CN111120146A - 基于微流控技术的含能液体激光增强推进装置 - Google Patents

基于微流控技术的含能液体激光增强推进装置 Download PDF

Info

Publication number
CN111120146A
CN111120146A CN201911257483.2A CN201911257483A CN111120146A CN 111120146 A CN111120146 A CN 111120146A CN 201911257483 A CN201911257483 A CN 201911257483A CN 111120146 A CN111120146 A CN 111120146A
Authority
CN
China
Prior art keywords
micro
laser
mixing
oxidant
chip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911257483.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111120146B (zh
Inventor
吴立志
曹金乐
朱朋
沈瑞琪
叶迎华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Science and Technology
Original Assignee
Nanjing University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Science and Technology filed Critical Nanjing University of Science and Technology
Priority to CN201911257483.2A priority Critical patent/CN111120146B/zh
Publication of CN111120146A publication Critical patent/CN111120146A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111120146B publication Critical patent/CN111120146B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/44—Feeding propellants
    • F02K9/46—Feeding propellants using pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/44—Feeding propellants
    • F02K9/56—Control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/44—Feeding propellants
    • F02K9/56—Control
    • F02K9/563—Control of propellant feed pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/95—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof characterised by starting or ignition means or arrangements

Abstract

本发明属于激光推进领域，具体涉及一种基于微流控技术的含能液体激光增强推进装置。包括微流体供给系统，微反应混合芯片系统和激光烧蚀系统；微流体供给系统和微反应混合芯片系统通过微管连接，且将推进剂传输至微反应混合芯片系统；微反应混合芯片系统包括两个微流道和混合燃烧室，流体出口端设有喷口，喷口轴线方向为激光脉冲入射方向；激光烧蚀系统和微反应混合芯片系统之间通过光纤连接，烧蚀微反应混合芯片系统中的含能推进剂。本申请的推进装置能实现快速点火，推力可控，流量可控，而且同时可为微小卫星提供具有较高比冲和推冲比。

Description

基于微流控技术的含能液体激光增强推进装置
技术领域
本发明属于激光推进领域，具体涉及一种基于微流控技术的含能液体激光增强推进装置。
背景技术
激光推进技术是一种基于强激光与物质相互作用原理的新型推进技术。激光推进技术分为反射式和透射式两种。目前研究的重点是透射式激光推进技术，其工质分为固体和液体两种。其中液体具有良好的能量密度，并且可以根据需要调整供给能量。
但是液体工质在激光作用下存在工质飞溅和比冲低的缺点，而GAP(聚叠氮缩水甘油醚)能够克服这方面的问题，提高比冲，并在一定程度上解决了工质飞溅的问题，但是GAP粘度大，不利于微管的输送和流量的精确控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于微流控技术的含能液体激光增强推进装置。
实现本发明目的的技术解决方案为：基于微流控技术的含能液体激光增强推进装置，其特征在于，包括微流体供给系统，微反应混合芯片系统和激光烧蚀系统；
所述微流体供给系统和微反应混合芯片系统通过微管连接，且将推进剂传输至微反应混合芯片系统；
所述微反应混合芯片系统包括两个微流道和混合燃烧室，流体出口端设有喷口，喷口轴线方向为激光脉冲入射方向；
所述激光烧蚀系统和微反应混合芯片系统之间通过光纤连接，烧蚀微反应混合芯片系统中的含能推进剂。
进一步的，所述微流体供给系统包括氧化剂储液罐，燃料储液罐，氧化剂输送微管，燃料输送微管，氧化剂输送微泵和燃料输送微泵；
所述氧化剂储液罐通过氧化剂输送微管和氧化剂输送微泵，将氧化剂输入一个微流道；所述燃料储液罐通过燃料输送微管和燃料输送微泵将燃料输入另一个微流道。
进一步的，所述氧化剂输送微管和燃料输送微管的直径为50-500um。
进一步的，所述微反应混合芯片系统还包括混合芯片，所述混合芯片与光纤连接一侧为透明结构，所述混合芯片内部设有微通道和混合燃烧室；所述混合芯片另一侧与混合燃烧室同轴心开孔，用于安装喷口。
进一步的，所述微通道为矩形，截面的长为50-500um，宽为50-500um，所述混合燃烧室为圆形，直径为50-1000um。
进一步的，所述喷口的直径为0.5-1mm。
进一步的，所述混合芯片的两个微流道之间的夹角为60-120°。
进一步的，所述混合芯片为上下层结构键合形成；所述混合芯片长40-100mm，宽40-100mm，总体厚度5-20mm。
进一步的，所述激光烧蚀系统包括控制单元，激光器，光纤和光纤连接器；
所述控制单元分别和激光器，氧化剂输送微泵，燃料输送微泵连接；所述激光器通过光纤和光纤连接器连接微反应混合芯片系统。
进一步的，所述激光器采用半导体激光器，波长范围800-1100nm，功率范围0-20W，光纤芯径100-600um。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)本申请的激光加载下的含能液体推进系统，能够实现快速点火，点火延迟时间缩短至us级，同时能够加速含能液体的反应速率，加快燃烧速率；
(2)本申请的推进装置基于微流控技术的含能工质输送系统，能够精确控制燃料和氧化剂的供给，实现推进系统的流量可控，同时能够高效利用氧化剂和燃料，避免造成因反应不完全而造成的浪费；
(3)本申请的推进装置不仅能实现快速点火，推力可控，流量可控，而且同时可为微小卫星提供具有较高比冲和推冲比。
附图说明
图1本发明的激光增强推进装置示意图。
图2本发明的混合芯片示意图。
图3本发明的混合芯片液体混合效果示意图。
附图标记说明：
1-氧化剂储液罐，2-燃料储液罐，301-氧化剂输送微管，302-燃料输送微管，401-氧化剂输送微泵，402-燃料输送微泵，5-控制单元，6-激光器，7-光纤，8-光纤连接器，9-混合芯片，10-喷口，11-微流道，12-混合燃烧室。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
如图1-3所示，本发明实施例提供的一种基于微流控技术的含能液体激光增强推进装置包括控制单元5、液体供给装置、脉冲烧蚀装置和混合芯片9。所述液体供给装置包括氧化剂储液罐1、燃料储液罐2、氧化剂输送微管301、燃料输送微管302、氧化剂输送微泵401、燃料输送微泵402；所述脉冲烧蚀装置包括激光器6、光纤7、光纤连接器8；所述混合芯片9包含微流道11、混合燃烧室12和喷口10结构。
所述氧化剂输送微泵401通过氧化剂输送微管301分别与氧化剂储液罐1和混合芯片9连接；所述燃料输送微泵402通过燃料输送微管302分别与燃料储液罐2和混合芯片9连接；所述激光器6通过光纤7与混合芯片9连接；所述控制单元5分别与激光器和氧化剂微压电泵和燃料微压电泵相连，控制微压电泵的工作状态和激光器的输出功率和时间。
基于微流控技术的含能液体激光增强推进装置具体的工作方式是：
1、准备阶段：通过控制单元5设定液体流速和激光器6输出功率；
2、工作状态：系统准备工作时，控制单元5接收工作指令，激光器6和微压电泵401和402开始工作，氧化剂微压电泵和燃料微压电泵分别将氧化剂和燃料从氧化剂储液罐1和燃料储液罐2中泵出，并分别通过氧化剂输送微管和燃料输送微管将工质输送至混合芯片9的微流道11中，在微流道11末端接触进而流入混合燃烧室12内，液体工质在混合燃烧室12内混合并发生反应，经激光器6输出的激光通过混合芯片9的透明基底与混合后的液体工质发生作用，加速液体工质的点火，混合后的液体工质燃烧火焰和产物从混合芯片9的喷口10结构喷出，产生推力。
3、非工作状态：激光器6和微压电泵401和402处于断电状态，整个装置处于不工作状态。

