CN110884693A - 一种被动供给式电喷雾推力器系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种被动供给式电喷雾推力器系统，包括依次连接的推力器本体系统、推进剂注入系统以及推进剂贮存系统，推力器本体系统包括第一固定框架、由下而上依次安装在第一固定框架内部用于稳定推进剂的推进剂稳定单元、用于改变推进剂物理特性的温度调节单元、发射体单元以及安装在第一固定框架顶部的提取加速单元；推进剂注入系统，用于将推进剂从推进剂贮存系统中输送到推力器本体系统中的发射体单元尖端；推进剂贮存系统，用于贮存和供给推进剂。本发明通过依次连接的推力器本体系统、推进剂注入系统以及推进剂贮存系统，破解了传统电喷雾推力器空间应用过程中的推进剂贮存、供给和维持推力器性能稳定等难题。

Description

一种被动供给式电喷雾推力器系统

技术领域

本发明涉及空间推进技术领域，具体是一种被动供给式电喷雾推力器系统。

背景技术

电喷雾推力器是一种以导电液体作为推进剂工质，利用静电场在推进剂中提取或产生带电液滴/离子并对其进行加速的静电式电推力器，其基本组成和工作原理如图1所示：主要由发射体、提取加速极、带推进剂的贮箱以及电源等组成，电喷雾推力器工作时需要将贮箱中的推进剂稳定地输送到发射体中，提取加速极与发射体间施加强静电场，发射体上的液态推进剂工质在静电力、推进剂压力和表面张力共同作用下，在发射体顶端弯曲并形成泰勒锥；随后，泰勒锥尖端的推进剂在静电力的作用下将形成带电液滴或离子，在静电场的作用下，带电液滴或离子加速从提取加速极喷出，从而获得推力。

早期的电喷雾推力器采用阀和增压装置对贮箱加压，利用贮箱与发射体间的压力差实现推进剂工质供给，致使推力器系统复杂庞大，功耗高，很难适用于微纳卫星。为了适应微纳卫星体积小、电功率低的特点，近年来发展了推进剂被动供给式电喷雾推力器，即利用毛细作用将贮箱中的推进剂输送到发射体的尖端。

在电喷雾推力器应用中，发射体尖端液面的界面压强对于推力器的工作启动电压和性能具有重要影响。被动式供给的电喷雾推力器常采用多孔介质材料作为贮箱，利用毛细力将推进剂输送到发射体尖端。采用该种设计的电喷雾推力器，由于缺乏对推进剂供给状态调节机制，随着贮箱中推进剂容量状态变化，导致发射体尖端推进剂界面压强发生变化，影响推力器性能。发射体尖端推进剂界面压强与推进剂静态供给压力和流阻相关，为了维持推力器性能稳定，需维持发射体尖端推进剂界面压强。瑞士洛桑联邦理工的Courtney设计了如图2所示的被动式供给电喷雾推力器，旨在研究静态供给压力对发射体尖端推进剂液面压强和推力器性能的影响。发现多孔介质贮箱中推进剂状态对射体尖端推进剂液面压强有重要影响，当多孔贮箱充满推进剂时，在发射体尖端甚至是发射体衬底上很容易产生溢出现象，致使推进剂弯液面较大，形成的泰勒锥结构较大；当发射体与提取电极间距离较小时，推力器工作时容易造成推进剂与提取电极接触，将导致发射体与提取电极间短路，降低推力器性能甚至是导致推力器损毁；而当多孔贮箱处于未充满状态时，发射体尖端能够形成大小适宜的泰勒锥结构，推力器可以长时间稳定工作。

