CN110700967B - 一种液体启动器装置及姿控动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液体启动器装置及姿控动力系统，包含气体发生结构，切割结构，推进剂存储结构和壳体结构；所述壳体结构具有气体通道、液体介质通道出口及限位结构，所述气体发生结构连通所述壳体结构的气体通道，所述切割结构位于所述壳体结构的所述气体通道内部，且与所述气体通道的内壁密封设置，所述推进剂存储结构固定设置于所述壳体结构的一侧，且用于存储推进剂的部分在所述壳体结构内与所述切割结构配合，所述气体发生结构用于产生高温气体，以推动所述切割结构切割位于所述壳体结构内的所述推进剂存储结构，并由所述限位结构限位，以便推进剂从所述液体介质通道出口流出，同现有技术相比，具有设计合理，安全可靠，提高系统的可靠性。

Description

一种液体启动器装置及姿控动力系统

技术领域

本发明涉及液体火箭燃气增压动力系统领域，特别涉及一种液体启动器装置及姿控动力系统。

背景技术

随着航天产业的快速发展，涉及火箭的各项技术也实现了突飞猛进。起动器作为燃气增压动力系统的重要组件，为燃气增压系统提供初始起动压力。目前，起动器采用固体装药，固体装药燃烧时，产生大量固体颗粒，造成导致动力系统阀门堵塞，降低燃气增压动力系统工作可靠性，影响火箭安全运行。

因此，怎样提供一种设计合理，安全可靠的启动器，以解决固体起动器工作时产生大量固体颗粒造成阀门堵塞的缺点，提高燃气增压动力系统的工作可靠性是目前所要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种液体启动器装置及姿控动力系统，具有设计合理，安全可靠，可以解决固体起动器工作时产生大量固体颗粒造成阀门堵塞的缺点，提高燃气增压动力系统的工作可靠性等优点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种液体启动器装置，包含气体发生结构，切割结构，推进剂存储结构和壳体结构；所述壳体结构具有气体通道、液体介质通道出口及限位结构，所述气体发生结构连通所述壳体结构的气体通道，所述切割结构位于所述壳体结构的所述气体通道内部，且靠近所述气体发生结构的一端与所述气体通道的内壁密封设置，所述推进剂存储结构固定设置于所述壳体结构的一侧，且用于存储推进剂的部分在所述壳体结构内与所述切割结构配合，所述气体发生结构用于产生高温气体，以推动所述切割结构切割位于所述壳体结构内的所述推进剂存储结构，并由所述限位结构限位，以便推进剂从所述液体介质通道出口流出。

优选的，所述气体发生结构为电爆管，所述电爆管在所述壳体结构的一端连通所述气体通道。

优选的，所述切割结构包含主体部、切割部和导流部，所述推进剂存储结构包含储箱，所述切割部抵触在所述储箱底部，在所述气体发生结构产生高压气体时，推动所述切割部运动，以切割所述储箱底部，从而所述储箱中存储的推进剂经所述导流部进入所述液体介质通道出口。

优选的，所述切割部包括通道孔，所述导流部包含沿第一方向开设且在所述切割结构运动方向间隔设置的第一导流通道和第二导流通道，且所述第一导流通道包含所述通道孔，两者的中心线位于同一条直线上，所述储箱底部一端位于所述通道孔内，且与所述通道孔的内壁相互紧贴。

优选的，所述主体部两端外形为圆形结构，且中间部位靠近所述储箱两侧设有下沉平面，所述下沉平面与所述第一方向相互垂直。

优选的，所述推进剂存储结构包含储箱，弹簧，活塞，密封圈和液体推进剂，所述弹簧，所述活塞，所述密封圈和所述液体推进剂位于所述储箱内部，所述储箱为密封结构，所述弹簧两端分别连接所述储箱和所述活塞，所述活塞另一端用于密封液体推进剂，所述密封圈套设在所述活塞外表面，且与所述储箱内表面相互紧贴，所述活塞的外边缘上设有凹槽，所述凹槽为向所述储箱中心方向下凹的结构，所述密封圈位于所述凹槽内，且与所述凹槽相互紧贴。