Claims (10)

1.一种基于微流控技术的含能液体激光增强推进装置，其特征在于，包括微流体供给系统，微反应混合芯片系统和激光烧蚀系统；
所述微流体供给系统和微反应混合芯片系统通过微管连接，且将推进剂传输至微反应混合芯片系统；
所述微反应混合芯片系统包括两个微流道(11)和混合燃烧室(12)，流体出口端设有喷口(10)，喷口轴线方向为激光脉冲入射方向；
所述激光烧蚀系统和微反应混合芯片系统之间通过光纤连接，烧蚀微反应混合芯片系统中的含能推进剂。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微流体供给系统包括氧化剂储液罐(1)，燃料储液罐(2)，氧化剂输送微管(301)，燃料输送微管(302)，氧化剂输送微泵(401)和燃料输送微泵(402)；
所述氧化剂储液罐(1)通过氧化剂输送微管(301)和氧化剂输送微泵(401)，将氧化剂输入一个微流道(11)；所述燃料储液罐(2)通过燃料输送微管(302)和燃料输送微泵(402)将燃料输入另一个微流道(11)。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述氧化剂输送微管(301)和燃料输送微管(302)的直径为50-500um。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述微反应混合芯片系统还包括混合芯片(9)，所述混合芯片(9)与光纤连接一侧为透明结构，所述混合芯片(9)内部设有微通道(11)和混合燃烧室(12)；所述混合芯片(9)另一侧与混合燃烧室(12)同轴心开孔，用于安装喷口(10)。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述微通道(11)为矩形，截面的长为50-500um，宽为50-500um，所述混合燃烧室为圆形，直径为50-1000um。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述喷口(10)的直径为0.5-1mm。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述混合芯片(9)的两个微流道(11)之间的夹角为60-120°。
8.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述混合芯片(9)为上下层结构键合形成；所述混合芯片(9)长40-100mm，宽40-100mm，总体厚度5-20mm。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光烧蚀系统包括控制单元(5)，激光器(6)，光纤(7)和光纤连接器(8)；
所述控制单元(5)分别和激光器(6)，氧化剂输送微泵(401)，燃料输送微泵(402)连接；所述激光器(6)通过光纤(7)和光纤连接器(8)连接微反应混合芯片系统。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述激光器(6)采用半导体激光器，波长范围800-1100nm，功率范围0-20W，光纤芯径100-600um。
CN201911257483.2A 2019-12-10 2019-12-10 基于微流控技术的含能液体激光增强推进装置 Active CN111120146B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911257483.2A CN111120146B (zh) 2019-12-10 2019-12-10 基于微流控技术的含能液体激光增强推进装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911257483.2A CN111120146B (zh) 2019-12-10 2019-12-10 基于微流控技术的含能液体激光增强推进装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111120146A true CN111120146A (zh) 2020-05-08
CN111120146B CN111120146B (zh) 2022-05-13

