CN110318963B - 一种基于热节流阀的工质流量供给量调节装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于热节流阀的工质流量供给量调节装置。高压储罐放出高压气体依次经过压力调节模块、低压储罐以及低频振荡电流加热回路之后，进入霍尔推力器的气体分配器的放电通道内部发生电离碰撞，产生低频振荡电流，低频振荡电流通过低频振荡电流线圈缠绕于第一热节流阀上，产生磁场，当磁场内的磁力线通过第一热节流阀内的金属阀芯时产生涡流，利用短路热效应产生热量使得第一热节流阀自行高速发热，当第一热节流阀的温度升高时，通过第一热节流阀的工质气体流量降低，使得霍尔推力器实现工质流量供给量自适应调节。本发明不仅省去了推力器工质流量供给系统热节流阀加热电源的重量和体积，且能够实现霍尔推力器在轨工作流量的自适应调节。

Description

一种基于热节流阀的工质流量供给量调节装置
技术领域
本发明涉及霍尔效应电推力器的工质流量供给量调节领域，特别是涉及一种基于热节流阀的工质流量供给量调节装置。
背景技术
霍尔推力器因其具有简单的结构、适当的比冲和较高的效率被广泛应用于卫星位置保持、轨道变换等空间推进任务。霍尔推力器工作过程中工质气体流量的供给调节一般包括以下几个过程：首先，高压储罐放气，然后通过一个压力调节模块降低气体压力后使得气体进入到低压储罐内，然后低压储罐的气体流过一个热节流阀门后经由气体分配器进入到放电通道内与阴极发射的电子发生碰撞电离。当霍尔推力器工作状态发生改变时可以通过改变热节流阀的温度来改变工质流量的供给量，来实现霍尔推力器稳定放电。现有的工质流量调节方式是通过一个附加的加热电源来实时改变热节流阀的温度，进而调节推力器工质流量的供给量，但是该加热电源会占用卫星平台的有效载荷质量和体积，并且该种方法调节灵敏度较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用霍尔推力器低频振荡电流变化加热热节流阀的工质流量供给量调节装置，以解决现有的工质流量供给量的调节方法调节灵敏度低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于热节流阀的工质流量供给量调节装置，包括：高压储罐、压力调节模块、低压储罐、低频振荡电流加热回路、霍尔推力器；
所述高压储罐的输出端与所述压力调节模块的输入端相连接，所述压力调节模块的输出端与所述低压储罐的输入端相连接，所述低压储罐的输出端输出气体进入所述低频振荡电流加热回路，所述低频振荡电流加热回路与所述霍尔推力器之间进行气体交换；所述低频振荡电流加热回路包括第一热节流阀；所述第一热节流阀上缠绕有低频振荡电流线圈；
所述高压储罐放出的高压气体依次经过压力调节模块、低压储罐以及低频振荡电流加热回路之后，进入到所述霍尔推力器的气体分配器中，通过所述气体分配器进入放电通道内部发生电离碰撞，产生低频振荡电流，所述低频振荡电流通过所述低频振荡电流线圈缠绕于所述第一热节流阀上，产生磁场，当所述磁场内的磁力线通过所述第一热节流阀内的金属阀芯时产生涡流，利用短路热效应产生热量使得所述第一热节流阀自行高速发热，当所述第一热节流阀的温度升高时，通过所述第一热节流阀的工质气体流量降低，使得所述霍尔推力器实现工质流量供给量自适应调节。
可选的，所述低频振荡电流加热回路具体包括：放电单元以及滤波单元；
所述放电单元的高压侧与所述滤波单元的第一输入端相连接；所述放电单元的低压侧与所述滤波单元的第二输入端相连接；所述滤波单元的第一输出端输出低频振荡电流，所述低频振荡电流通过所述低频振荡电流线圈缠绕于所述第一热节流阀上；所述第一热节流阀用于控制进入所述气体分配器的气体的流量。
可选的，所述滤波单元具体包括：电感、电阻、电容以及第二热节流阀；
所述电感与所述电阻并联，且所述电感的一端与所述放电单元的正极相连接，所述电感的另一端分别与所述电容的一端以及所述第一热节流阀相连接；所述电容的另一端分别与所述放电单元的负极以及所述霍尔推力器的阴极相连接，所述阴极还与所述第二热节流阀相连接。
