本發(fā)明涉及一種推進裝置。
背景技術：
：微納衛(wèi)星由于其成本低、重量輕、發(fā)射形式靈活等優(yōu)點，開始被國際航天界所關注，并迅速發(fā)展起來，根據SpaceWorks咨詢公司的評估，預計未來市場每年對50kg以下微納衛(wèi)星的需求超過400顆。通過編隊組網等構建分布式空間系統(tǒng)，可用于空間環(huán)境探測、戰(zhàn)術偵查與通信增強等主流宇航業(yè)務，同時，發(fā)展高能量、高精度、高通信量、高處理量、高機動性的單顆高品質微納衛(wèi)星，也具有較高的應用價值。由于未來空間任務對于軌道控制的需求，以及模塊化的設計、快速組裝等需求，需要發(fā)展模塊化、可預包裝的微推進技術。固體冷氣微推進模塊技術由于其安全性、可長期貯存、貨架式等優(yōu)點，具備發(fā)展高總沖、模塊化、可預包裝的微推進模塊技術的基礎。荷蘭TNO公司(NetherlADNsOrganisationforAppliedScientificResearch)、TU(DelftDelftUniversityofTechnology)、UTwente(UniversityofTwente)三家單位聯(lián)合發(fā)起了T3μPS(TNO，TUDelft，UTwenteMicroPropulsionSystem)研究，成功掌握了冷氣生成器等相關技術。固體冷氣生成器系統(tǒng)能夠有效節(jié)省推進系統(tǒng)體積與質量，并且不需要高壓儲氣結構以及壓力調節(jié)裝置，儲存時間長，無泄漏，不需要高壓裝置，模塊化，易于集成，能夠根據不同的需要集成不同數量的冷氣生成器。但現階段僅有Proba-2號衛(wèi)星和DelfiN3Xt衛(wèi)星進行了飛行試驗。但是該模塊提供的總的產氣量由于采用了顆粒性裝藥，受到了一定的限制。點火采用熱絲直接加熱的方式，效率以及點火可靠性較低，南京理工大學也開展了固體冷氣推進技術研究，其裝藥形式與T3公司相似，產氣率較低，并且氣體潔凈度不容易控制，通過細沙、活性炭等進行過濾，易碎，容易自身產生殘渣，污染氣源。技術實現要素：本發(fā)明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，本發(fā)明提供了一種高總沖固體冷氣微推進裝置，提高了整個推進模塊的總沖量，提高了推進裝置的密封性，并且可以實現多自由度控制。本發(fā)明的技術解決方案是：一種高總沖固體冷氣微推進裝置，包括：氣室、氣室端蓋、穿艙接線板、溫度傳感器、壓力傳感器、冷氣發(fā)生器、微型冷氣推力器；氣室為一端開口的圓筒狀殼體，各微型冷氣推力器的噴口分別安裝在氣室端面中心處、氣室側壁上，噴氣方向分別為：沿氣室軸線且與氣室開口端方向相反、平行于氣室端面向外且沿氣室開口端有分量；氣室端蓋密封氣室開口端，溫度傳感器、壓力傳感器、冷氣發(fā)生器固定在氣室內；微型冷氣推力器、壓力傳感器、溫度傳感器、冷氣發(fā)生器的導線集中連接在穿艙接線板上，穿艙接線板將導線引出至氣室外部的控制驅動模塊，穿艙接線板位于氣室端蓋上。所述微型冷氣推力器中一個微型冷氣推力器的噴口位于氣室端面中心處，噴氣方向沿氣室軸線且與氣室開口端方向相反；兩個微型冷氣推力器的噴口位于氣室側壁且關于過氣室軸線的平面對稱，噴氣方向與氣室端面呈10°～15°的夾角；另兩個微型冷氣推力器的噴口位于氣室側壁上且位于上述兩個微型冷氣推力器的對側，與上述兩個微型冷氣推力器對稱。