CN218413294U - 压电节流阀及卫星用电推进流量控制装置 - Google Patents

Abstract

压电节流阀及卫星用电推进流量控制装置，涉及航天卫星电推进流量稳定控制技术领域。本实用新型是为了解决电推进的供气系统中的节流元件存在响应慢、功耗高、体积大、发热量大且调节精度低的问题。本实用新型所述的压电节流阀，包括：压电陶瓷和外壳，所述压电陶瓷为圆柱形，所述外壳为圆筒形，所述外壳同轴套接在所述压电陶瓷外、且二者之间留有空隙，所述空隙为工质气体的流通通道。利用压电材料的逆压电效应，在外加电场的作用下发生体积变形，且这种形变具有纳米级的精确分辨特点，因此能够用于精确控制节流元件的通流面积，进而实现对微流量的高稳定精确控制。

Description

压电节流阀及卫星用电推进流量控制装置

技术领域

本实用新型属于航天卫星电推进流量稳定控制技术领域。

背景技术

随着人类对宇宙空间的探索进一步深入，空间任务正向着多元化发展，具有高比冲、高稳定、推力连续可调等优势的电推进系统应运而生，并在卫星的姿态控制、轨道转移以及科学研究中广泛应用。

电推进一般采用惰性气体氙和氪作为推进工质，需要从较高的压力转换成一个稳定的微小流量，而且这个微小流量还不能随着气瓶内的压力下降而改变，因此传统的减压系统一般采用电磁阀组成的Bang-Bang系统。这种系统通过毫秒级的控制和阀门的快速开关，把高压气体做一个微小体积的分离，然后流通到下游的大容腔内，实现高气压的压力降低。进一步采用流量控制模块中的节流元件实现微小流量的精确控制并供给电推力器的阳极、阴极或中和器。

电推进的供气系统属于高精度流体控制领域，其性能的优劣对推力器的推力精度调节、可靠性以及寿命具有重要影响。供气系统中核心部件为节流元件，常见的节流元件诸如毛细管型和多孔金属型一般具有响应慢的缺点，而电磁比例阀型又具有功耗高、体积大、发热量大的特点，与电推进系统的高比冲优势相违背，同时大的发热量还会导致流量调节精度下降，因此开发一种可用于航天卫星电推进的低能耗微流量高稳定控制方案具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型是为了解决电推进的供气系统中的节流元件存在响应慢、功耗高、体积大、发热量大且调节精度低的问题，现提供压电节流阀及卫星用电推进流量控制装置。

压电节流阀，包括：压电陶瓷1和外壳2，压电陶瓷1为圆柱形，外壳2为圆筒形，外壳2同轴套接在压电陶瓷1外、且二者之间留有空隙3，空隙3为工质气体的流通通道。

进一步的，上述压电陶瓷1的两端均设有金属垫片4，金属垫片4包括圆片和外环，圆片固定在压电陶瓷1的端部、且二者直径相等，外环固定在外壳2端部、且二者环径相等。

进一步的，上述外壳2为金属外壳。

卫星用电推进流量控制装置，包括上述压电节流阀和两个孔板式节流器，压电节流阀的一端与气源连通，压电节流阀的另一端分别与两个孔板式节流器的进气口连通，两个孔板式节流器的出气口分别用于与阴极和推力器的进气口连通。

进一步的，上述卫星用电推进流量控制装置还包括电磁阀，压电节流阀的一端通过电磁阀与气源连通。

与现有流量控制技术相比，本实用新型的有益效果为：

利用压电材料的逆压电效应，在外加电场的作用下发生体积变形，且这种形变具有纳米级的精确分辨特点，因此能够用于精确控制节流元件的通流面积，进而实现对微流量的高稳定精确控制。进一步的，由于压电陶瓷的形变对电压的响应极快，使得本实用新型对流量的控制具有很好的响应速度。同时，本实用新型结构简单，可靠性高，当流量静态输出时，压电陶瓷的体形变几乎为零，因此不会耗费能量，具有低能耗的优势。

