CN210027983U - 可变推力推进系统及飞行器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及空间飞行器技术领域，尤其是涉及一种可变推力推进系统及飞行器，可变推力推进系统包括：储存装置、气化单元、稳压单元、调节件、推力装置；储存装置通过第一控制阀向气化单元周期性输送推进介质；进入气化单元内的推进介质在设定温度下达到完全气化状态，调整调节件的开启度调整稳压单元内的推进介质量；稳压单元内的推进介质通过第二控制阀输送至推力装置以产生推力。本可变推力推进系统的调节件开启度可以连续可调，能够保证第二气化室的压力值可以在一定范围内任意设定，因此，系统可以获得可变推力，能够避免飞行器以落压方式运行，且以预加热的方式使推进介质达到完全气化状态，运行可靠性更高，应用范围更广。

Description

可变推力推进系统及飞行器

技术领域

本申请涉及空间飞行器技术领域，尤其是涉及一种可变推力推进系统及飞行器。

背景技术

目前，空间飞行器的动力系统配置的冷气微推进，大部分采用气态介质在配备减压阀的情况下，由于减压阀是锁定压力比，因此获得的都是稳定压力的气体，也就导致后面喷管获得的推力即为设计的稳定推力；少数采用液化气介质，通过直接加热液化气并通过喷管喷出，获得的也是稳定推力，且需要配置特别高的加热功率，很多微小卫星不能满足其功率要求，而空间飞行器以一种恒定推力运行，无法以可变推力的状态运行。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种可变推力推进系统及飞行器，以在一定程度上解决现有技术中存在的空间飞行器无法以可变推力运行的技术问题。

本申请提供了一种可变推力推进系统，包括：储存装置、气化单元、稳压单元、调节件以及推力装置；其中，所述储存装置能够通过第一控制阀向所述气化单元周期性输送推进介质；所述气化单元用于使进入其内的所述推进介质在设定温度下达到完全气化状态，并通过所述调节件输送至所述稳压单元，且调整所述调节件的开启度能够调整进入所述稳压单元内的推进介质量；所述稳压单元用于使其内的推进介质达到设定压力，并通过第二控制阀输送至所述推力装置；所述推力装置能够向外喷出所述推进介质，并产生推力。

在上述技术方案中，进一步地，所述气化单元包括气化室以及加热装置；所述加热装置用于对所述气化室的内部空间进行加热。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述加热装置设置在所述气化室的外部；或者所述加热装置设置在所述气化室的内部。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述气化单元还包括第一检测装置；所述第一检测装置用于检测所述气化室内的压强。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述稳压单元还包括第二检测装置；所述第二检测装置用于检测所述稳压单元内的压强。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述调节件为比例阀。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述第一控制阀为脉冲电磁阀。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述第二控制阀为电磁阀。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述推力装置为推力器。

本申请还提供了一种飞行器，包括上述任一技术方案所述的可变推力推进系统，因而，具有该可变推力推进系统的全部有益技术效果，在此，不再赘述。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供的可变推力推进系统，包括：储存装置、气化单元、稳压单元、调节件以及推力装置；其中，储存装置、气化单元、调节件、稳压单元以及推力装置顺次相连接，使得储存装置内的推进介质能够在气化单元、调节件以及稳压单元内流通，最后经推力装置的喷管喷出，产生推力，为空间飞行器提供动力，且通过第一控制阀设置在储存装置与气化单元之间管路的通断，并通过控制第一控制阀周期性开启或关闭使得储存装置内的推进介质能够周期性的进入气化单元内，通过调整调节件的开启度能够调整进入稳压单元内的推进介质的量，使得推进介质能在稳压单元内能够达到预定压力值后，经推力装置喷出产生推力。

具体地，本可变推力推进系统在使用时，推进介质储存在储存装置中，大部分推进介质以液态存在，少量推进介质经气化以气态存在，打开第一控制阀，储存装置中的部分液态推进介质和/或部分气态推进介质以一定频率周期性的通入气化单元内，推进介质在第一单元内升温到设定温度并在此温度下完全气化，推进介质少量多次的进入气化单元内，以预加热的方式以小功率使推进介质完全气化；根据空间飞行器所需的推力计算稳压单元内需要达到的压力值，打开调节件，气化单元内的气态推进介质进入稳压单元内，当稳压单元内的压力达到目标值时，关闭调节件，此时稳压单元内的压力不再变化，最后，重新打开调节件，打开第二控制阀，并启动推力装置，气化单元持续向稳压单元内输送气态推进介质，稳压单元内的推进介质经推力装置喷出产生推力，且流经调节件的推进介质和经推力装置喷出的推进介质的流向相同，因此稳压单元内的压力恒定，推力装置产生的推力的也是恒定的，当系统需要不同的推力值时，根据新的所需推力计算稳压单元内的压力，调整调节件的开启度，即可改变稳压单元内的压力进而获得不同的推力。