所述冷氣發(fā)生器為氮氣發(fā)生器、氫氣發(fā)生器或二氧化碳發(fā)生器。所述冷氣發(fā)生器采用圓柱形裝藥，排氣口位置與點火器位于同側，排氣口處裝有過濾精度范圍為10μm～30μm和5μm～10μm的兩層燒結濾網，過濾精度范圍在5μm～10μm的燒結濾網安裝于最外側，冷氣發(fā)生器內推進劑的裝填形式采用澆注形式或自由裝填的形式。所述溫度傳感器、壓力傳感器或冷氣發(fā)生器固定在安裝支撐板上，安裝支撐板固定在氣室端蓋上。還包括加排氣堵頭，安裝在氣室端面上并密封。所述氣室與氣室端蓋連接處的壁厚氣室其余部分壁厚其中，P為工作壓力，Dt為氣室的外徑，[σ]t為許用應力，C為腐蝕余量，為安全系數。所述微型冷氣推力器有5個。本發(fā)明與現有技術相比的優(yōu)點在于：(1)本發(fā)明的采用了密封點少、全封閉式的結構，提高了整個模塊的密封性，所有部件除了控制驅動電路外，其他部件全部集成在氣室內部，導線通過穿艙接線板引出，接線板與氣室端蓋通過電子束焊進行連接，焊縫滿足I級焊縫要求，實現高可靠密封連接，區(qū)別于現階段將發(fā)生器直接連接于外部的方法，提高了整個模塊的氣密性。(2)本發(fā)明的冷氣發(fā)生器采用了柱形裝藥的方式，將圓柱形裝藥一次性裝填到冷氣發(fā)生器內，區(qū)別于現有的冷氣發(fā)生器顆粒裝藥技術，提高了冷氣發(fā)生器的裝藥密度，通過裝填多個冷氣發(fā)生器，提高了固體冷氣微推進模塊的總沖量；并采用了隔熱設計，阻止冷氣發(fā)生器的熱量傳遞到殼體，防止高溫對控制驅動電路的影響。(3)本發(fā)明集成度高，微推進裝置在96mm×96mm×96mm的外廓尺寸內，實現了整個微推進裝置的集成，布置了5臺微型冷氣推力器，通過不同推力器的組合工作，可以實現多自由度控制，集成了控制驅動電路，實現推進系統(tǒng)的即插即用。(4)本發(fā)明為多艙段設計，通過支撐板實現了氣室的一定隔離，將線纜與發(fā)生器艙段進行隔離，降低出口氣體與導線的直接接觸，防止氣體對導線焊點的影響。附圖說明圖1為本發(fā)明的固體冷氣微推進模塊安裝示意圖。圖2為本發(fā)明的微型冷氣推力器布局圖。圖3為本發(fā)明的側面微型冷氣推力器安裝圖。圖4為本發(fā)明的固體冷氣微推進模塊結構仰視圖。圖5為本發(fā)明的固體冷氣微推進模塊結構剖視圖。圖6為本發(fā)明的固體冷氣微推進模塊結構圖。圖7為本發(fā)明的冷氣發(fā)生器示意圖。具體實施方式如圖1～圖6所示，一種高總沖固體冷氣微推進裝置，包括氣室1、氣室端蓋2、控制驅動模塊3、穿艙接線板4、溫度傳感器5、壓力傳感器6、冷氣發(fā)生器7、加排氣堵頭8、多臺微型冷氣推力器10、推力器安裝座11、安裝支撐板12；可以實現即插即用。當需要進行姿軌控時，由控制驅動模塊3驅動冷氣發(fā)生器7進行點火，產生所需要的氮氣注入到模塊的氣室1中。由控制驅動模塊3驅動微型冷氣推力器10組件的微型電磁閥的工作脈寬，實現作用力以及力矩的輸出，同時，由壓力傳感器6、溫度傳感器5實時采集氣室1內的壓力、溫度參數，確定氣室1內氣體量。當壓力低于一定的閾值(1000Pa～0.1MPa)時，控制驅動模塊3驅動下一路的冷氣發(fā)生器7點火工作，氣體再次加注到氣室1內，直至所有的冷氣發(fā)生器7全部用完。如圖7所示，冷氣發(fā)生器7可以采用氮氣發(fā)生器、氫氣發(fā)生器、二氧化碳發(fā)生器等。