电推进大比例精细供气控制装置及方法与流程

本发明涉及航天，具体地，涉及一种电推进大比例精细供气控制装置及方法。

背景技术：

1、电推进系统气瓶压力通常为10mpa量级，电推力器入口压力通常为千帕至万帕量级，二者相差上千倍，常规设计为将气瓶内压力经过减压阀和bang-bang闭环控制系统，将气瓶压力降压至中间压力态，约0.2mpa，再由节流板等组件进一步降压供应到霍尔推力器使用。为了将气瓶压力从10mpa量级降低至中间压力约0.2mpa，常规方案使用到了减压阀和bang-bang闭环控制系统，由于减压阀较重，而bang-bang闭环控制系统需配备较大的气容以实现高精度的压力控制，从而导致系统质量较重，体积较大，不便于航天小型化轻量化的使用需求，因此需要一种重量轻，体积小，使用灵活的减压方案，节省航天器的空间和质量，并提高系统的可靠性。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种电推进大比例精细供气控制装置及方法。

2、根据本发明提供的一种电推进大比例精细供气控制装置，包括：串联设置的第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第一气容腔、第二气容腔、第三气容腔、第一压力传感器和第二压力传感器，其中3个电磁阀和3个气容腔相互交错设置，每个电磁阀的下游布置一个气容腔，2个压力传感器分别布置在第一个电磁阀的入口处以及最后一个气容腔的出口处；通过压力传感器获取入口和出口的压力，调节3个控制电磁阀的开关顺序和时间，调节三个气容腔的气体压力，将不同入口压力的气体精确降低到额定压力区间。

3、优选地，所述电磁阀开关时间精度越高，所述气容腔体积允许设置的越小。

4、优选地，每个所述电磁阀可根据控制需要开启特定时间，以实现特定气量往下游气容腔补给。

5、优选地，3个电磁阀沿气流方向依次为第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀，3个气容腔沿气流方向依次为第一气容腔、第二气容腔和第三气容腔；

6、当入口压力为出口压力的50倍以上时，先开启第一电磁阀，实现入口压力与第一气容腔均压，之后关闭第一电磁阀，再开启第二电磁阀，实现第一气容腔与第二气容腔均压，之后关闭第二电磁阀，再恒定脉宽开启第三电磁阀，定量多次向第三气容腔补气，将第三气容腔控制在恒定压力范围内。

7、优选地，3个电磁阀沿气流方向依次为第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀，3个气容腔沿气流方向依次为第一气容腔、第二气容腔和第三气容腔；

8、当入口压力为出口压力的10到50倍时，先开启第一电磁阀，实现入口压力与第一气容腔均压，之后关闭第一电磁阀，再开启第二电磁阀，实现第一气容腔与第二气容腔均压，之后关闭第二电磁阀，再开启第三电磁阀，以出口压力作为闭环控制，当压力到达控制上限时，关闭第三电磁阀，当压力低于控制下限时，开启第三电磁阀。

9、优选地，3个电磁阀沿气流方向依次为第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀，3个气容腔沿气流方向依次为第一气容腔、第二气容腔和第三气容腔；

10、当入口压力为出口压力的5到10倍时，同步开启第一电磁阀和第二电磁阀，实现入口压力与第一气容腔和第二气容腔的均压，之后关闭第一电磁阀和第二电磁阀，再开启第三电磁阀，以出口压力作为闭环控制，当压力到达控制上限时，关闭第三电磁阀，当压力低于控制下限时，开启第三电磁阀。

11、优选地，3个电磁阀沿气流方向依次为第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀，3个气容腔沿气流方向依次为第一气容腔、第二气容腔和第三气容腔；

12、当入口压力为出口压力b的1到5倍时，同步开启第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀，以出口压力作为闭环控制，当压力到达控制上限时，关闭第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀，当压力低于控制下限时，开启第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀。