可选的，通过所述低频振荡电流线圈的匝数调节所述第一热节流阀的加热功率。
可选的，所述低频振荡电流线圈的匝数为10-15匝。
可选的，所述低频振荡电流的振荡频率为20kHz-40kHz。
可选的，当所述第一热节流阀的温度升高时，所述金属阀芯内部的多孔介质中的流动阻力增大，工质流量供给量降低。
可选的，所述金属阀芯的材料为钢质材料或铁质材料。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种基于热节流阀的工质流量供给量调节装置，省去了原有的用于加热热节流阀的加热电源，通过霍尔推力器放电过程中的低频振荡放电电流与热节流阀内的多孔介质相互作用产生涡流加热，实时地根据霍尔推力器的工作状态对热节流阀进行不同程度的加热，从而实时控制进入气体分配器流量的大小，提高调节工质流量供给量的灵敏度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的基于热节流阀的工质流量供给量调节装置结构图；
图2为本发明所提供的霍尔推力器低频振荡电流随时间变化的曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于热节流阀的工质流量供给量调节装置，能够提高调节工质流量供给量的灵敏度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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。
图1为本发明所提供的基于热节流阀的工质流量供给量调节装置结构图，如图1所示，工质流量供给量调节装置包括：高压储罐1、压力调节模块2、低压储罐3、放电单元4、滤波单元5、热节流阀A(第一热节流阀)、霍尔推力器6以及热节流阀B(第二热节流阀)等；所述低频振荡电流加热回路包括低频振荡电流导线、热节流阀A和气体分配器7；所述滤波单元5包括电感L、电阻R和电容C；所述电感L与所述电阻R并联，且所述电感L的一端与所述放电单元4的正极相连接，所述电感L的另一端分别与所述电容C的一端以及所述第一热节流阀相连接；所述电容C的另一端与所述放电单元4的负极相连接，且所述电容C的另一端通过阴极负引线10与所述霍尔推力器6的阴极11相连接，所述阴极11还与所述第二热节流阀相连接；阳极引线9用于连接热节流阀A以及气体分配器7，所述气体分配器7位于所述霍尔推力器6的放电通道8内，其中，阴极11是霍尔推力器6的放电组件之一，主要的功能是提供电子源并与阳极之间建立放电回路，阴极11工作也需要提供一定的工质流量，但流量较小并且对稳定性要求不高，因此一般就是采用一个节流元件控制一下就可以了，不用加热调节。
所述高压储罐1放出的高压气体依次经过压力调节模块2、低压储罐3以及低频振荡电流加热回路之后，进入到所述霍尔推力器6的气体分配器7中，通过所述气体分配器7进入放电通道8内部发生电离碰撞，产生低频振荡电流，所述低频振荡电流通过所述低频振荡电流线圈缠绕于所述第一热节流阀上，产生磁场，当所述磁场内的磁力线通过所述第一热节流阀内的金属阀芯时产生涡流，利用短路热效应产生热量使得所述第一热节流阀自行高速发热，当所述第一热节流阀的温度升高时，通过所述第一热节流阀的工质气体流量降低，使得所述霍尔推力器6实现工质流量供给量自适应调节。
低压储罐3与低频振荡电流加热回路连通但不接触，相当于低压储气罐3通过一个节流器(这个节流器通常是多孔材料)，而低频放电电流的导线实际上类似线圈的方式绕在节流器上，原理与电磁炉类似，因为低频振荡电流在几十kHz范围内波动，就形成了涡流加热的效应。
即：低压储气罐通过管路与一个多孔材料相连，多孔材料在经过管路与气体分配器相连，多孔材料的外部通过低频放电电流形成的交变磁场加热，这个多孔材料为热节流器。
