CN114352831A - 气体分配器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气体分配器，包括顶部结构、底部结构以及气管；所述底部结构包括底板、第一隔板、第一内壁以及第一外壁；所述底板的底端与所述气管连通；所述顶部结构包括顶板、第二隔板、第二内壁以及第二外壁；所述顶板的顶端设置有通气孔；顶部结构安装在所述底部结构上，所述第一内壁的顶端与所述第二内壁的底端连接，所述第一外壁顶端与所述第二外壁的底端连接；所述第一隔板与所述第二隔板间隔布置。本发明采用让气体工质径向流动均化方式，均化流道和隔板的组合可以大大增长气体工质在气体分配器内部流道长度，延长气体工质的均化时间，从而使得工质气体在进入霍尔推力器放电通道前得到更好的均化。

Description

气体分配器

技术领域

本发明涉及电推进霍尔推力器，具体地，涉及一种气体分配器，尤其的，涉及一种霍尔推力器用气体分配器。

背景技术

推进系统是决定航天器在轨寿命、有效载荷重量、轨道机动能力、姿态控制精度和深空探测距离的关键因素之一。目前大量使用的化学发动机，用于推进的能量都来自于推进系统携带的推进剂，因此推进剂的种类和携带量限制了发动机的喷气速度和推进系统的总输出能量，也限制了航天器的性能、寿命和飞行速度。电推进具有很高的喷气速度，相对化学推进具有比冲高的显著特点，可广泛应用于航天器轨道转移、轨道维持、姿态控制、无拖曳控制、深空探测主推进等任务，显著节省推进剂、增加航天器寿命或减小运载需求。

霍尔电推进是目前国际上应用最广泛的电推进技术之一，在国外GEO卫星、深空探测器、低轨卫星上广泛应用，具有系统简单可靠、安全性好、比冲高，推力功率比大、推力密度大，推力器体积、重量小，便于在航天器上的布局；调节能力强等优势。霍尔推力器在航天器上的应用带来以下：(1)可大幅节省推进剂，增加有效载荷或延长卫星在轨寿命；(2)提高航天器姿态稳定度，可缩短轨道转移周期，提升有效载荷重量，扩展深空探测距离，缩短深空探测周期。

霍尔推力器气体分配器的作用是向霍尔推力器放电通道输送推进剂，气体推进剂通过单一进气管进入气体分配器，经过气体分配器均化后，在霍尔推力器放电通道底部均匀输出。目前传统霍尔推力器的气体分配器采用轴向多级气体分配器的气体均化方式，具有整体尺寸大、内部气体均化空间利用率低、组合零件多、分配器加工难度大等缺点。

专利文献CN 113503234 A公开了一种霍尔推力器，该霍尔推力器将传统单一的环型气体分配器进行分段设计，将气体分配器的内部缓冲腔利用缓冲腔隔板分割为若干段，采用主体结构为分瓣式结构，使得气体分配器的气密性更好，每一段分配器都分别由一条管路供气，通过控制每条管路供气的气体流量。但该方案气体在气体分配器中的流动依然是轴向方向，仍然无法解决上述缺点。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种气体分配器。

根据本发明提供的一种气体分配器，包括顶部结构、底部结构以及气管；

所述底部结构包括底板、第一隔板、第一内壁以及第一外壁；所述底板为环形结构，顶端设置有第一隔板、第一内壁以及第一外壁；所述第一隔板、第一内壁以及第一外壁均沿所述底板的顶端周向布置，且所述第一隔板设置在所述第一内壁以及第一外壁之间；所述底板的底端与所述气管连通；

所述顶部结构包括顶板、第二隔板、第二内壁以及第二外壁；所述顶板为环形结构，底端设置有第二隔板，第二内壁以及第二外壁；所述第二隔板，第二内壁以及第二外壁均沿所述顶板的底端周向布置，且所述第二隔板设置在所述第二内壁以及第二外壁之间；所述顶板的顶端设置有通气孔；

