一种冷气推进系统、装配方法及其使用方法与流程

本发明涉及冷气推进系统，特别涉及微纳卫星的冷气推进系统。

背景技术：

1、冷气推进系统是利用压缩气体作为工作介质，将高压气体储存在高压气瓶内，使用时利用减压装置将高压气体的压力降低，并将压力稳定在规定使用范围内，经过稳压后的气体通过管路进入受控阀门通常选用电磁阀，电子装置控制电磁阀的开关，将气体供应给与阀门相连的喷管，气体经过喷管加速喷出，产生力或力矩。由于仅靠压力差将气体喷出，因此这种冷气推进系统的比冲较低，同时由于冷气推进系统内部的管路数量多，增加了结构的复杂度和装置的体积。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有冷气推进系统的比冲较低，带来的燃料消耗增加、系统复杂性高以及体积增加的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种冷气推进系统，所述系统包括贮箱下、歧管前、歧管后、多个推力器喷管、多个电磁阀、气密封连接器、控制电路板和歧管盖板；

4、所述歧管前和歧管后均为异型结构；

5、所述贮箱下、歧管前和歧管后组成密闭的腔体，同时形成一个异型凹槽；

6、所述歧管前和歧管后上均设有多个异型孔，所述多个异型孔用于安装所述多个推力器喷管、多个电磁阀、气密封连接器和控制电路板；

7、所述歧管盖板安装在所述异型凹槽内，形成密封的气容；

8、所述腔体用于存储气液混合的推进剂；

9、所述气容用于存储气态的推进剂；

10、所述多个电磁阀用于分别控制气容和多个推力器喷管的入口；

11、所述多个推力器喷管用于在所述气态的推进剂的作用下产生推力，还用于调整推力矢量方向；

12、所述控制电路板用于通过所述气密封连接器实现与外部系统实现。

13、进一步地，还有一种优选实施例，上述系统还包括加注口堵头；

14、所述加注口堵头设置在异型孔上，用于加注推进剂。

15、进一步地，还有一种优选实施例，上述系统还包括过滤器；

16、所述过滤器设置在所述腔体内，并与所述加注口堵头连接，用于实现过滤功能。

17、进一步地，还有一种优选实施例，上述系统还包括贮箱压力传感器；

18、所述贮箱压力传感器用于检测并显示所述腔体内的压力。

19、进一步地，还有一种优选实施例，上述系统还包括气容压力传感器；

20、所述气容压力传感器用于检测并显示所述气容内的压力。

21、进一步，还有一种优选实施例，上述贮箱压力传感器和气容压力传感器还可以采集温度。

22、本发明还提供一种冷气推进系统的装配方法，所述装配方法是对上述任意一项所述的一种冷气推进系统装配的，装配方式为层叠式装配，装配方法为：

23、步骤一、采用贮箱下、歧管前和歧管后组成密闭的贮箱，形成贮箱结构，作为第一装配层；

24、步骤二、在所述歧管前和歧管后上均开设有异型孔，用于安装多个推力器喷管、加注口堵头、多个电磁阀、贮箱压力传感器和气密封连接器，形成贮供结构，作为第二装配层；

25、步骤三、将控制电路板安装在歧管前的凹槽内，形成开盖冷推单元结构，作为第三装配层；

26、步骤四、将歧管盖板安装在开盖冷推单元结构上，形成合盖冷推单元结构，作为第四装配层。

27、本发明还提供一种冷气推进系统的使用方法，所述使用方法是基于上述任意一项所述的一种冷气推进系统实现的，所述使用方法为：

28、步骤一、将气液混合态的推进剂通过多个电磁阀中的任意一个加注到贮箱内；

29、步骤二、推进剂通过多个电磁阀中的任意两个，在压差的作用下由贮箱进入气容内，并控制气容内的压力；

30、步骤三、采用加热片对贮箱和气容进行加热，补偿推进剂的汽化潜热；

31、步骤四、将气容内的推进剂通过电磁阀经过推力器喷管喷出，产生推力。

32、进一步，还有一种优选实施例，上述推进剂采用r227ea实现。

33、进一步，还有一种优选实施例，上述贮箱内的压力为推进剂的饱和蒸气压。

34、本发明的有益效果为：

35、1、本发明提供一种冷气推进系统，内部集成了贮箱、气容、电磁阀、控制电路板和传感器等组件，形成结构一体化的设计，同时采用推进剂省略减压装置，大大降低了结构的复杂度。