优选的，所述储箱包含第一储箱和第二储箱，所述第一储箱和所述第二储箱外形为圆柱体结构，所述第一储箱的直径大于所述第二储箱直径，且所述第一储箱通过带有通孔的圆板与所述第二储箱连接。

优选的，所述壳体结构包含壳主体，上凸起柱和下凸起柱，所述上凸起柱和下凸起柱位于所述壳主体的两侧，且两者中心线位于同一条直线上，所述上凸起柱的内侧设有内螺纹，所述推进剂存储结构设有外螺纹，所述推进剂存储结构通过其外螺纹旋入所述内螺纹固定于所述壳体结构，所述下凸起柱形成所述液体介质通道出口。

优选的，所述限位结构包含锥体结构，所述锥体结构位于所述切割结构的远离所述气体发生结构一侧，且于所述壳体结构固定连接，所述锥体结构内部设计成用于匹配所述切割结构的空腔结构，所述空腔结构在所述切割结构的运动方向上的内径逐渐减小，从而所述锥体结构的大端靠近所述切割结构，小端远离所述切割结构。

本发明还提供一种姿控动力系统，包含以上液体启动器装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种液体启动器装置，包含气体发生结构，切割结构，推进剂存储结构和壳体结构；所述壳体结构具有气体通道、液体介质通道出口及限位结构，所述气体发生结构连通所述壳体结构的气体通道，所述切割结构位于所述壳体结构的所述气体通道内部，且靠近所述气体发生结构的一端与所述气体通道的内壁密封设置，所述推进剂存储结构固定设置于所述壳体结构的一侧，且用于存储推进剂的部分在所述壳体结构内与所述切割结构配合，所述气体发生结构用于产生高温气体，以推动所述切割结构切割位于所述壳体结构内的所述推进剂存储结构，并由所述限位结构限位，以便推进剂从所述液体介质通道出口流出，该结构具有设计合理，安全可靠，启动器以液体推进剂为启动源，解决固体起动器工作时产生大量固体颗粒造成阀门堵塞的缺点，提高燃气增压动力系统的工作可靠性等优点。

附图说明

附图1为本发明液体启动器装置初始状态的结构示意图；

附图2为本发明切割结构的主视图；

附图3为本发明切割结构的俯视图；

附图4为本发明切割结构的立体图；

附图5为本发明推进剂存储结构的放大图；

附图6为本发明活塞的主视图；

附图7为本发明圆板的俯视图；

附图8为本发明锥体结构的立体图；

附图9燃气增压动力系统增压系统原理图。

附图标记说明：

1气体发生结构 11电爆管

2切割结构 21主体部

211下沉平面 22切割部

221通道孔 23导流部

231第一导流通道 232第二导流通道

3推进剂存储结构 31储箱

311第一储箱 312第二储箱

32弹簧 33活塞

331凹槽 34密封圈

35液体推进剂 4壳体结构

41壳主体 42上凸起柱

43锥体结构 431大端

432小端 44下凸起柱

5圆板

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本发明所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本发明内容的实施例后，当可由本发明内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明内容的精神与范围。

本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本发明，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。

某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。

本技术方案提供：如图1，图2和图5所示，一种液体启动器装置，包含气体发生结构1，切割结构2，推进剂存储结构3和壳体结构4。壳体结构4具有气体通道、液体介质通道出口及限位结构，气体发生结构1连通壳体结构4的气体通道，切割结构2位于壳体结构4的气体通道内部，且靠近气体发生结构1的一端与气体通道的内壁密封设置，推进剂存储结构3固定设置于壳体结构4的一侧，且用于存储推进剂的部分在壳体结构4内与切割结构2配合设置，气体发生结构1用于产生高温气体，以推动切割结构2切割位于壳体结构4内的推进剂存储结构3，并由限位结构限位，以便推进剂从液体介质通道出口流出。