与Courtney思路不同，为了维持推力器工作性能的稳定，降低推进剂贮箱供给过程中对发射体尖端弯液面状态的影响，MIT(麻省理工学院)研究人员通过提高发射体流阻的方案稳定发射体尖端推进剂的界面压强，即通过增加发射体的长径比提高发射体的流动阻抗，弱化推进剂贮箱静态压力对供给状态的影响。该方案仍采用多孔材料贮箱，如图3所示。但是，在实验测试中发现，随着推进剂的减少，推力器的发射电流减少，推力性能降低，意味着单纯的增加流动阻抗的方案效果有限。在此研究基础上，研究人员优化了贮箱到发射体的供给，通过在贮箱中加入亲水性“灯芯”的方式，解决了多孔介质贮箱对供给状态的影响，如附图4所示。

对于以上相关技术的分析可知，供给状态的稳定是决定被动式电喷雾推力器性能的一个关键。以上两类方案，虽然在一定程度上可将推进剂的供给状态维持在较理想的状态，但对于实际空间应用的电喷雾推力器仍存在以下问题：

1、从Courtney发表的相关文献所述的实验流程看，推进剂的加入过程异常繁琐。为了使多孔贮箱保持未饱和状态，实验开始前，首先根据多孔发射体体积和孔隙率计算出其所能容纳的推进剂体积，并将相应量的推进剂(离子液体)从发射体前端加入，使发射体处于近饱和状态；随后，采用同样的方式再加入少量推进剂，使发射体处于完全饱和状态，而多余部分推进剂进入多孔贮箱并使之处于未充满状态；

2、多孔贮箱体积利用率低，多孔贮箱能容纳的推进剂体积与材料的孔隙率相关，对于部分充满的贮箱，其体积利用率更低。难以满足大总冲空间任务需要；

3、MIT提高发射体长径比的方案中，为了获得可观推力，需加工大规模发射体阵列，大长径比的发射体阵列加工难度极大，成本高；

4、推进系统随卫星/飞行器发射入轨过程中，将承受较大的扰动，以上两种推力器方案中，推进剂很容易溢出发射体或贮箱，造成推进剂浪费，缩短推力器工作寿命；此外，推进剂工质一般采用饱和蒸汽压接近0Pa的离子液体，且具有导电性，若溅射到电路部分或连通发射体与提取电极，容易造成卫星电路系统或推力器系统故障；

5、MIT中空贮箱未进行流动管理设计，在真空微重力环境下，贮箱中的推进剂将呈现非均匀分布，甚至漂浮于贮箱中，难以完全利用。

因此，有必要设计一种新型的被动供给式电喷雾推力器系统以解决上述技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种被动供给式电喷雾推力器系统，破解了传统电喷雾推力器空间应用过程中的推进剂贮存、供给和维持推力器性能稳定难题。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：包括依次连接的推力器本体系统、推进剂注入系统以及推进剂贮存系统，其中，

推力器本体系统，包括第一固定框架、由下而上依次安装在所述第一固定框架内部用于稳定推进剂的推进剂稳定单元、用于改变推进剂物理特性的温度调节单元、发射体单元以及安装在所述第一固定框架顶部的提取加速单元；

推进剂注入系统，用于将推进剂从所述推进剂贮存系统中输送到推力器本体系统中的发射体单元尖端，包括固定于所述推进剂贮存系统顶部的第二固定框架和穿过所述第二固定框架中部的供给管路，所述供给管路一端连接所述推进剂稳定单元、另一端连接对接公头且端面设置调节垫，所述对接公头与第二固定框架中间连接有用于驱动所述供给管路和对接公头上下运动的驱动机构；

推进剂贮存系统，用于贮存和供给推进剂，包括中空贮箱以及设置于所述中空贮箱出口处的推进剂隔离装置，所述推进剂隔离装置内部设置有加热丝以及环绕于所述加热丝的密封填充物质。

进一步的，所述推进剂稳定单元包括相互紧密贴合的推进剂稳定单元上层和推进剂稳定单元下层，所述推进剂稳定单元上层和推进剂稳定单元下层均可采用多孔材料或纤维编制的材料制成；其中所述推进剂稳定单元上层的厚度为1～2mm、微通道尺寸为8～15微米，所述推进剂稳定单元下层的厚度为3～5mm、微通道尺寸呈现非均匀分布特性且沿远离所述发射体单元方向逐渐增大，尺寸范围是15～50微米。