顶部结构安装在所述底部结构上，所述第一内壁的顶端与所述第二内壁的底端连接，所述第一外壁顶端与所述第二外壁的底端连接；所述第一隔板与所述第二隔板间隔布置。

优选的，还包括支架，所述支架安装在所述底板下方。

优选的，所述第一内壁与第二内壁高度之和与所述第一外壁与所述第一外壁高度之和相同；所述第一隔板与第二隔板的高度均小于所述第一内壁与第二内壁高度之和。

优选的，所述第一隔板的数量为一个或多个，所述多个第一隔板平行布置；第二隔板的数量为一个或多个，所述多个第二隔板平行布置；

所述第一内壁与所述第二内壁形成第三内壁，所述第一外壁与第二外壁形成第三外壁；所述第三内壁与最靠近第三内壁的第一隔板之间形成第一通道；所述第三外壁与最靠近第三外壁的第一隔板之间形成第二通道，第一通道与第二通道之间设置有第三通道；所述第一隔板与第二隔板均设置在第三通道内，且第一隔板与第二隔板沿所述顶板径向依次交错布置；

所述气管与所述第一通道相连通，所述通气孔与第二通道相连通；所述第一通道与第三通道连通，所述第三通道与所述第二通道相连通。

优选的，所述支架为固定螺杆，所述固定螺杆包括圆盘部与螺杆部，所述螺杆部通过圆盘部与所述底板安装。

优选的，所述第一内壁的顶端与所述第二内壁的底端焊接连接，所述第一外壁顶端与所述第二外壁的底端焊接连接；。

优选的，所述底板与所述第一隔板、第一内壁以及第一外壁一体连接。

优选的，所述顶板与所述第二隔板，第二内壁以及第二外壁一体连接。

优选的，霍尔推力器气体推进剂即气体工质，通过气管进入气体分配器，首先气体经过第一通道，流入第三通道，由于位于第三通道内的第一隔板与第二隔板沿所述顶板径向依次交错布置；气体工质在第三通道内沿径向呈曲线流动。气体工质经过第三通道内部弯曲流道实现气体均化，然后通过顶板上的通气孔进入霍尔推力器放电通道。

优选的，所述气管的数量为一个或多个。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明采用让气体工质径向流动均化方式，均化流道和隔板的组合可以大大增长气体工质在气体分配器内部流道长度，延长气体工质的均化时间，从而使得工质气体在进入霍尔推力器放电通道前得到更好的均化。

2、本发明在相同的流道长度下，本发明的气体分配器尺寸更为小巧。

3、本发明中气管的数量可为2个，此方案能够适用于更大尺寸与流量需求的霍尔推力器气体分配器，可进一步增加气体的均化程度和均化速度。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为气体分配器外形示意图；

图2为气体分配器工作原理示意图；

图3为气体分配器爆炸示意图；

图4为气体分配器具有2根气管时的外形示意图。

图中示出：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种气体分配器，包括顶部结构、底部结构以及气管3；如图1与图3所示，所述底部结构包括底板2、第一隔板4、第一内壁6以及第一外壁7；所述底板2为环形结构，顶端设置有第一隔板4、第一内壁6以及第一外壁7；所述第一隔板4、第一内壁6以及第一外壁7均沿所述底板2的顶端周向延伸，且所述第一隔板4设置在所述第一内壁6以及第一外壁7之间；所述底板2的底端与所述气管3连通；在一个优选例中，所述底板2与所述第一隔板4、第一内壁6以及第一外壁7一体连接。在一个优选例中，所述气管3为金属气管。

所述顶部结构包括顶板1、第二隔板5、第二内壁8以及第二外壁9；所述顶板1为环形结构，底端设置有第二隔板5，第二内壁8以及第二外壁9；所述第二隔板5、第二内壁8以及第二外壁9均沿所述顶板1的底端周向延伸，且所述第二隔板5设置在所述第二内壁8以及第二外壁9之间；所述顶板1的顶端设置有通气孔13；在一个优选例中，所述顶板1与所述第二隔板5，第二内壁8以及第二外壁9一体连接。

顶部结构安装在所述底部结构上，所述第一内壁6的顶端与所述第二内壁8的底端连接，所述第一外壁7顶端与所述第二外壁9的底端连接；所述第一隔板4与所述第二隔板5间隔布置。在一个优选例中，所述第一外壁7顶端与所述第二外壁9的底端焊接连接，且所述第一内壁6顶端与所述第二内壁8底端焊接连接。以保证所述顶板1与所述底板2配合的密封性。