具体的说：该液体启动器装置由气体发生结构1，切割结构2，推进剂存储结构3和壳体结构4组成。壳体结构4具有气体通道、液体介质通道出口及限位结构，气体发生结构1连通壳体结构4的气体通道，切割结构2位于壳体结构4的气体通道内部，且靠近气体发生结构1的一端与气体通道的内壁密封设置，推进剂存储结构3固定设置于壳体结构4的一侧，且用于存储推进剂的部分在壳体结构4内与切割结构2配合设置，气体发生结构1用于产生高温气体，以推动切割结构2切割位于壳体结构4内的推进剂存储结构3，并由限位结构限位，以便推进剂从液体介质通道出口流出。该结构具有设计合理，安全可靠，启动器以液体推进剂为启动源，可以解决固体起动器工作时产生大量固体颗粒造成阀门堵塞的缺点，提高燃气增压动力系统的工作可靠性。

需要说明的是，如图1所示，为了使得气体发生结构1能够快速产生高温，将气体发生结构1设计为电爆管11，为了方便产生的高温气体顺利流入壳体结构4内，将电爆管11在壳体结构4的一端连通气体通道。

值得一提的是，如图2，图3和图4所示，切割结构2包含主体部21、切割部22和导流部23。推进剂存储结构3包含储箱31，切割部22抵触在储箱31底部，在气体发生结构1产生高压气体时，推动切割部22运动，以切割储箱31底部，从而储箱31中存储的推进剂经导流部23进入液体介质通道出口。

具体的说，在本实施方式中，切割部22包括两端相通通道孔221，为了方便推进剂液体流入导流部23，导流部23包含沿第一方向开设且沿切割结构2运动方向间隔设置的第一导流通道231和第二导流通道231(第一方向为如图1的俯视方向)，且通道孔221位于第一导流通道231上，两者的中心线位于同一条直线上。也即，第一导流通道231包括直径较大的通道孔221以及与通道孔221连通且直径较小的通道孔，从而在第一导流通道231的中部形成凸台，在此情况下，第一导流通道231除了起到导流作用之外，其通道孔221还用于切割储箱底部。为了方便切割储箱31，便于液体推进剂35流出，将储箱31底部一端位于通道孔221内，且与通道孔221内壁相互紧贴，在此情况下，当气体发生结构产生气体时，沿气体通道推动切割结构2运动，从而通道孔221的内壁对储箱底部施加压力，使其底部剥落，且推进剂流入液体介质通道出口。需要指出的是，为了方便切割，有效支撑储箱31底部，将通道孔221的孔径设计成大于第一导流通道231的孔径，从而储箱31的底部可以由凸台支撑。通道孔221的孔径大于第一导流通道231在位于通道孔221的远离推进剂存储结构3侧的孔径。

此外，为了减少切割结构2的重量，方便液体推进剂35流入主体部21，可以将主体部21两端外形设计为圆形结构，且中间部位靠近储箱31两侧设有下沉平面211，下沉平面211与导流部23的两个导流通道相互垂直，下沉平面211的设计，可以避免液体推进剂35延主体部21表面流出，保证壳体结构4内部整洁。

特别的，如图5，图6和图7所示，推进剂存储结构3包含储箱31，弹簧32，活塞33，密封圈34和液体推进剂35。弹簧32，活塞33，密封圈34和液体推进剂35位于储箱31内部。储箱31为密封结构，弹簧32的两端分别连接储箱31和活塞33，活塞33另一端用于密封液体推进剂35。密封圈34套设在活塞33外表面，且与储箱31内表面相互紧贴。当储箱31底部被切开后，处于压缩状态的弹簧32伸展，以推动活塞沿第一方向运动，使得液体推进剂快速流处储箱31。另外，为了保证密封圈34与活塞33连接更加紧密，在活塞33的外边缘上设有凹槽331，凹槽331为向储箱31中心方向下凹的结构，密封圈34位于凹槽331内，且与凹槽331相互紧贴。