进一步的，所述发射体单元为多孔材料微锥型阵列结构、毛细管锥柱阵列结构、毛细管圆柱阵列结构、多孔材料刃口式阵列结构中的任意一种结构，采用导电材料或介电材料制作而成，其微通道尺寸为1～5微米。

进一步的，所述提取加速单元包括由下而上依次设置的提取电极、电极隔离和加速极，所述提取电极和加速极中部均匀开设有若干个中心重合且贯穿的栅孔，所述栅孔与所述发射体单元的各发射体阵列一一对应。

进一步的，所述推进剂贮存系统还包括固定在中空贮箱内的流动管理结构，所述流动管理结构包括外导流板和/或内导流板，所述中空贮箱的顶部开口处开设有与所述对接公头配套的母接口。

进一步的，所述外导流板、内导流板和中空贮箱的内壁表面开设有若干毛细沟槽通道，用于增强所述推进剂贮存系统的流动管理能力。

进一步的，所述推进剂隔离装置采用耐高温的多孔介质材料或纤维材料制作而成，其内部灌入的所述密封填充物质与推进剂相容且易受热挥发。

进一步的，所述供给管路由多孔材料或者细纤维簇构成，其外壁设有密封涂层。

进一步的，所述第一固定框架和第二固定框架均为镂空结构，其中，第一固定框的镂空结构架用于排出推进剂中掺杂的气体，第二固定框架的镂空结构用于吸附所述推进剂隔离装置加热时密封填充物的挥发物。

进一步的，所述驱动机构为记忆合金式驱动机构、压电式驱动机构或者电磁铁式驱动机构中的任意一种。

与现有技术相比，本发明的有益之处是：

一、本发明提供的被动式供给电喷雾推力器系统，通过依次连接的推力器本体系统、推进剂注入系统以及推进剂贮存系统，破解了传统电喷雾推力器空间应用过程中的推进剂贮存、供给和维持推力器性能稳定等难题；在发射体单元与推进剂稳定单元间增设温度调节装置，可通过加热的方式主动改变推进剂的物理特性，进一步对推进剂的流动状态和在发射体单元尖端的弯液面形态进行调节，起到调节推力器性能的作用。

二、本发明中的发射体单元和推进剂稳定单元的微通道尺寸经过特殊设计，可以确保注入的推进剂经推进剂稳定单元上层后首先进入发射体单元，当发射体单元饱和后再进入推进剂稳定单元下层，当推力器本体系统中的推进剂达到稳定状态时，推进剂稳定单元处于非饱和状态，实现对推进剂供给状态和发射体单元尖端弯液面构型的稳定调节。

三、本发明中的提取加速单元采用包括提取电极和加速极的双栅极构型，通过优化栅孔尺寸、相对间距和电极电势实现束流结构和空间电场位型优化，减小束流发散导致的推力器角向效率损失，抑制异电性中和粒子回流对电极的侵蚀，实现推力器效率提升与寿命延展。

四、本发明中的中空贮箱内部设计了推进剂流动管理结构，在空间微重力环境下，可以实现推进剂流动和分布状态管理，使推进剂在推力器整个工作过程中都聚集在中空贮箱的出口处。

五、本发明的中空贮箱出口处采用由耐高温的多孔介质材料或者纤维材料制成的推进剂隔离装置，当中空贮箱内加注推进剂后，推进剂隔离装置采用易受热挥发且与推进剂相容的物质进行填充，将推进剂完全密封在腔体中，从而避免了多孔贮箱在发射过程中因扰动引起的推进剂溢出或泄露的问题。

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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