Family

ID=70498025

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911257483.2A Active CN111120146B (zh) 2019-12-10 2019-12-10 基于微流控技术的含能液体激光增强推进装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111120146B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003148247A (ja) * 2001-11-12 2003-05-21 National Aerospace Laboratory Of Japan 有線伝送方式によるレーザースラスターシステム
CN102706850A (zh) * 2012-06-25 2012-10-03 哈尔滨工业大学 基于激光诱导等离子体光谱的定标方法和装置及测量可燃气体与氧化剂当量比的方法和装置
CN103982910A (zh) * 2014-05-30 2014-08-13 哈尔滨工业大学 激光烧蚀金属靶等离子体提高可燃气体吹熄极限的方法及装置
CN103982303A (zh) * 2014-05-30 2014-08-13 哈尔滨工业大学 一种基于微透镜阵列实现可燃气体多点激光等离子体点火的方法及装置
CN104456554A (zh) * 2014-11-10 2015-03-25 浙江大学 激光点火液体燃料燃烧机
CN105074338A (zh) * 2013-02-27 2015-11-18 西门子股份公司 用于燃烧稳定性的辅助激光点火

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003148247A (ja) * 2001-11-12 2003-05-21 National Aerospace Laboratory Of Japan 有線伝送方式によるレーザースラスターシステム
CN102706850A (zh) * 2012-06-25 2012-10-03 哈尔滨工业大学 基于激光诱导等离子体光谱的定标方法和装置及测量可燃气体与氧化剂当量比的方法和装置
CN105074338A (zh) * 2013-02-27 2015-11-18 西门子股份公司 用于燃烧稳定性的辅助激光点火
CN103982910A (zh) * 2014-05-30 2014-08-13 哈尔滨工业大学 激光烧蚀金属靶等离子体提高可燃气体吹熄极限的方法及装置
CN103982303A (zh) * 2014-05-30 2014-08-13 哈尔滨工业大学 一种基于微透镜阵列实现可燃气体多点激光等离子体点火的方法及装置
CN104456554A (zh) * 2014-11-10 2015-03-25 浙江大学 激光点火液体燃料燃烧机

Also Published As

Publication number Publication date
CN111120146B (zh) 2022-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2007134120A3 (en) Microfluidic device for forming monodisperse lipoplexes
CN105013547A (zh) 新型微气泡/液滴生成调控装置和方法
CN102278293A (zh) 一种基于毛细作用的微泵及其使用方法
CN111120146B (zh) 基于微流控技术的含能液体激光增强推进装置
CN104405613A (zh) 激光诱导微泵
CN101957383A (zh) 基于液滴顺序组装技术的微流控液滴生成系统及使用方法
CN113058669A (zh) 一种可按需定制的共轴聚焦微通道一体化装置和方法
CN106215988A (zh) 一种双支路实现微液滴两次分裂功能的微通道
CN110605077A (zh) 一种用于改善气液混合的锥形膜孔微通道结构
Oskooei et al. Partial wetting gas–liquid segmented flow microreactor
EP0595056B1 (de) Schiffsantriebseinrichtung mit einem durch eine Reaktion von Wasser mit einer Chemikalie erzeugten Strahl
CN108837719A (zh) 一种液态金属液滴形成装置
CN210787310U (zh) 一种用于改善气液混合的锥形膜孔微通道结构
CN101093227A (zh) 一种微流控芯片系统重力驱动泵
CN203319759U (zh) 环形水束群喷嘴多重喷射射流曝气器
CN111135882B (zh) 一种二维流动聚焦装置
CN110559895A (zh) 振荡射流式微纳米气泡发生装置
CN101259949A (zh) 气泡式微泵与应用其的装置
CN110124550A (zh) 一种微助力管道混合器
US20210170397A1 (en) Microfluidic devices
CN113117767B (zh) 一种用于微流体的气泡消溶单元
CN114130440B (zh) 一种基于镓基液态金属液滴的电控主动分道泵送装置
CN204253302U (zh) 激光诱导微泵
CN218509821U (zh) 一种节能型增粘真空喷射泵
US11794471B2 (en) Inkjet assembly, inkjet printing apparatus and inkjet printing method for use in preparation of display component

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant