CN214741881U - 星用绿色高能无毒推力器用高温一体化铠装加热器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种星用绿色高能无毒推力器用高温一体化铠装加热器，属于铠装加热器件技术领域。所述的一体化铠装加热器为环形结构，内壁尺寸与催化床尺寸配合，加热器包括三个部分：工作段、过渡段和引出段；其所述工作段是主要的发热和热传导部分，工作段包括双路发热体、铠装壳体、发热体骨架和陶瓷粉末。其所述发热体材料为PtRh合金，通过密绕成为螺旋状发热体。其所述一体化铠装加热器中具有两路螺旋状发热体，其中包括一路高功率发热体和一路低功率发热体；所述高功率发热体额定功率可达30W，低功率发热体额定功率为3W，当催化床需要快速升温时，两路同时工作保证床身温度，当需要低温保持时，仅低功率器件进行工作，节省星上能源。
Description
技术领域
本实用新型涉及铠装加热器件技术领域，具体涉及一种星用绿色高能无毒推力器用高温一体化铠装加热器。
背景技术
在卫星中，绿色推力器以其安全无毒等优势逐步替代了肼推力器，然而在绿色推力器在使用的过程中也面对很多问题，例如，绿色推进剂(二硝酰胺铵和硝酸羟胺)的预热温度较高，推进剂的普遍预热温度都要达到350℃以上；其次，绿色推进剂的燃烧温度均在1500℃以上，燃温的提高使得推力器其他部件(推力室、催化剂、铠装加热器等)使用条件发生了改变，推力室及催化剂为单一材料，仅需改变形质即可，而铠装加热器是由复杂组件构成，使用情况的改变增加了加热器的研制难度。受限于铠装加热器的加热效率和耐温程度，目前航天部门只能通过在绿色推进剂中加入水的方法来降低推力器的点火温度，以降低比冲的方式换取绿色推进剂使用的可能。为了提高绿色推力器的工作效率，高温铠装加热器的研制势在必行。
加热器按照结构可以分为两类，分别是铠装加热器和铠装加热丝，前者具有更高的器件阻值、器件发热稳定，但结构相对复杂，后者结构简单、可以随意扭转，但发热丝容易与壁面接触，导致器件工作时过早失效。在高温加热器方面，主要以铠装加热丝为主，例如，专利号201420798031.1和专利号201510153525.3所涉及的铠装加热器是一种高功率加热装置，该器件阻值较小，且没有进行过渡引出设计，器件的引出部分会占用器件的发热功率，使加热器的发热功率不集中；同时，上述专利所涉及的加热器，内部使用陶瓷粉末作为填充，粉末未经过烧结，强度和致密度较低，发热丝容易与壁面接触。法国的THERMOCOAX公司也采用铠装加热丝结构研制出了能够耐受1400℃的加热器。目前为止，高温加热器都采用铠装加热丝结构，而铠装加热器结构的高温器件较少。由于铂铑合金强度低，拉伸曲线中弹性区域面积较小，合金丝容易在低应力下发生塑性变形，多次塑性弯折后导致发热丝断裂，因此目前以铂铑合金作为发热丝的铠装加热器鲜有报道。
实用新型内容
针对现有技术中存在的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种星用绿色高能无毒推力器用高温一体化铠装加热器，该加热器结构紧凑，安装方便；优化的过渡引出工艺使加热功率更加集中，保证器件稳定运行。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
一种星用绿色高能无毒推力器用高温一体化铠装加热器，其为环形筒状结构，内壁尺寸与催化床尺寸相配合；该加热器包括工作段、过渡段和引出段三部分；所述工作段是主要的发热和热传导部分，工作段包括双路发热体、铠壳、发热体骨架和陶瓷粉末，其中：所述双路发热体包括布置于内侧的第一路发热体和布置于外侧的第二路发热体，第一路发热体沿催化床轴向在催化床外周面上连续往复铺排，第二路发热体沿催化床轴向在第一路发热体外周面上连续往复铺排；所述过渡段包括过渡线、薄壁铠管和过渡线骨架组成；所述引出段包括外套管、固封材料和引出线。