下面结合附图对本发明进一步说明：

图1为电喷雾推力器的基本组成和工作原理图；

图2为Courtney设计的被动式供给电喷雾推力器的结构示意图；

图3为MIT研究人员设计的被动式供给电喷雾推力器的结构原理图；

图4为在图3的基础上进行了贮箱和供给优化的推力器结构原理图；

图5为本发明被动式供给电喷雾推力器的结构示意图；

图6为本发明实施例一中推力器本体系统的结构示意图；

图7为本发明实施例二中推力器本体系统的结构示意图；

图8为本发明推进剂注入系统的结构示意图；

图9为本发明推进剂贮存系统的结构示意图；

图10为本发明实施例一中流动管理结构的结构示意图；

图11为本发明实施例三中流动管理结构的结构示意图；

图12为本发明实施例四中流动管理结构的结构示意图；

图13为本发明被动式供给电喷雾推力器工作状态示意图；

图14为本发明推进剂贮存系统初始状态的结构示意图；

图15为本发明推进剂贮存系统中密封料加热挥发后的结构示意图；

图16本发明推进剂贮存系统供给推进剂状态时的结构示意图；

图17为本发明发射体单元注入推进剂时的状态示意图；

图18为本发明发射体单元中推进剂饱和的状态示意图；

图19为推力器本体系统通电工作时的状态示意图；

图20为为本发明实施例五的整体结构图；

100、推力器本体系统；200、推进剂注入系统；300、推进剂贮存系统；400、单推力器配合中和器；101、加速极；102、电极隔离；103、提取电极；104、第一固定框架；105a、推进剂稳定单元上层；105b、推进剂稳定单元下层；106、发射体单元；107、温度调节单元；201、供给管路；202、驱动机构；203、对接公头；204、第二固定框架；205、调节垫；301、中空贮箱；302、推进剂隔离装置；303、加热丝；304、外导流板；305、内导流板。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例一

如附图5所示的一种被动供给式电喷雾推力器系统，包括依次连接的推力器本体系统100、推进剂注入系统200以及推进剂贮存系统300，在本实施例中应用于单推力器配合中和器400的推力器系统，此时推力器发射的为带正电粒子，中和器400发射相等电荷量的电子，中和器400优选场致发射阴极。

如附图6-7所示，所述推力器本体系统100包括镂空第一固定框架104、由下而上依次安装在第一固定框架104内部用于稳定推进剂的推进剂稳定单元、用于改变推进剂物理特性的温度调节单元107、发射体单元106以及安装在第一固定框架104顶部的提取加速单元；第一固定框架104镂空设计不仅可以起到支撑作用还可以用于排出推进剂中掺杂的气体；设置在所述发射体单元106和推进剂稳定单元之间的温度调节单元107可通过加热的方式改变推进剂的物理特性，如表面张力、粘性和电导率等，进一步对推进剂的流动状态和在发射体单元106尖端的弯液面形态进行调节，起到对推力器性能的调节作用。

更具体的，所述推进剂稳定单元包括相互紧密贴合的推进剂稳定单元上层105a和推进剂稳定单元下层105b，所述推进剂稳定单元上层105a和推进剂稳定单元下层105b均可采用多孔材料或纤维编制的材料制成；其中推进剂稳定单元上层105a的厚度为1～2mm、微通道尺寸为8～15微米，推进剂稳定单元下层105b的厚度为3～5mm、微通道尺寸呈现非均匀分布特性且沿远离所述发射体单元106方向逐渐增大，尺寸范围是15～50微米。