所述第一内壁6与第二内壁8高度之和与所述第一外壁7与所述第一外壁7高度之和相同；所述第一隔板4与第二隔板5的高度均小于所述第一内壁6与第二内壁8高度之和。

所述第一隔板4的数量为一个或多个，所述多个第一隔板4平行布置；第二隔板5的数量为一个或多个，所述多个第二隔板5平行布置；

所述第一内壁6与所述第二内壁8形成第三内壁，所述第一外壁7与第二外壁9形成第三外壁；所述第三内壁与最靠近第三内壁的第一隔板4之间形成第一通道14；所述第三外壁与最靠近第三外壁的第一隔板4之间形成第二通道11，第一通道14与第二通道11之间设置有第三通道12；所述气管3与所述第一通道14相连通，所述通气孔13与第二通道11相连通；所述第一通道14与第三通道12连通，所述第三通道12与所述第二通道11相连通。所述第一隔板4与第二隔板5均设置在第三通道12内，且第一隔板4与第二隔板5沿所述顶板1径向依次交错布置；所述第一通道14、第二通道11以及第三通道12连通形成气体均化流道。

所述气体分配器还包括支架10，所述支架10用于气体分配器与推力器放电通道的固定，所述支架10安装在所述底板2下方。所述支架10为固定螺杆，所述固定螺杆包括圆盘部与螺杆部，所述螺杆部通过圆盘部与所述底板2安装。

底板2的底部还设置有凸台，所述凸台用于安装支架10与气管3，所述支架10与气管3均与所述凸台焊接连接。

本发明的工作原理如下：

霍尔推力器气体推进剂即气体工质，如图2所示，通过气管3进入气体分配器，首先气体经过第一通道14，流入第三通道12，由于位于第三通道12内的第一隔板4与第二隔板5沿所述顶板1径向依次交错布置；气体工质在第三通道12内沿径向呈曲线流动。依次间隔的第一隔板4与第二隔板5间形成转向流道，所述转向流道可以有多个，所述多个转向流道依次布置，多个转向流道形成第三通道12。多个隔板形成形成多个转向流道的设计可以大大增长推进剂在气体分配器内部流道长度，延长气体工质的均化时间，从而使得工质气体得到更好的均化；

气体工质经过第三通道12内部弯曲流道实现气体均化，然后通过顶板1上的通气孔13进入霍尔推力器放电通道。所述气体分配器通过第一隔板4、第二隔板5分别沿所述底板2顶端、顶板1底端周向布置的设计，以及第一隔板4、第二隔板5依次相互交错从而使气体工质沿曲线流动的设计，实现了气体自气管3进入气体分配器后均化至整个均化腔，所述均化腔为顶部结构与底部结构连接后，顶板1、底板2之间的间隙。气体工质在气体均化流道流动过程中充分均化，最终由顶板1上的通气孔13进入霍尔推力器放电通道。气体推进剂在进入霍尔推力器放电通道前，在均化流道内较长时间流动，最终进入霍尔推力器放电通道。气体分配器的隔板数量即第一隔板4以及第二隔板5的数量可根据不同的推进剂流量需求调整，使用灵活。

如图4所示，所述气管3的数量为一个或多个。在一个优选例中，气体分配器采用单个气管3，所述凸台的数量为4个，其中一个凸台上设置有通孔，设置有通孔的所述凸台用于与所述气管3连接，气体通过气管3与所述通孔进入至气体分配器内部。所述支架10的数量为3个，分别焊接在另外3个凸台上。工作时，气体工质由气管3进入气体分配器内部，气体工质在经过第三通道12内部弯曲流道时，在流动过程中在均化腔内迅速扩散，实现气体在气体分配器内的均匀分布，最终，经过均化的气体工质由顶板1上的通气孔13输出，进入霍尔推力器放电通道。在另一优选例中，所述气体分配器采用了多个气管3，如2根气管3，如图4所示，所述凸台的数量为4个，其中2个凸台上设置有通孔，设置有通孔的所述凸台用于与所述气管3连接，气体通过气管3与所述通孔进入至气体分配器内部。所述支架10的数量为2个，分别焊接在另外2个凸台上。工作时，气体工质同时由2根进气管进入气体分配器内部，气体工质在经过第三通道12内部弯曲流道时，在流动过程中在均化腔内迅速扩散，实现气体在气体分配器内的均匀分布，最终，经过均化的气体工质由顶板1上的通气孔13输出，进入霍尔推力器放电通道。该实施方式适用于更大尺寸与流量需求的霍尔推力器气体分配器，可进一步增加气体的均化程度和均化速度。