进一步说明的是，例如，为了方便切割，将储箱31由第一储箱311和第二储箱312组成，第一储箱311的直径大于第二储箱312直径，且第一储箱311通过带有通孔的圆板5与第二储箱312连接。为了保证储箱31的密闭性，避免储箱31内的液体推进剂35产生漏液现象，第一储箱311，第二储箱312和圆板5采取一体成型设计。为了增加容积及便于安装，将第一储箱311和第二储箱312外形设计为圆柱体结构。

需要注意的是，如图1和图5所示，壳体结构4包含壳主体41，上凸起柱42和下凸起柱44。上凸起柱42和下凸起柱44位于壳主体41的两侧，且两者中心线位于同一条直线上，为了使得壳体结构4与推进剂存储结构3连接更加紧密，在上凸起柱42的内侧设有内螺纹，推进剂存储结构3设有外螺纹，推进剂存储结构3通过其外螺纹旋入内螺纹固定于壳体结构4。下凸起柱44形成液体介质通道出口。

进一步说明的是，如图1和图8所示，限位结构包含锥体结构43，锥体结构43位于壳主体41一端，且远离电爆管11结构一侧，锥体结构43用于对切割结构2进行限位。当切割气体发生结构1产生高温气体，使得推动切割结构2沿气体通道运动，并切割位于壳体结构4内的第二储箱312，在切割结构2的运动过程中，切割结构2一端与锥体结构43一端接触并由锥体43限位。由于锥体结构43直径向远离电爆管11一端逐渐减小，进而可以平缓地、有效限定切割结构2向锥体结构43一方移动。为了降低锥体结构43的重量，可以将锥体结构43内部设计成空腔结构，空腔结构的轴截面外形类似等腰梯形，且大端一侧位于靠近切割结构2的一侧，小端位于远离切割结构2的一侧。例如，切割结构2的远离电爆管一端的外径尺寸可以略小于空腔结构的大端内径，随着切割结构2从大端进入椎体结构43并继续向小端运动，切割结构2受到内尺寸逐渐变小的椎体结构的限位，从而切割结构2停止于导流部连通液体介质出口通道的位置。

需要进一步说明的是，切割结构2在被锥体结构43限位时，储箱31与第二导流通道323中心线恰好位于同一条直线上，方便液体推进剂沿第二导流通道323从液体介质通道出口流出。作为优选的，壳体结构4由壳主体41、上凸起柱42、锥体结构43和下凸起柱44组成，由壳体结构4由整个材质切割而成，进而使得壳体结构4更加稳定，壳主体41、上凸起柱42、锥体结构43和下凸起柱44固定时会更加牢固。

如图1和图9所示，工作原理：当燃气增压动力系统需要起动工作时，首先对液体启动器装置上的电爆管11通电，电爆管11发火。电爆管产生的高压燃气驱动切割结构2破推储箱31底部，弹簧32推动活塞33将储箱31内的液体推进剂34挤压入动力系统，此时燃气增压动力系统增压系统中的截止阀为关闭状态，推进剂向下游挤入燃气发生装置。燃气发生装置将推进剂分解为高温燃气，高温燃气充填至贮箱和下游动力执行系统，完成动力系统起动增压。由于使用弹簧液体起动器时燃气增压动力系统初始增压气体为液体推进剂分解产生的燃气，动力系统起动过程中无固体颗粒残渣，提高了动力系统工作可靠性。