图2为本发明所提供的霍尔推力器低频振荡电流随时间变化的曲线图，如图2所示，将霍尔推力器6自身频率为20-40kHz的低频振荡放电电流缠绕到气体分配器7的热节流阀A上，利用高速变化的电流线圈产生高速变化的磁场，当磁场内的磁力线通过热节流阀内的金属阀芯时会产生无数的小涡流，利用小电阻大电流的短路热效应产生热量使得热节流阀自行高速发热。
当热节流阀A的温度升高时其阀芯内部多孔介质中的流动阻力会相应增大，进而降低流经其中工质气体的质量流量，从而使得推力器能够实现稳定的自适应流量控制，实现稳定放电。
本发明可以通过调节热节流阀上缠绕的低频振荡电流线圈的匝数来调节热节流阀加热功率的高低，从而影响工质流量供给量的高低。通常低频振荡电流线圈的缠绕匝数为10-15，以保证合理的加热功率和较大的工质流量调节范围。
热节流阀A内的金属阀芯材料可以由铁质材料更换为与其表面电阻率相近的不锈钢梯度多孔金属材料。
与现有技术相比，本发明有效地解决了现有工质流量调节方法调节灵敏度低和热节流阀加热电源技术设计复杂，占据卫星平台有效质量和体积较大的问题。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种基于热节流阀的工质流量供给量调节装置，其特征在于，包括：高压储罐、压力调节模块、低压储罐、低频振荡电流加热回路、霍尔推力器；
所述高压储罐的输出端与所述压力调节模块的输入端相连接，所述压力调节模块的输出端与所述低压储罐的输入端相连接，所述低压储罐的输出端输出气体进入所述低频振荡电流加热回路之后，再进入所述霍尔推力器的气体分配器中；所述低频振荡电流加热回路包括第一热节流阀；所述第一热节流阀上缠绕有低频振荡电流线圈；
所述高压储罐放出的高压气体依次经过所述压力调节模块、所述低压储罐以及所述低频振荡电流加热回路之后，进入到所述霍尔推力器的气体分配器中，通过所述气体分配器进入放电通道内部发生电离碰撞，产生低频振荡电流，所述低频振荡电流通过所述低频振荡电流线圈缠绕于所述第一热节流阀上，产生磁场，当所述磁场内的磁力线通过所述第一热节流阀内的金属阀芯内部的多孔介质时产生涡流，利用短路热效应产生热量使得所述第一热节流阀自行高速发热，当所述第一热节流阀的温度升高时，通过所述第一热节流阀的工质气体流量降低，使得所述霍尔推力器实现工质流量供给量自适应调节。
2.根据权利要求1所述的基于热节流阀的工质流量供给量调节装置，其特征在于，所述低频振荡电流加热回路具体包括：放电单元以及滤波单元；
所述放电单元的高压侧与所述滤波单元的第一输入端相连接；所述放电单元的低压侧与所述滤波单元的第二输入端相连接；所述滤波单元的第一输出端输出低频振荡电流，所述低频振荡电流通过所述低频振荡电流线圈缠绕于所述第一热节流阀上；所述第一热节流阀用于控制进入所述气体分配器的气体的流量。
3.根据权利要求2所述的基于热节流阀的工质流量供给量调节装置，其特征在于，所述滤波单元具体包括：电感、电阻、电容以及第二热节流阀；
所述电感与所述电阻并联，且所述电感的一端与所述放电单元的正极相连接，所述电感的另一端分别与所述电容的一端以及所述第一热节流阀相连接；所述电容的另一端分别与所述放电单元的负极以及所述霍尔推力器的阴极相连接，所述阴极还与所述第二热节流阀相连接。
4.根据权利要求2所述的基于热节流阀的工质流量供给量调节装置，其特征在于，通过所述低频振荡电流线圈的匝数调节所述第一热节流阀的加热功率。
5.根据权利要求4所述的基于热节流阀的工质流量供给量调节装置，其特征在于，所述低频振荡电流线圈的匝数为10-15匝。
6.根据权利要求1所述的基于热节流阀的工质流量供给量调节装置，其特征在于，所述低频振荡电流的振荡频率为20kHz-40kHz。
7.根据权利要求1所述的基于热节流阀的工质流量供给量调节装置，其特征在于，当所述第一热节流阀的温度升高时，所述金属阀芯内部的多孔介质中的流动阻力增大，工质流量供给量降低。
8.根据权利要求7所述的基于热节流阀的工质流量供给量调节装置，其特征在于，所述金属阀芯的材料为钢质材料或铁质材料。
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