作为优选，所述发射体单元106在本实施例中采用多孔材料微锥型阵列结构，并具体采用导电材料或介电材料如石英玻璃、硼硅酸盐玻璃、钨、石墨气凝胶等制作而成，其微通道尺寸为1～5微米；发射体单元106、推进剂稳定单元上层105a和推进剂稳定单元下层105b的微通道尺寸经过特殊设计，可以使发射体单元106的毛细力最大，推进剂稳定单元上层105a的毛细力次之，推进剂稳定单元下层105b的毛细力最小,确保注入的推进剂经推进剂稳定单元上层105a首先先进入发射体单元106，发射体单元106饱和后再进入推进剂稳定单元下层105b，当推力器本体系统100中的推进剂达到稳定状态时，推进剂稳定单元处于非饱和状态，实现对推进剂供给状态的稳定调节。

更具体的，所述提取加速单元包括由下而上依次设置的提取电极103、电极隔离102和加速极101，所述提取电极103和加速极101中部均匀开设有若干个贯穿的圆形栅孔，所述圆形栅孔与所述发射体单元106的各发射体阵列一一对应；在本发明的另一些实施例中，栅孔也可采用方椭圆、多边形等；提取加速单元采用提取电极103和加速极101形成的双栅极构型，通过优化设计电极间距、栅孔尺寸以及电极电势，实现推力器束流结构约束，减小单电极式提取加速极结构中因束流发散而导致的角向效率损失；所述提取电极103和加速极101可以由导体材料制成，亦可采用介电材料通过在其上溅射导体材料形成导电层充当，导体材料可以采用如钼、石墨等耐溅射且热应变小的材料，介电材料可以采用石英玻璃或者硼硅酸盐玻璃等材料，涂层在离子非直接接触侧，避免离子直接冲击造成涂层剥离；所述加速极101的工作电势与卫星/飞行器上的地电势相同，避免与卫星/飞行器间产生电势降，从而抑制束流粒子侵蚀卫星/飞行器或异种电荷粒子回流造成的加速极侵蚀。

如附图8所示，所述推进剂注入系统200用于将推进剂从所述推进剂贮存系统300中输送到推力器本体系统100，包括固定于所述推进剂贮存系统300顶部用于起到支撑作用的第二固定框架204和穿过所述第二固定框架204中部的供给管路201，所述供给管路201由多孔材料或者细纤维簇构成，其外壁设有密封涂层，与外部环境不连通，其一端连接所述推进剂稳定单元上层105a、另一端连接对接公头203且端面设有调节垫205，所述对接公头203与第二固定框架204中间连接有用于驱动所述供给管路201和对接公头203上下运动的驱动机构202，所述驱动机构202为记忆合金式驱动机构；更具体的，所述供给管路201一端与推进剂稳定单元上层105a相连，对接公头203通过驱动机构202能够实现与所述推进剂贮存系统300的贮箱出口对接和自锁。

在本发明的另一些实施例中，所述驱动机构202也可采用压电式驱动机构或者电磁铁式驱动机构。

如附图9所示，所述推进剂贮存系统300用于贮存和供给推进剂，包括中空贮箱301，设置于所述中空贮箱301出口处的推进剂隔离装置302，所述推进剂隔离装置302内部设置有加热丝303；所述推进剂贮存系统300中还设计了固定在中空贮箱301内的流动管理结构，便于在空间微重力环境下，利用毛细作用将推进剂吸附在流动管理结构和贮箱壁面，确保在推力器整个工作过程中都聚集在贮箱出口处。

作为优选，如图10所示，所述流动管理结构包括固定于所述中空贮箱301内壁的外导流板304，所述外导流板304和中空贮箱301的内壁表面开设有若干毛细沟槽通道，用于增强所述推进剂贮存系统300的流动管理能力，所述中空贮箱301的顶部开口处开设有与所述对接公头203配套的母接口，便于完成自锁；第二固定框架204安装于中空贮箱301出口处的外壁上。

作为优选，所述推进剂隔离装置302采用耐高温的多孔介质材料或纤维材料制作而成，当中空贮箱301内加注推进剂后，在所述推进剂隔离装置302内部灌入有与推进剂相容且易受热挥发的密封填充物质并整体装入中空贮箱301的出口中，从而将推进剂完全密封在中空贮箱301中，解决发射过程中因扰动引起的推进剂从中空贮箱301中溢出或泄露的问题。

