CN111946489B - 重力定向阵列式固体发动机及推力输出定向控制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请揭示了一种重力定向阵列式固体发动机及推力输出定向控制方法，该重力定向阵列式固体发动机包括竖向的基底结构、在所述基底结构上周向均匀阵列式排布的发动机以及与所述发动机一一对应的点火回路，其中:每个点火回路均包括导电腔以及与所述导电腔相匹配的第一导电极和第二导电极，所述导电腔内装有导电液，所述第一导电极与点火线负极电性连接；所述发动机的点火器由两根点火线引出，其中一根点火线接点火线正极，另一根点火线接与所述发动机对应的点火回路的第二导电极上。本申请通过采用导电液体在重力作用下的自动聚集，形成预设方向的有效电路，从而产生预设方向的推力，结构简单，推力方向控制可靠，智能化程度高。

Description

重力定向阵列式固体发动机及推力输出定向控制方法
技术领域
本发明属于固体火箭发动机技术领域，涉及一种重力定向阵列式固体发动机及推力输出定向控制方法。
背景技术
固体火箭发动机由于具有结构简单、机动性好、推进剂密度大方便可靠等优点，常用于导弹或其他飞行器的姿轨控系统。这种类型的固体发动机通常在飞行器横截面内均匀部局阵列式微型发动机，通过调节各微型发动机产生不同方向与大小的推力合成一定方向的推力。阵列式固体发动机点火前，必须先确定飞行器自身姿态，再确定需要点火的一定数量和方向的微型发动机。飞行器利用自身携带的陀螺仪等高精密设备确定自身姿态，通过控制计算机给多个微型发动机发送点火指令，相关控制装置和系统较为复杂。在整个过程中，存在姿态确定困难，响应时间慢的突出缺点。
发明内容
为了解决相关技术中通过控制计算机给多个微型发动机发送点火指令，相关控制装置和系统较为复杂，存在姿态确定困难，响应时间慢的问题，本申请提供了一种重力定向阵列式固体发动机及推力输出定向控制方法。技术方案如下：
第一方面，本申请提供了一种重力定向阵列式固体发动机，所述重力定向阵列式固体发动机包括竖向的基底结构、在所述基底结构上周向均匀阵列式排布的发动机以及与所述发动机一一对应的点火回路，其中:每个点火回路均包括导电腔以及与所述导电腔相匹配的第一导电极和第二导电极，所述导电腔内装有导电液，所述第一导电极与点火线负极电性连接；
所述发动机的点火器由两根点火线引出，其中一根点火线接点火线正极，另一根点火线接与所述发动机对应的点火回路的第二导电极上。
可选的，所述导电腔的腔体为非导电材质，每个点火回路的第一导电极和第二导电极均延伸至所述导电腔的内壁，且与所述导电腔体共同形成密闭腔体。
可选的，所述点火回路导电腔内的导电液同时与所述点火回路的第一导电极和第二导电极接触时，所述点火回路与对应的发动机形成电通路。
可选的，所述点火回路为偶数个，各个点火回路的导电腔均相同，所述点火回路两两中心对称设置。
可选的，各个点火回路的导电腔均为体积相同的球体。
可选的，每个点火回路的第一导电极和第二导电极均位于所述导电腔腔体的同一侧。
可选的，每个导电腔内导电液的容量小于所在导电腔体积的一半。
可选的，所述发动机包括所述点火器、喷管和燃烧室，所述点火器安装于所述燃烧室的点火端，所述喷管安装于所述燃烧室的喷口端。
第二方面，本申请还提供了一种推力输出定向控制方法，所述方法采用如第一方面以及第一方面各种可选方式中提供的重力定向阵列式固体发动机产生定向推力。
可选的，所述方法包括：接收点火指令，所述重力定向阵列式固体发动机中下方的点火回路导通与所述点火回路对应的发动机的点火器，产生向上的推力。
通过上述技术特征，本申请提供的技术方案至少可以实现有益效果：
重力定向阵列式固体发动机采用导电液体在重力作用下的自动聚集，形成预设方向的有效电路，从而产生预设方向的推力，结构简单，推力方向控制可靠，智能化程度高，能够简单有效提高阵列式固体发动机应用效率和可靠性。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是本申请一个实施例中提供的重力定向阵列式固体发动机的截面示意图。
其中，附图标记如下：
1、基底结构；2、喷管；3、燃烧室；4、点火器；5、点火线正极；6、点火线负极；7、导电极；8、导电腔；9、导电液。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
图1是本申请一个实施例中提供的重力定向阵列式固体发动机的截面示意图，该重力定向阵列式固体发动机可以包括竖向的基底结构1、阵列式发动机以及点火回路。竖向面是由图1中X轴和Y轴形成的平面。
可选的，所述发动机包括喷管2、燃烧室3和点火器4，所述点火器4安装于所述燃烧室3的点火端，所述喷管2安装于所述燃烧室3的喷口端。
发动机在所述基底结构1上周向均匀阵列式排布，图1中显示了8个发动机，相邻两个发动机的间隔角度为45°，显然根据发动机的数量不同，相邻两个发动机的间隔角度也不同。
点火回路与发动机一一对应，每个点火回路均可以包括导电腔8以及与所述导电腔8相匹配的两个导电极7，为了便于区分将同一个点火回路的两个导电极7分别记为第一导电极和第二导电极。
所述导电腔8内装有导电液9，所述第一导电极与点火线负极6电性连接。这里的导电液9可以为导电性能良好的液体，如水银或硝酸银等其他溶液，实际上，只要导电液9具备良好的导电性能即可，并不局限于上述举例的水银或硝酸银等。