可见，调节件开启度可以连续可调，能够保证稳压单元内的压力值可以在一定范围内任意设定，因此，系统可以获得可变推力，能够避免在寿命末期飞行器以落压方式运行，还可以满足整星粗略变轨时间，还可以满足变轨精度高、推力要求小的需求，以预加热的方式对推进介质进行加热达到完全气化状态，系统运行可靠性更高，应用范围更广。

本申请提供的飞行器，包括上述所述的可变推力推进系统，因而，通过调整调节件的开启度能够控制第二稳压单元内的压力，进而能够获得可变推力，使得飞行器在寿命末期能够正常运行，安全可靠，应用范围广。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，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获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的可变推力推进系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的可变推力推进系统的又一结构示意图；

图3为本申请实施例提供的推力改变方法的流程图；

图4为本申请实施例提供的推力改变方法的又一流程图。

附图标记：

1-储存装置，2-气化单元，201-气化室，202-加热装置，3-稳压单元，4-调节件，5-推力装置，6-第一检测装置，7-第二检测装置， 8-第一控制阀，9-第二控制阀。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和显示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。

基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面参照图1至图4描述根据本申请一些实施例所述的可变推力推进系统及飞行器。

参见图1和图2所示，本申请的实施例提供了一种可变推力推进系统，包括：储存装置1、气化单元2、稳压单元3、调节件4以及推力装置5；其中，储存装置1能够通过第一控制阀8向气化单元2 周期性输送推进介质；气化单元2用于使进入其内的推进介质在设定温度下达到完全气化状态，并通过调节件4输送至稳压单元3，且调整调节件4的开启度能够调整进入稳压单元3内的推进介质的量；稳压单元3用于使其内的推进介质达到设定压力，并通过第二控制阀9 输送至推力装置5；推力装置5能够向外喷出推进介质，并产生推力。

本申请提供的可变推力推进系统，包括：储存装置1、气化单元 2、稳压单元3、调节件4以及推力装置5；其中，储存装置1、气化单元2、调节件4、稳压单元3以及推力装置5顺次相连接，使得储存装置1内的推进介质能够在气化单元2、调节件4以及稳压单元3 内流通，最后经推力装置5的喷管喷出，产生推力，为空间飞行器提供动力，且通过第一控制阀8设置在储存装置1与气化单元2之间管路的通断，并通过控制第一控制阀8周期性开启或关闭使得储存装置 1内的推进介质能够周期性的进入气化单元2内，通过调整调节件4 的开启度能够调整进入稳压单元3内的推进介质的量，使得推进介质能在稳压单元3内能够达到预定压力值后，经推力装置5喷出产生推力。

具体地，本可变推力推进系统在使用时，推进介质储存在储存装置1中，大部分推进介质以液态存在，少量推进介质经气化以气态存在，打开第一控制阀8，储存装置1中的部分液态推进介质和/或部分气态推进介质以一定频率周期性的通入气化单元2内，推进介质在第一单元内升温到设定温度并在此温度下完全气化，推进介质少量多次的进入气化单元2内，以预加热的方式以小功率使推进介质完全气化；根据空间飞行器所需的推力计算稳压单元3内需要达到的压力值，打开调节件4，气化单元2内的气态推进介质进入稳压单元3内，当稳压单元3内的压力达到目标值时，关闭调节件4，此时稳压单元 3内的压力不再变化，最后，重新打开调节件4，打开第二控制阀9，并启动推力装置5，气化单元2持续向稳压单元3内输送气态推进介质，稳压单元3内的推进介质经推力装置5喷出产生推力，且流经调节件4的推进介质和经推力装置5喷出的推进介质的流向相同，因此稳压单元3内的压力恒定，推力装置5产生的推力的也是恒定的，当系统需要不同的推力值时，根据新的所需推力计算稳压单元3内的压力，调整调节件4的开启度，即可改变稳压单元3内的压力进而获得不同的推力。

可见，调节件4开启度可以连续可调，能够保证稳压单元3内的压力值可以在一定范围内任意设定，因此，系统可以获得可变推力，能够避免在寿命末期飞行器以落压方式运行，还可以满足整星粗略变轨时间，还可以满足变轨精度高、推力要求小的需求，以预加热的方式对推进介质进行加热达到完全气化状态，系统运行可靠性更高，应用范围更广。