如附图13-19所示，本发明所述被动供给式电喷雾推力器系统的具体工作流程是：将推力器本体系统100、推进剂注入系统200以及推进剂贮存系统300系统集成安装，在推力器开始工作前，设置于所述推进剂隔离装置302中的加热丝303通电工作，推进剂隔离装置302内的密封填充料受热挥发，并被镂空的固定框架204吸附，避免飞散影响卫星或飞行器敏感器件；当密封填充料挥发完全后，中空贮箱301中的推进剂在毛细力的作用下进入推进剂隔离装置302中，推进剂与真空工作环境连通，推进剂加注过程中掺杂的气体排放到真空工作环境中，可避免推力器工作过程中发射体单元106与提取电极103间产生气体放电现象而损坏推力器；推进剂注入系统200中的驱动机构202通电工作，驱动对接公头203带动供给管路201及调节垫205向推进剂贮存系统300的出口移动并对接，对接公头203滑入中空贮箱301出口处与之相匹配的母接口，当对接公头203到达指定位置时，接口处的机械锁紧装置锁紧，实现推进剂注入系统200与推进剂贮存系统300的连接；此时，调节垫205处于压缩状态，能够与推进剂隔离装置302充分接触，如图17所示，推进剂在毛细力作用下沿供给管路201经推进剂稳定单元上层105a进入发射体单元106；如图18所示，当发射体单元106完全充入推进剂后，推进剂再流入推进剂稳定单元下层105b；如图19所示，经过一段时间后当推力器本体系统100中的推进剂达到稳定状态后，即发射体单元106处于饱和状态、推进剂稳定单元下层105b处于非饱和状态，推进剂在推力器本体系统100中达到平衡，推力器供电开始工作。

加热丝303除用于加热密封填料外，还可以配合温度调节单元107协同工作，通过改变推进剂温度进而小范围调节推力器工作性能。

实施例二

如附图5所示的一种被动供给式电喷雾推力器系统，同样包括依次连接的推力器本体系统100、推进剂注入系统200以及推进剂贮存系统300。

与实施例一的区别在于，如图7所示，所述发射体单元106在本实施例中采用毛细管锥柱阵列结构，使用过程和原理与实施例一相同。

实施例三

如附图5所示的一种被动供给式电喷雾推力器系统，同样包括依次连接的推力器本体系统100、推进剂注入系统200以及推进剂贮存系统300。

与实施例一的区别在于，如附图11所示，所述流动管理结构包括固定于所述中空贮箱301中心轴上的内导流板305，使用过程和原理与实施例一相同。

实施例四

如附图5所示的一种被动供给式电喷雾推力器系统，同样包括依次连接的推力器本体系统100、推进剂注入系统200以及推进剂贮存系统300。

与实施例一的区别在于，如附图12所示，所述流动管理结构包括外导流板304和内导流板305，其中，所述外导流板304固定安装于所述中空贮箱301的内壁，内导流板305固定于所述中空贮箱301中心轴上，使用过程和原理与实施例一相同。

实施例五

如附图20所示，本发明在实施例一的基础上提供另一种被动供给式电喷雾推力器系统，同样包括依次连接的推力器本体系统100、推进剂注入系统200以及推进剂贮存系统300。

与实施例一的区别在于，推力器系统不包含中和器400，推力器本体系统100有偶数个同时连接到推进剂注入系统200和推进剂贮存系统300，分别为推力器本体系统100-1、推力器本体系统100-2等，使用过程和原理与实施例一类似，可应用于“双机中和”模式，此时发射正离子与负离子的推力器本体系统数量相同，并且各推力器发射的离子极性交替变化，以抑制推力器电化学效应，交替频率为2-5Hz为宜。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种被动供给式电喷雾推力器系统，其特征在于：包括依次连接的推力器本体系统、推进剂注入系统以及推进剂贮存系统，其中，