36、2、本发明提供一种冷气推进系统的装配方法，通过采用层叠式装配，即将不同组件采用分层的方式逐一安装，实现了结构紧凑安装便利的优势，实现了冷推系统的柔性化设计，大大提高了空间利用率。同时，控制电路板安装于气容内部，穿板引出对外电连接器并保证气密性。在应用时，选择高密度比冲的r227ea作为推进剂，相较于传统冷推单元可占用较小的空间提供相同的总冲，即，本实施方式所述的冷气推进系统采用220×220×40mm3的外包络即可提供800ns的总冲。

37、3、传统的冷气推进系统使用高压压缩气体，在气瓶容积一定的状态下，若要提高携带的推进剂质量，则必须提高气瓶压力，一般气瓶压力高达数十兆帕，对安全性和减重设计都是不利因素。本发明提供一种冷气推进系统的使用方法，通过将贮箱的压力设置为推进剂的饱和蒸气压，使得仅和温度相关，且贮存压力较低，有利于贮供系统的安全性和减重设计；同时，采用液态冷气推进剂，使得在同样容积下总冲最大。满足系统压力低、无毒、不可燃、密度比冲高、易于获取等要求。

38、本发明适用于微纳卫星的冷气推进系统的设计。

技术特征：

1.一种冷气推进系统，其特征在于，所述系统包括贮箱下(1)、歧管前(3)、歧管后(4)、多个推力器喷管(6)、多个电磁阀(8)、气密封连接器(10)、控制电路板(12)和歧管盖板(15)；

2.根据权利要求1所述的一种冷气推进系统，其特征在于，所述系统还包括加注口堵头(7)；

3.根据权利要求2所述的一种冷气推进系统，其特征在于，所述系统还包括过滤器(2)；

4.根据权利要求3所述的一种冷气推进系统，其特征在于，所述系统还包括贮箱压力传感器(9)；

5.根据权利要求4所述的一种冷气推进系统，其特征在于，所述系统还包括气容压力传感器；

6.根据权利要求5所述的一种冷气推进系统，其特征在于，所述贮箱压力传感器(9)和气容压力传感器还可以采集温度。

7.一种冷气推进系统的装配方法，其特征在于，所述装配方法是对权利要求1-6任意一项所述的一种冷气推进系统装配的，装配方式为层叠式装配，装配方法为：

8.一种冷气推进系统的使用方法，其特征在于，所述使用方法是基于权利要求1-6任意一项所述的一种冷气推进系统实现的，所述使用方法为：

9.根据权利要求8所述的一种冷气推进系统的使用方法，其特征在于，所述推进剂采用r227ea实现。

10.根据权利要求8所述的一种冷气推进系统的使用方法，其特征在于，所述贮箱(5)内的压力为推进剂的饱和蒸气压。

技术总结一种冷气推进系统、装配方法及其使用方法，涉及冷气推进系统技术领域，解决现有冷气推进系统的比冲较低，带来的燃料消耗增加、系统复杂性高以及体积增加的问题。系统将歧管前和歧管后均设置为异型结构；将贮箱下、歧管前和歧管后组成密闭的腔体，同时形成一个异型凹槽；歧管前和歧管后上均设有多个异型孔，安装推力器喷管、电磁阀、气密封连接器和控制电路板；歧管盖板安装在异型凹槽内，形成密封的气容；腔体存储气液混合的推进剂；气容存储气态的推进剂；多个推力器喷管在气态的推进剂的作用下产生推力，还调整推力矢量方向；控制电路板通过气密封连接器实现与外部系统实现。本发明适微纳卫星的冷气推进系统的设计。技术研发人员：董旭,奚瑞辰,赖奕辰,杨哲闻,邹宇鑫,吴凡,倪兆伦受保护的技术使用者：哈尔滨工大卫星技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/20