其中，可选地，对于飞行器的姿态控制具有同样的道理，因此本可变推力推进系统通过改变推力还能够改变飞行器的运行姿态。

其中，可选地，气化单元2以及稳压单元3均为现有技术中常见的稳压器，当然，不仅限于此。

其中，可选地，储存装置1为现有技术中常见的贮箱，当然，不仅限于此。

其中，可选地，推进介质为现有技术常见的液态介质，如液氮、液态氨，当然，不仅限于此，本领域技术人员完全能够理解，在此不再赘述。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图1所示，气化单元2 包括气化室201以及加热装置202；加热装置202用于对气化室201 的内部空间进行加热。

在该实施例中，气化单元2的内部中空形成气化室201，加热装置202对气化室201内部空间进行预加热，使得气化室201内温度升高至设定温度，储存装置1内的推进介质可能以液态或气态或二者均有的状态进入气化室201内，推进介质在气化室201内升温达到完全气态后进入稳压单元3内。

其中，可选地，计算推进介质在气化室201设定温度下的饱和蒸气压，保证气化室201内的压力小于推进介质在该设定温度下的饱和蒸气压能够保证气化室201内的推进介质完全气化。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图1和图2所示，加热装置202设置在气化室201的外部；或者加热装置202设置在气化室 201的内部。

在该实施例中，加热装置202不限于设置在气化室201的内部或者外部，当加热装置202设置在气化室201的内部时可直接对气化室 201的内部空间以及置于其内的推进介质进行加热，加热效果更好，热源利用率高；当加热装置202设置在气化室201的外部时，可设置在气化单元2的外壳与气化室201之间，也可以设置在气化室201 外壳的外表面上，使得气化室201的各个壁面均能受热，使得气化室 201内部空间受热均匀。

其中，可选地，加热装置202为现有技术中常见的加热器，本领域技术人员完全可以理解，在此不再赘述。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图2所示，气化单元2 还包括第一检测装置6；第一检测装置6用于检测气化室201内的压强。

在该实施例中，第一检测装置6设置在储存装置1与气化单元2 之间的管路上，储存装置1与气化单元2相连通，通过测量两者之间的管路内的压力值，即可得到气化室201内的压力值，将第一压力检测装置检测显示的压力值与推进介质在气化室201内的设定温度下的饱和蒸气压的差值，能够判断出气化室201内的推进介质是否完全气化。

其中，可选地，第一检测装置6为现有技术中常见的气体压力传感器，当然不仅限于此。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图2所示，稳压单元3 还包括第二检测装置7；第二检测装置7用于检测稳压单元3内的压强。

在该实施例中，第二检测装置7设置在调节件4与稳压单元3 之间的管路上，用于测量并显示稳压单元3内的压力，根据所需推力计算出稳压单元3内的预定压力值，当稳压单元3内部达到预定压力值可开启推力装置5喷出推进介质产生推力。

此外，稳压单元3内部中空，形成稳压室，通过配置气化室201 以及气化室，两者通过调节件4连接，只要检测气化室201与稳压室内的压力，就可以调整工作状态，满足系统要求，这样就对气化室 201的压力要求降低了，系统鲁棒性更好。

其中，可选地，第二检测装置7为现有技术中常见的气体压力传感器，当然不仅限于此。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图1和图2所示，调节件 4为比例阀。

在该实施例中，通过配置比例阀，代替现有技术常用的减压阀，俄日比例阀的开启度连续可调，因而保证稳压室的压力值可以在一定范围内任意设定，因此，系统可以获得可变推力，而不是简单的落压方式，这样系统推力更加精确，对整星更加有益。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图2所示，第一控制阀8 为脉冲电磁阀。

在该实施例中，通过向第一控制阀8输入脉冲信号的方式周期性间歇控制第一控制阀8的通断，使得储存装置1内的推进介质周期性进入气化单元2内，经过预热的气化单元2对推进介质加热，避免一次性流入大量推进介质，需要大功率加热且加热时间长。

其中，可选地，对第一控制阀8输入脉冲信号的时间范围为 10ms-30ms，当然，不仅限于此，根据气化室201内的体积以及已有压力对调整脉冲信号的时间以及个数。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图2所示，第二控制阀9 为电磁阀。

在该实施例中，打开第二控制阀9，推力介质进入推力装置5并从推力装置5的喷管喷出，产生推力。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图1所示，推力装置5 为推力器。