本发明可用于为霍尔电推力器实现气体均化及分配，相对于目前的霍尔推力器气体分配器，把轴向流动均化改进成径向流动均化，省去了环形薄壁结构零件，减少了零件数量和工艺难度，具有整体尺寸小，组成零件少且工艺简化，气体流动时间长，均化程度高等优点。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种气体分配器，其特征在于，包括顶部结构、底部结构以及气管(3)；

所述底部结构包括底板(2)、第一隔板(4)、第一内壁(6)以及第一外壁(7)；所述底板(2)为环形结构，顶端设置有第一隔板(4)、第一内壁(6)以及第一外壁(7)；所述第一隔板(4)、第一内壁(6)以及第一外壁(7)均沿所述底板(2)的顶端周向延伸，且所述第一隔板(4)设置在所述第一内壁(6)以及第一外壁(7)之间；所述底板(2)的底端与所述气管(3)连通；

所述顶部结构包括顶板(1)、第二隔板(5)、第二内壁(8)以及第二外壁(9)；所述顶板(1)为环形结构，底端设置有第二隔板(5)，第二内壁(8)以及第二外壁(9)；所述第二隔板(5)，第二内壁(8)以及第二外壁(9)均沿所述顶板(1)的底端周向延伸，且所述第二隔板(5)设置在所述第二内壁(8)以及第二外壁(9)之间；所述顶板(1)的顶端设置有通气孔(13)；

顶部结构安装在所述底部结构上，所述第一内壁(6)的顶端与所述第二内壁(8)的底端连接，所述第一外壁(7)顶端与所述第二外壁(9)的底端连接；所述第一隔板(4)与所述第二隔板(5)间隔布置。

2.根据权利要求1所述的气体分配器，其特征在于，还包括支架(10)，所述支架(10)安装在所述底板(2)下方。

3.根据权利要求1所述的气体分配器，其特征在于，所述第一内壁(6)与第二内壁(8)高度之和与所述第一外壁(7)与所述第一外壁(7)高度之和相同；所述第一隔板(4)与第二隔板(5)的高度均小于所述第一内壁(6)与第二内壁(8)高度之和。

4.根据权利要求1所述的气体分配器，其特征在于，所述第一隔板(4)的数量为一个或多个，所述多个第一隔板(4)平行布置；第二隔板(5)的数量为一个或多个，所述多个第二隔板(5)平行布置；

所述第一内壁(6)与所述第二内壁(8)形成第三内壁，所述第一外壁(7)与第二外壁(9)形成第三外壁；所述第三内壁与最靠近第三内壁的第一隔板(4)之间形成第一通道(14)；所述第三外壁与最靠近第三外壁的第一隔板(4)之间形成第二通道(11)，第一通道(14)与第二通道(11)之间设置有第三通道(12)；所述第一隔板(4)与第二隔板(5)均设置在第三通道(12)内，且第一隔板(4)与第二隔板(5)沿所述顶板(1)径向依次交错布置；

所述气管(3)与所述第一通道(14)相连通，所述通气孔(13)与第二通道(11)相连通；所述第一通道(14)与第三通道(12)连通，所述第三通道(12)与所述第二通道(11)相连通。

5.根据权利要求2所述的气体分配器，其特征在于，所述支架(10)为固定螺杆，所述固定螺杆包括圆盘部与螺杆部，所述螺杆部通过圆盘部与所述底板(2)安装。

6.根据权利要求1所述的气体分配器，其特征在于，所述第一内壁(6)的顶端与所述第二内壁(8)的底端焊接连接，所述第一外壁(7)顶端与所述第二外壁(9)的底端焊接连接；。

7.根据权利要求1所述的气体分配器，其特征在于，所述底板(2)与所述第一隔板(4)、第一内壁(6)以及第一外壁(7)一体连接。

8.根据权利要求1所述的气体分配器，其特征在于，所述顶板(1)与所述第二隔板(5)，第二内壁(8)以及第二外壁(9)一体连接。

9.根据权利要求1所述的气体分配器，其特征在于，霍尔推力器气体推进剂即气体工质，通过气管3进入气体分配器，首先气体经过第一通道(14)，流入第三通道(12)，由于位于第三通道12内的第一隔板(4)与第二隔板(5)沿所述顶板(1)径向依次交错布置；气体工质在第三通道(12)内沿径向呈曲线流动。气体工质经过第三通道12内部弯曲流道实现气体均化，然后通过顶板1上的通气孔13进入霍尔推力器放电通道。

10.根据权利要求1所述的气体分配器，其特征在于，所述气管(3)的数量为一个或多个。

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