观察窗口;所述转接头的大口径端置于所述金属保护壳7内,并通过金属保护壳的圆环端面与所述装药管的一端压紧,所述转接头的小口径端与所述三通道燃烧室连接。
7.如权利要求1所述的用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构,其特征在于,所述用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构还包括固定板、螺栓和螺母;所述固定板套设在所述金属保护壳上,与所述金属保护壳固连;所述螺栓一端固连在所述固定板上;所述步进电机通过所述螺母与所述螺栓另一端相连。
8.如权利要求7所述的用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构,其特征在于,所述金属保护壳上设有凸起,所述固定板限位在所述凸起于所述紧固封头之间。
9.如权利要求7所述的用于激光化学联合推进器的活塞驱动装药结构,其特征在于,所述喷管为收敛扩张喷管,包括两段,一段为收敛段,另一段为扩散段;收敛段与三通道燃烧室的出口贯通,其直径由内向外逐渐减小,用作束集燃气。
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