在该实施例中，推力装置5为现有技术中常见的推力器，为飞行器中重要组成器件，本领域技术人员完全可以理解，在此不再赘述。

如图3所示，本申请的实施例还提供一种推力改变方法，包括以下步骤：

S10、启动加热装置202，对气化单元2的气化室201进行预加热，使气化室201内的温度升高至设定温度；

S20、打开第一控制阀8，向气化室201内通入推进介质，并使气化室201内的推进介质在设定温度下达到完全气化状态；

S30、打开调节件4，气化室201内气态的推进介质进入稳压单元3内，当稳压单元3内的压力达到预定值时关闭调节件4；

S40、当需要获得推力时，在此开启调节件4，并将调节件4保持持续开启状态，打开第二控制阀9，稳压单元3内的推进介质从推力装置5喷出并产生推力，且通过调节件4的推进介质与通过第二控制阀9的推进介质的流量相同，可获得稳定推力；

S50、当需要改变推力值时，调整调节件4的开启度，调节进入稳压单元3内的推进介质的量，进而改变推力装置5喷出的推进介质的量即可获得不同大小的推力。

在该实施例中，加热装置202对气化室201内部空间进行预加热，使得气化室201内温度升高至设定温度，储存装置1内的推进介质进入气化室201内，升温达到完全气态后开启调节件4，气态推进介质即可进入稳压单元3内，根据所述推力值计算稳压单元3内的压力值，当稳压单元3内的压力达到计算出的目标值时，打开第二控制阀9，推进介质进入推力装置5内并从其喷管喷出产生推力，当稳压单元3 内的压力偏移目标值时，调整调节件4的开启度，向稳压单元3通入适量推进介质增大稳压单元3内的压力至目标值，即根据稳压单元3内的压力变化湿度调整调节件4的开启度即可调节稳压单元3内的压力，进而调整推力装置5产生的推力，使推力装置5能够产生可变推力。

如图4所示，本申请的实施例提供的推力改变方法，步骤S10 与S20之间还包括：S100、对第一控制阀8输入脉冲控制信号，储存装置1内的推进介质周期性通入气化单元2内。

在该实施例中，通过向第一控制阀8输入脉冲信号的方式周期性间歇控制第一控制阀8的通断，使得储存装置1内的推进介质周期性进入气化单元2内，经过预热的气化单元2对推进介质加热，以较小的功率进行加热即可是气化单元2内的推进介质达到完全气化状态，安全性更高，还能够缩短加热时间。

本申请的实施例提供的推力改变方法，步骤S20与S30之间还包括：

S200、使用第一检测装置6检测气化室201内的压力；

步骤S30与S40之间还包括：

S300、使用第二检测装置7检测稳压单元3内的压力。

通过第一检测装置6检测到的压力与推进介质在气化室201内设定温度下的饱和蒸气压对比，要求气化室201内的压力小于推进介质在该设定温度下的饱和蒸气压，可保证推进介质在该设定温度下处于完全气化状态；

根据所需推力计算稳压单元3内应达到的压强，通过第二检测装置7检测并可读取稳压单元3内的压力，根据压力变化调整调节件4 的开启度，可使得在需要稳定推力时稳压单元3内压力稳定，进而获得稳定推力。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种可变推力推进系统，其特征在于，包括：储存装置、气化单元、稳压单元、调节件以及推力装置；

其中，所述储存装置能够通过第一控制阀向所述气化单元周期性输送推进介质；

所述气化单元用于使进入其内的所述推进介质在设定温度下达到完全气化状态，并通过所述调节件输送至所述稳压单元，且调整所述调节件的开启度能够调整进入所述稳压单元内的推进介质量；

所述稳压单元用于使其内的推进介质达到设定压力，并通过第二控制阀输送至所述推力装置；

所述推力装置能够向外喷出所述推进介质，并产生推力。

2.根据权利要求1所述的可变推力推进系统，其特征在于，所述气化单元包括气化室以及加热装置；所述加热装置用于对所述气化室的内部空间进行加热。

3.根据权利要求2所述的可变推力推进系统，其特征在于，所述加热装置设置在所述气化室的外部；

或者所述加热装置设置在所述气化室的内部。

4.根据权利要求2所述的可变推力推进系统，其特征在于，所述气化单元还包括第一检测装置；所述第一检测装置用于检测所述气化室内的压强。

5.根据权利要求3所述的可变推力推进系统，其特征在于，所述稳压单元还包括第二检测装置；所述第二检测装置用于检测所述稳压单元内的压强。

6.根据权利要求1所述的可变推力推进系统，其特征在于，所述调节件为比例阀。

7.根据权利要求1所述的可变推力推进系统，其特征在于，所述第一控制阀为脉冲电磁阀。

8.根据权利要求1所述的可变推力推进系统，其特征在于，所述第二控制阀为电磁阀。

9.根据权利要求1所述的可变推力推进系统，其特征在于，所述推力装置为推力器。

10.一种飞行器，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的可变推力推进系统。

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