所述第一路发热体和第二路发热体均是由PtRh合金丝通过密绕形成的螺旋状发热体，第一路发热体为高功率发热体，第二路发热体为低功率发热体；所述高功率发热体额定功率可达30W，低功率发热体额定功率为3W，当催化床需要快速升温时，两路同时工作保证床身温度，当需要低温保持时，仅低功率器件进行工作，以节省星上能源。
所述第一路发热体和第二路发热体分别穿装于发热体骨架之内，双路发热体的发热体骨架由其外部设置的铠装壳体进行保护；所述发热体、发热体骨架和铠装壳体之间的空隙由陶瓷粉末进行填充，以保证组件间相对位置固定。
所述铠装壳体材料为PtRh合金，用以在空间环境中保护器件内部各组件；所述发热体骨架材料为α-Al2O3，为发热体提供必要的支撑和绝缘。
所述过渡段中，过渡线穿装于过渡线骨架之中，过渡线骨架外套装薄壁铠管；所述发热体的引出端与所述过渡线采用点焊方式连接。
所述第一路发热体和第二路发热体各具有两个引出端，每一路发热体的两个引出端分别连接两根过渡线，每一路发热体连接的两根过渡线穿装于一个过渡线骨架之中，再套装薄壁铠管保护。
所述过渡线为金属Pt丝，丝径为所连接发热体丝径的1.5倍，保证功率集中于工作段部分；所述薄壁铠管的壁厚为0.1-0.15mm，在保持一定强度基础上能够降低热量向电源、阀体端的传导。
所述引出段中，每一路发热体连接的两根过渡线各连接一根外引线，两个连接点外套装一个外套管进行保护；外套管内的空隙内填充固封材料。
所述外套管的材质为Ni80Cr20合金，固封材料为环氧树脂，二者用以保证器件内部组件相对位置；所述引出线用以连接功率部分和电源部分，保证器件稳定运行。
在无包覆的情况下，本实用新型加热器能够将处于低温背景环境中的催化床预热至400℃以上，同时能够耐受推力器点火时1500℃的推进剂燃烧温度。
本实用新型与现有专利技术相比，具有以下有益效果：
(1)器件的发热体为铂铑螺旋结构，单位长度上阻值更大；
(2)一体化铠装加热器结构更加紧凑，安装更为方便；
(3)采用过渡引出工艺，使加热功率更加集中。
附图说明
图1为星用绿色高能无毒推力器用高温一体化铠装加热器整体结构；
图2为本实用新型铠装加热器与催化床组装结构示意图；
图3为本实用新型铠装加热器工作段结构示意图；
图4为本实用新型铠装加热器引出段结构示意图。
图中：100-工作段；101-铠装壳体；102-发热体骨架(α-Al2O3)；103-陶瓷粉末；104-发热体；200-过渡段；201-过渡线；202-过渡线骨架(α-Al2O3)；203-薄壁铠管；300-引出段；301-外套管；302-环氧树脂；303-外引线；4-催化床。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步说明，本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例1
如图1-4所示为本实用新型星用绿色高能无毒推力器用高温一体化铠装加热器，其为环形筒状结构，内壁尺寸与催化床4尺寸相配合；该加热器包括工作段100、过渡段200和引出段300三个部分。
所述工作段是主要的发热和热传导部分，工作段包括主要发热部件双路发热体104、铠装壳体101、发热体骨架102和陶瓷粉末103，其中：所述双路发热体包括布置于内侧的第一路发热体和布置于外侧的第二路发热体，第一路发热体沿催化床轴向在催化床外周面上连续往复铺排，第二路发热体沿催化床轴向在第一路发热体外周面上连续往复铺排；所述第一路发热体和第二路发热体均为PtRh合金材质，PtRh合金丝经过卷绕、除污后加工成螺旋状发热体，螺旋状发热体具有电阻密度高、发热集中、热容大等特点，是最为理想的发热体结构。第一路发热体为高功率发热体(丝径0.18mm)，工作阻值为39Ω，额定功率30W；第二路发热体为低功率发热体(丝径0.13mm)，工作阻值为98Ω，额定功率3W；高功率发热体与低功率发热体可同时工作也可单独使用，当催化床需要快速升温时，两路同时工作保证床身温度，当需要低温保持时，仅低功率器件进行工作，以节省星上能源。