推力器本体系统，包括第一固定框架、由下而上依次安装在所述第一固定框架内部用于稳定推进剂的推进剂稳定单元、用于改变推进剂物理特性的温度调节单元、发射体单元以及安装在所述第一固定框架顶部的提取加速单元；

推进剂注入系统，用于将推进剂从所述推进剂贮存系统中输送到发射体单元尖端，包括固定于所述推进剂贮存系统顶部的第二固定框架和穿过所述第二固定框架中部的供给管路，所述供给管路一端连接所述推进剂稳定单元、另一端连接对接公头且端面设置调节垫，所述对接公头与第二固定框架中间连接有用于驱动所述供给管路和对接公头上下运动的驱动机构；

推进剂贮存系统，用于贮存和供给推进剂，包括中空贮箱以及设置于所述中空贮箱出口处的推进剂隔离装置，所述推进剂隔离装置内部设置有加热丝以及环绕于所述加热丝的密封填充物质。

2.根据权利要求1所述的一种被动供给式电喷雾推力器系统，其特征在于：所述推进剂稳定单元包括相互紧密贴合的推进剂稳定单元上层和推进剂稳定单元下层，所述推进剂稳定单元上层和推进剂稳定单元下层均可采用多孔材料或纤维编制的材料制成；其中所述推进剂稳定单元上层的厚度为1～2mm、微通道尺寸为8～15微米，所述推进剂稳定单元下层的厚度为3～5mm、微通道尺寸呈现非均匀分布特性且沿远离所述发射体单元方向逐渐增大，尺寸范围是15～50微米。

3.根据权利要求1所述的一种被动供给式电喷雾推力器系统，其特征在于：所述发射体单元为多孔材料微锥型阵列结构、毛细管锥柱阵列结构、毛细管圆柱阵列结构、多孔材料刃口式阵列结构中的任意一种结构，采用导电材料或介电材料制作而成，其微通道尺寸为1～5微米。

4.根据权利要求1所述的一种被动供给式电喷雾推力器系统，其特征在于：所述提取加速单元包括由下而上依次设置的提取电极、电极隔离和加速极，所述提取电极和加速极中部均匀开设有若干个中心重合且贯穿的栅孔，所述栅孔与所述发射体单元的各发射体阵列一一对应。

5.根据权利要求1所述的一种被动供给式电喷雾推力器系统，其特征在于：所述推进剂贮存系统还包括固定在中空贮箱内的流动管理结构，所述流动管理结构包括外导流板和/或内导流板，所述中空贮箱的顶部开口处开设有与所述对接公头配套的母接口。

6.根据权利要求5所述的一种被动供给式电喷雾推力器系统，其特征在于：所述外导流板、内导流板和中空贮箱的内壁表面开设有若干毛细沟槽通道，用于增强所述推进剂贮存系统的流动管理能力。

7.根据权利要求1所述的一种被动供给式电喷雾推力器系统，其特征在于：所述推进剂隔离装置采用耐高温的多孔介质材料或纤维材料制作而成，其内部灌入的所述密封填充物质与推进剂相容且易受热挥发。

8.根据权利要求1所述的一种被动供给式电喷雾推力器系统，其特征在于：所述供给管路由多孔材料或者细纤维簇构成，其外壁设有密封涂层。

9.根据权利要求1所述的一种被动供给式电喷雾推力器系统，其特征在于：所述第一固定框架和第二固定框架均为镂空结构，其中，第一固定框架的镂空结构用于排出推进剂中掺杂的气体，第二固定框架的镂空结构用于吸附所述推进剂隔离装置加热时密封填充物的挥发物。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种被动供给式电喷雾推力器系统，其特征在于：所述驱动机构为记忆合金式驱动机构、压电式驱动机构或者电磁铁式驱动机构中的任意一种。

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