冷氣發(fā)生器7采用圓柱形裝藥，排氣口位置與點火器位于同側，排氣口處裝有過濾精度范圍為10μm～30μm和5μm～10μm的兩層燒結濾網，過濾精度范圍在5μm～10μm的燒結濾網安裝于最外側，推進劑可以采用澆注形式或者制成圓柱形結構進行自由裝填。微型冷氣推力器10安裝1～5個，可以實現多自由度的控制，微型冷氣推力器10安裝模塊氣室1內。所有發(fā)生器組件安裝在氣室1內。壓力傳感器6、溫度傳感器5安裝在氣室1內。微型冷氣推力器10、壓力傳感器6、溫度傳感器5、冷氣發(fā)生器7等，所有的導線，通過穿艙接線板4將導線引出。穿艙接線板4與控制驅動模塊3通過導線進行連接。氣室1與氣室端蓋2，通過電子束焊進行焊接。本發(fā)明的安裝過程如下：(1)安裝冷氣發(fā)生器7到安裝支撐板12上。冷氣發(fā)生器7外形為圓柱形結構，推進劑采用柱形裝藥，提高裝藥密度，推進劑可采用氮氣、氫氣、二氧化碳等一種發(fā)生劑，點火器自帶螺紋，通過螺紋安裝到安裝支撐板12上。(2)安裝壓力傳感器6。壓力傳感器6通過電子束焊或者O型圈等實現與安裝支撐板12的連接。(3)安裝pt100溫度傳感器5。pt100溫度傳感器5通過電子束焊或者O型圈等實現與安裝支撐板12的連接。(4)穿艙接線板4與氣室端蓋2進行電子束焊。穿艙接線板4與氣室端蓋2進行電子束焊，焊深為0.5mm～1mm，滿足I級焊縫要求。(5)發(fā)生器電裝。通過軟導線實現穿艙接線板與冷氣發(fā)生器7、pt100溫度傳感器5、壓力傳感器6的連接，導線外加裝軟套管等。(6)模塊氣室1安裝多臺微型冷氣推力器10，實現多自由度控制，在推力器安裝氣室1上端安裝1～5臺微型冷氣推力器10。將微型冷氣推力器10安裝到推力器安裝座11上，通過電子束焊將推力器安裝座11安裝到推力器安裝模塊氣室1上，將微型冷氣推力器10的引出導線在氣室端蓋2上通過壓片進行固定。微型冷氣推力器10通過推力器固定螺母9進行鎖緊。微型冷氣推力器10與軸線成一定夾角α(通常α角度范圍為10°～15°)，夠實現如下表所示的多自由度控制。表1多自由度控制所啟動微型冷氣推力器編號表控制自由度微型冷氣推力器編號偏航+XAB偏航-XCD俯仰+YCD(轉90°)俯仰-YAB(轉90°)滾轉AD滾轉CBZ方向正速度ABCDZ方向負速度E(7)安裝支撐板12通過螺釘13實現與氣室端蓋2的連接。(8)氣室1和氣室端蓋2通過電子束焊進行連接。氣室1主體結構采用圓柱形結構，增強其耐壓能力，對安裝氣室端蓋2進行加強，根據壓力通過如下公式計算，通過有限元軟件進行強度應力分析：根據發(fā)生器7工作后，峰值壓力為P，氣室直徑Dt；無焊縫部分的氣室1壁厚計算。假設氣室1受內壓時，其壁面均勻受力，其壁厚Sc為：其中，P為工作壓力，Dt為氣室(1)的外徑，[σ]t為許用應力，C為腐蝕余量；有焊縫部分假設球殼受內壓時，其壁面均勻受力，其壁厚Scw為：其中，為安全系數，取值范圍為1.5～2。焊接深度需要高于壁厚Sc，焊縫滿足I級焊縫要求。(9)控制驅動模塊3與穿艙接線板4通過導線進行連接。氣室1等完成電子束焊焊接后，通過導線實現控制驅動模塊3與穿艙接線板4的連接，控制驅動模塊3能夠實現壓力、溫度等數據采集?？刂乞寗幽K3采用I2C或者CAN與星載計算機通信。穿艙接線板4為高壓密封穿艙使用接線端子，其外殼為鈦合金材質，接線針為可伐合金外部鍍金。(10)氣室1安裝氣體加排氣堵頭8。加排氣堵頭8安裝于氣室端面上，實現對外排氣以及加氣測試、模塊檢漏等。加排氣堵頭8采用軟密封實現與氣室1的密封。本發(fā)明說明書未詳細說明部分屬于本領域人員公知常識。當前第1頁1 2 3