对于每个发动机，该发动机的点火器4由两根点火线引出，其中一根点火线接点火线正极5，另一根点火线接与所述发动机对应的点火回路的第二导电极上。
为了保证导电液9在特定情况下将两个导电极7导通，本申请中的导电腔8的腔体可以为非导电材质，每个点火回路的第一导电极和第二导电极均延伸至所述导电腔8的内壁，且与所述导电腔8体共同形成密闭腔体，以避免导电腔8的角度变化后导电液9从导电腔8内流出。
在实际应用中，所述点火回路导电腔8内的导电液9同时与所述点火回路的第一导电极和第二导电极接触时，所述点火回路与对应的发动机形成电通路。比如图1中最下端的点火回路的导电腔8内的导电液9同时与第一导电极和第二导电极接触，此时该点火回路则与对应的发动机形成电通路。
在一种可能的实现方式中，所述点火回路为偶数个，各个点火回路的导电腔8均相同，所述点火回路两两中心对称设置。比如，图1中的点火回路为8个，各个点火回路的导电腔8均相同，所述点火回路两两中心对称设置。根据实际需求，点火回路的数量可以10、12、14等，本申请不对点火回路的数量进行限定。显然，点火回路的数量也可以为奇数个，仍旧可以实现通过导电液9的重力，使导电液9与两个导电极7接触以形成电路回路。
在实际应用中，为了保证阵列式发动机的稳定性，各个点火回路的导电腔8均可以为体积相同的球体。
可选的，每个点火回路的第一导电极和第二导电极均位于所述导电腔8腔体的同一侧。
进一步的，每个导电腔8内导电液9的容量可以小于所在导电腔8体积的一半。
综上所述，本申请提供的重力定向阵列式固体发动机，采用导电液体在重力作用下的自动聚集，形成预设方向的有效电路，从而产生预设方向的推力，结构简单，推力方向控制可靠，智能化程度高，能够简单有效提高阵列式固体发动机应用效率和可靠性。
通过上述重力定向阵列式固体发动机，本申请还提供了一种推力输出定向控制方法，所述方法采用如图1所示的重力定向阵列式固体发动机产生定向推力。
可选的，所述方法包括：接收点火指令，所述重力定向阵列式固体发动机中下方的点火回路导通与所述点火回路对应的发动机的点火器，产生向上的推力。
在飞行器运动过程中，经过微小的时间间隔，所有导电腔中的导电液在重力作用下会自动向下方聚集，形成稳定液面。此时，由于导电极的不对称布局，如图1所示，只有偏下方的导电液会和两个导电极构成连通有效的电路回路。所以，在任意时刻点火，都只会点燃下方的微型固体发动机，产生偏向上的推力。此即是由重力作用下导电液自动稳定机制，自动形成定向推力。此外通过改变点火线的控制布局，改变导电腔控制的微型固体发动机预设对象，可以形成在重力作用下，自动产生向上推力或沿周向360°任一大方向的推力。重力定向阵列式固体发动机依靠重力条件下液体自动稳定液面作用，在任意时刻只需发送点火指令，便可自动产生预设确定方向的推力。重力定向阵列式固体发动机结构简单，容易实现，推力方向控制可靠，智能化程度高。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种重力定向阵列式固体发动机，其特征在于，所述重力定向阵列式固体发动机包括竖向的基底结构、在所述基底结构上周向均匀阵列式排布的发动机以及与所述发动机一一对应的点火回路，其中: 每个点火回路均包括导电腔以及与所述导电腔相匹配的第一导电极和第二导电极，所述导电腔内装有导电液，所述第一导电极与点火线负极电性连接;
所述发动机的点火器由两根点火线引出，其中一根点火线接点火线正极，另一根点火线接与所述发动机对应的点火回路的第二导电极上；其中，下方导电腔中的导电液在重力作用下与所述第一导电极和所述第二导电极接触时，所述点火回路与下方导电腔对应的发动机形成电通路。
2.根据权利要求1所述的重力定向阵列式固体发动机，其特征在于，所述导电腔的腔体为非导电材质，每个点火回路的第一导电极和第二导电极均延伸至所述导电腔的内壁，且与所述导电腔体共同形成密闭腔体。
3.根据权利要求1所述的重力定向阵列式固体发动机，其特征在于，所述点火回路导电腔内的导电液同时与所述点火回路的第一导电极和第二导电极接触时，所述点火回路与对应的发动机形成电通路。
4.根据权利要求1所述的重力定向阵列式固体发动机，其特征在于，所述点火回路为偶数个，各个点火回路的导电腔均相同，所述点火回路两两中心对称设置。
5.根据权利要求1所述的重力定向阵列式固体发动机，其特征在于，各个点火回路的导电腔均为体积相同的球体。
6.根据权利要求1所述的重力定向阵列式固体发动机，其特征在于，每个点火回路的第一导电极和第二导电极均位于所述导电腔腔体的同一侧。
7.根据权利要求6所述的重力定向阵列式固体发动机，其特征在于，每个导电腔内导电液的容量小于所在导电腔体积的一半。
8.根据权利要求1-7中任一所述的重力定向阵列式固体发动机，其特征在于，所述发动机包括所述点火器、喷管和燃烧室，所述点火器安装于所述燃烧室的点火端，所述喷管安装于所述燃烧室的喷口端。
9.一种推力输出定向控制方法，其特征在于，所述方法采用如权利要求1-8中任一所述的重力定向阵列式固体发动机产生定向推力。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
接收点火指令，所述重力定向阵列式固体发动机中下方的点火回路导通与所述点火回路对应的发动机的点火器点火，产生向上 的推力。
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