本实用新型能够应用于航天卫星电推进的微流量高稳定控制。

附图说明

图1为压电节流阀的结构示意图；

图2为金属垫片的结构示意图；

图3为卫星用电推进流量控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

具体实施方式一：参照图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的压电节流阀，包括：压电陶瓷1、外壳2和两片金属垫片4。

压电陶瓷1为圆柱形。外壳2为金属材料的圆筒形外壳。外壳2同轴套接在压电陶瓷1外、且二者之间留有空隙3。空隙3作为工质气体的流通通道。

金属垫片4包括圆片和外环。两片圆片分别固定在压电陶瓷1的两端，且压电陶瓷1的端部直径与圆片直径相等。两片外环分别固定在外壳2的两端，且外环的环径与外壳2的端部环径相等。

本实施方式中，金属垫片4用于给压电陶瓷1施加一定的电压，从而改变压电陶瓷1的体积，使得空隙3的空间得到改变，最终实现工质气体流通通道空间的变化。

本实施方式利用压电材料的逆压电效应，在外加电场的作用下发生体积变形，且这种形变具有纳米级的精确分辨特点，因此能够用于精确控制节流元件的通流面积，进而实现对微流量的高稳定精确控制。同时，由于压电陶瓷的体形变对电压的响应极快，使得该压电节流阀对流量的控制具有很好的响应速度。综上所述，本实施方式结构简单，可靠性高，当流量静态输出时，压电陶瓷的形变几乎为零，因此不会耗费能量，具有低能耗的优势。

具体实施方式二：参照图3具体说明本实施方式，本实施方式的卫星用电推进流量控制装置，包括：具体实施方式一的压电节流阀、电磁阀和两个孔板式节流器。

压电节流阀的一端通过电磁阀与气源连通。电磁阀用于控制流量的通断。

压电节流阀的另一端分别与两个孔板式节流器的进气口连通，两个孔板式节流器的出气口分别用于与阴极和推力器的进气口连通，用于阴极、推力器的不同流量分配。

本实施方式中，压电节流阀的两端分别作为进气口和出气口。工质气体经过电磁阀的通断控制后沿进气口的方向流入由空隙3构成的流通通道。电源控制器通过金属垫片4给压电陶瓷1施加一定的电压，直接利用压电陶瓷1的逆压电效应在外加场强的作用下发生精确体积形变，进而改变流通通道的通流空间，实现流量的精确稳定控制。节流后的气体沿出气口方向分别进入两个孔板式节流器，进行不同流量的分配，供给阴极和推力器等电推进系统。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本实用新型，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本实用新型的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本实用新型的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例中。

Claims (5)

1.压电节流阀，其特征在于，包括：压电陶瓷(1)和外壳(2)，

所述压电陶瓷(1)为圆柱形，所述外壳(2)为圆筒形，所述外壳(2)同轴套接在所述压电陶瓷(1)外、且二者之间留有空隙(3)，所述空隙(3)为工质气体的流通通道。

2.根据权利要求1所述的压电节流阀，其特征在于，所述压电陶瓷(1)的两端均设有金属垫片(4)，所述金属垫片(4)包括圆片和外环，所述圆片固定在所述压电陶瓷(1)的端部、且二者直径相等，所述外环固定在所述外壳(2)端部、且二者环径相等。

3.根据权利要求1或2所述的压电节流阀，其特征在于，所述外壳(2)为金属外壳。

4.卫星用电推进流量控制装置，其特征在于，包括：如1至3任一权利要求所述的压电节流阀和两个孔板式节流器，

所述压电节流阀的一端与气源连通，所述压电节流阀的另一端分别与所述两个孔板式节流器的进气口连通，所述两个孔板式节流器的出气口分别用于与阴极和推力器的进气口连通。

5.根据权利要求4所述的卫星用电推进流量控制装置，其特征在于，还包括电磁阀，

所述压电节流阀的一端通过所述电磁阀与气源连通。

Images