所述第一路发热体和第二路发热体分别穿装于α-Al2O3发热体骨架之内，发热体骨架为发热体提供必要的支撑和绝缘，α-Al2O3为高温1300℃～1350℃高温烧结Al2O3粉末形成，具有优异的耐温、强度和耐热震性能，尤其是在1500℃的高温环境中，仍然具有较高的介电性能，从而保证器件电性能良好。双路发热体的发热体骨架安装于PtRh合金铠装壳体之中，铠装壳体用以在空间环境中保护器件内部各组件，防止卫星在轨期间内部组件受到空间辐射、氧原子(AO)撞击以及太空碎片冲击等的影响；所述发热体、发热体骨架和铠装壳体之间的空隙由陶瓷粉末进行填充，以保证组件间相对位置固定，提高器件整体抗震性能，固定三者之间的相对位置。所述陶瓷粉末是由Al2O3与SiO2粉末按照1：1的重量比例混合而成。
所述过渡段包括过渡线201、薄壁铠管203和过渡线骨架202组成；工作段的铠装壳体后端焊接薄壁铠管。所述过渡段中，过渡线穿装于过渡线骨架之中，过渡线骨架外套装薄壁铠管；所述发热体的引出端与所述过渡线采用点焊方式连接。
所述第一路发热体和第二路发热体各具有两个引出端，每一路发热体的两个引出端分别连接两根过渡线，每一路发热体连接的两根过渡线穿装于一个过渡线骨架之中，再套装薄壁铠管保护。所述过渡线为金属Pt丝，丝径为所连接发热体丝径的1.5倍，保证功率集中于工作段部分；所述薄壁铠管为α-Al2O3，管壁厚为0.1-0.15mm，薄壁铠管的管壁厚度优选约为铠装壳体壁厚的15％，在保持一定强度基础上能够降低热量向电源、阀体端的传导。所述过渡线、过渡线骨架和薄壁铠管之间的空隙由陶瓷粉末进行填充，所述陶瓷粉末是由Al2O3与SiO2粉末按照1：1的重量比例混合而成。
所述引出段包括外套管301、固封材料和外引线303；所述引出段中，每一路发热体连接的两根过渡线各连接一根外引线，两个连接点外套装一个外套管301进行保护；外套管内的空隙内填充固封材料。
所述外套管的材质为Ni80Cr20合金，固封材料为环氧树脂302，二者用以保证器件内部组件相对位置，防止焊点处出现应力集中；所述引出线用以连接功率部分和电源部分，加热器为四线引出，使两路螺旋发热体与电源相连，保证器件稳定运行。
本实用新型的一体化铠装加热器，发热体和外引线间采用过渡引出设计，使器件的加热功率集中于工作部分。器件外引线分别由两个薄壁铠管引出，器件共由四个外引线与星用电源相连。
在无包覆的情况下，本实用新型加热器能够将处于低温背景环境中的催化床预热至400℃以上，同时能够耐受推力器点火时1500℃的推进剂燃烧温度。
上述实施例仅为本实用新型的优选实施例，并非对本实用新型保护范围的限制，但凡采用本实用新型的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而做出的变化，均应属于本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种星用绿色高能无毒推力器用高温一体化铠装加热器，其特征在于：该一体化铠装加热器为环形筒状结构，内壁尺寸与催化床尺寸相配合；该加热器包括工作段、过渡段和引出段三部分；所述工作段是主要的发热和热传导部分，工作段包括双路发热体、铠装壳体、发热体骨架和陶瓷粉末，其中：所述双路发热体包括布置于内侧的第一路发热体和布置于外侧的第二路发热体，第一路发热体沿催化床轴向在催化床外周面上连续往复铺排，第二路发热体沿催化床轴向在第一路发热体外周面上连续往复铺排；所述过渡段包括过渡线、薄壁铠管和过渡线骨架组成；所述引出段包括外套管、固封材料和引出线。