本发明还提供一种姿控动力系统，包含以上液体启动器装置。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，在不脱离本发明的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种液体启动器装置，其特征在于：包含气体发生结构，切割结构，推进剂存储结构和壳体结构；所述壳体结构具有气体通道、液体介质通道出口及限位结构，所述气体发生结构连通所述壳体结构的气体通道，所述切割结构位于所述壳体结构的所述气体通道内部，且靠近所述气体发生结构的一端与所述气体通道的内壁密封设置，所述推进剂存储结构固定设置于所述壳体结构的一侧，且用于存储推进剂的部分在所述壳体结构内与所述切割结构配合，所述气体发生结构用于产生高温气体，以推动所述切割结构切割位于所述壳体结构内的所述推进剂存储结构，并由所述限位结构限位，以便推进剂从所述液体介质通道出口流出；

所述切割结构包含主体部、切割部和导流部，所述推进剂存储结构包含储箱，所述切割部抵触在所述储箱底部，在所述气体发生结构产生高压气体时，推动所述切割部运动，以切割所述储箱底部，从而所述储箱中存储的推进剂经所述导流部进入所述液体介质通道出口；

所述切割部包括通道孔，所述导流部包含沿第一方向开设且在所述切割结构运动方向间隔设置的第一导流通道和第二导流通道，且所述第一导流通道包含所述通道孔，所述储箱底部一端位于所述通道孔内，且与所述通道孔的内壁相互紧贴；

所述第一导流通道中的通道孔的孔径大于所述第一导流通道在所述通道孔其余部分的孔径，从而储箱的底部可以由所述第一导流通道中从所述通道孔向所述其余部分过渡形成的凸台支撑，在切割部运动时，所述储箱底部通过所述通道孔的侧壁挤压而被切开。

2.根据权利要求1所述的液体启动器装置，其特征在于：所述气体发生结构为电爆管，所述电爆管在所述壳体结构的一端连通所述气体通道。

3.根据权利要求1所述的液体启动器装置，其特征在于：所述主体部两端外形为圆形结构，且中间部位靠近所述储箱两侧设有下沉平面，所述下沉平面与所述第一方向相互垂直。

4.根据权利要求1所述的液体启动器装置，其特征在于：所述推进剂存储结构包含储箱，弹簧，活塞，密封圈和液体推进剂，所述弹簧，所述活塞，所述密封圈和所述液体推进剂位于所述储箱内部，所述储箱为密封结构，所述弹簧两端分别连接所述储箱和所述活塞，所述活塞另一端用于密封液体推进剂，所述密封圈套设在所述活塞外表面，且与所述储箱内表面相互紧贴，所述活塞的外边缘上设有凹槽，所述凹槽为向所述储箱中心方向下凹的结构，所述密封圈位于所述凹槽内，且与所述凹槽相互紧贴。

5.根据权利要求4所述的液体启动器装置，其特征在于：所述储箱包含第一储箱和第二储箱，所述第一储箱和所述第二储箱外形为圆柱体结构，所述第一储箱的直径大于所述第二储箱直径，且所述第一储箱通过带有通孔的圆板与所述第二储箱连接。

6.根据权利要求1所述的液体启动器装置，其特征在于：所述壳体结构包含壳主体，上凸起柱和下凸起柱，所述上凸起柱和下凸起柱位于所述壳主体的两侧，且两者中心线位于同一条直线上，所述上凸起柱的内侧设有内螺纹，所述推进剂存储结构设有外螺纹，所述推进剂存储结构通过其外螺纹旋入所述内螺纹固定于所述壳体结构，所述下凸起柱形成所述液体介质通道出口。

7.根据权利要求1所述的液体启动器装置，其特征在于：所述限位结构包含锥体结构，所述锥体结构位于所述切割结构的远离所述气体发生结构一侧，且于所述壳体结构固定连接，所述锥体结构内部设计成用于匹配所述切割结构的空腔结构，所述空腔结构在所述切割结构的运动方向上的内径逐渐减小，从而所述锥体结构的大端靠近所述切割结构，小端远离所述切割结构。

8.一种姿控动力系统，其特征在于:包含如权利要求1-7任一项所述液体启动器装置。

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