2.根据权利要求1所述的星用绿色高能无毒推力器用高温一体化铠装加热器，其特征在于：所述第一路发热体和第二路发热体均是由PtRh合金丝通过密绕形成的螺旋状发热体，第一路发热体为高功率发热体，第二路发热体为低功率发热体；所述高功率发热体额定功率可达30W，低功率发热体额定功率为3W，当催化床需要快速升温时，两路同时工作保证床身温度，当需要低温保持时，仅低功率器件进行工作，以节省星上能源。
3.根据权利要求2所述的星用绿色高能无毒推力器用高温一体化铠装加热器，其特征在于：所述第一路发热体和第二路发热体分别穿装于发热体骨架之内，双路发热体的发热体骨架由其外部设置的铠装壳体进行保护；所述发热体、发热体骨架和铠装壳体之间的空隙由陶瓷粉末进行填充，以保证组件间相对位置固定。
4.如权利要求1或3所述的星用绿色高能无毒推力器用高温一体化铠装加热器，其特征在于：所述铠装壳体材料为PtRh合金，用以在空间环境中保护器件内部各组件；所述发热体骨架材料为α-Al2O3，为发热体提供必要的支撑和绝缘。
5.如权利要求3所述的星用绿色高能无毒推力器用高温一体化铠装加热器，其特征在于：所述过渡段中，过渡线穿装于过渡线骨架之中，过渡线骨架外套装薄壁铠管；所述发热体的引出端与所述过渡线采用点焊方式连接。
6.如权利要求5所述的星用绿色高能无毒推力器用高温一体化铠装加热器，其特征在于：所述第一路发热体和第二路发热体各具有两个引出端，每一路发热体的两个引出端分别连接两根过渡线，每一路发热体连接的两根过渡线穿装于一个过渡线骨架之中，再套装薄壁铠管保护。
7.如权利要求5或6所述的星用绿色高能无毒推力器用高温一体化铠装加热器，其特征在于：所述过渡线为金属Pt丝，丝径为所连接发热体丝径的1.5倍，保证功率集中于工作段部分；所述薄壁铠管的壁厚为0.1-0.15mm。
8.如权利要求1所述的星用绿色高能无毒推力器用高温一体化铠装加热器，其特征在于：所述引出段中，每一路发热体连接的两根过渡线各连接一根外引线，两个连接点外套装一个外套管进行保护；外套管内的空隙内填充绝缘固封材料。
9.如权利要求8所述的星用绿色高能无毒推力器用高温一体化铠装加热器，其特征在于：所述外套管的材质为Ni80Cr20合金，绝缘固封材料为环氧树脂。
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Yang Xiaoguang Inventor after: Zhang Zuo Inventor after: Huang Xiaohui Inventor after: Hou Sihan Inventor after: Duan Deli Inventor after: Zhang Ronglu Inventor after: Li Shu Inventor after: Wang Peng Inventor after: Li Mingyang Inventor after: Yu Chenglong Inventor after: Kang Xiaopeng Inventor before: Yang Xiaoguang Inventor before: Zhang Zuo Inventor before: Huang Xiaohui Inventor before: Hou Sihan Inventor before: Duan Deli Inventor before: Zhang Ronglu Inventor before: Li Shu Inventor before: Wang Peng Inventor before: Li Mingyang Inventor before: Yu Chenglong Inventor before: Kang Xiaopeng |
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