13、优选地，当第二或第三电磁阀开启时长超过5s，且a出口压力仍低于目标值时，开启对应电磁阀的上游电磁阀进行补气。

14、优选地，所述第一气容腔允许多次给第二气容腔补气，所述第二气容腔允许多次给第三气容腔补气。

15、根据本发明提供的一种电推进大比例精细供气控制方法，包括：

16、步骤s1：根据总装及接口需求完成电磁阀、管路、压力传感器、气容腔的布局；

17、步骤s2：打开第一电磁阀，实现入口压力和第一气容腔的均压；

18、步骤s3：关闭第一电磁阀，隔离入口压力和第一气容腔；

19、步骤s4：打开第二电磁阀，实现第一气容腔和第二气容腔的均压；

20、步骤s5：关闭第二电磁阀，隔离第一气容腔和第二气容腔；

21、步骤s6：多次定时开启第三电磁阀，或者通过出口压力的反馈开启第三电磁阀特定时长，实现第二气容腔向第三气容腔的定量精细补气；

22、步骤s7：供气结束，关闭第一、第二、第三电磁阀。

23、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

24、1、本方案所需的组件为常见且成熟的电磁阀和压力传感器，无研制难度。

25、2、本方案管路和气容可集成在总装结构上，进一步减少产品重量和体积。

26、3、本方案仅用少量的组件，即可实现大比例降压问题，总装布局简单。

27、4、本方案可针对不同的入口压力，采用不同的开关策略，可将大范围的不同入口压力均降低至额定压力。

28、5、本发明解决传统减压阀方案存在的出口压力不精细、静压爬升以及重量和体积较大的问题，且电磁阀重量和体积约为减压阀的1/3到1/4，气容腔根据比例可做的很小，此方案便于布局，体积小，重量轻，且可靠性高。

技术特征：

1.一种电推进大比例精细供气控制装置，其特征在于，包括：串联设置的第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第一气容腔、第二气容腔、第三气容腔、第一压力传感器和第二压力传感器，其中3个电磁阀和3个气容腔相互交错设置，每个电磁阀的下游布置一个气容腔，2个压力传感器分别布置在第一个电磁阀的入口处以及最后一个气容腔的出口处；通过压力传感器获取入口和出口的压力，调节3个控制电磁阀的开关顺序和时间，调节三个气容腔的气体压力，将不同入口压力的气体精确降低到额定压力区间。

2.根据权利要求1所述的电推进大比例精细供气控制装置，其特征在于，所述电磁阀开关时间精度越高，所述气容腔体积允许设置的越小。

3.根据权利要求1所述的电推进大比例精细供气控制装置，其特征在于，每个所述电磁阀可根据控制需要开启特定时间，以实现特定气量往下游气容腔补给。

4.根据权利要求1所述的电推进大比例精细供气控制装置，其特征在于，3个电磁阀沿气流方向依次为第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀，3个气容腔沿气流方向依次为第一气容腔、第二气容腔和第三气容腔；

5.根据权利要求1所述的电推进大比例精细供气控制装置，其特征在于，3个电磁阀沿气流方向依次为第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀，3个气容腔沿气流方向依次为第一气容腔、第二气容腔和第三气容腔；

6.根据权利要求1所述的电推进大比例精细供气控制装置，其特征在于，3个电磁阀沿气流方向依次为第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀，3个气容腔沿气流方向依次为第一气容腔、第二气容腔和第三气容腔；

7.根据权利要求1所述的电推进大比例精细供气控制装置，其特征在于，3个电磁阀沿气流方向依次为第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀，3个气容腔沿气流方向依次为第一气容腔、第二气容腔和第三气容腔；

8.根据权利要求1所述的电推进大比例精细供气控制装置，其特征在于，当第二或第三电磁阀开启时长超过5s，且a出口压力仍低于目标值时，开启对应电磁阀的上游电磁阀进行补气。

9.根据权利要求1所述的电推进大比例精细供气控制装置，其特征在于，所述第一气容腔允许多次给第二气容腔补气，所述第二气容腔允许多次给第三气容腔补气。

10.一种电推进大比例精细供气控制方法，基于权利要求1-9任一项所述的电推进大比例精细供气控制装置，其特征在于，包括：

技术总结本发明提供了一种电推进大比例精细供气控制装置及方法，包括三个电磁阀、三个气容腔、两个压力传感器，通过设置阀门开闭方式，以及气容腔的大小，可将不同入口压力的气体精确降低到额定压力区间。常规减压方案为减压阀降压，但是减压阀方案存在出口压力不精细、静压爬升以及重量和体积较大的问题，本发明可解决传统减压阀方案的这些问题，且电磁阀重量和体积约为减压阀的1/3到1/4，气容腔根据比例可做的很小，此方案便于布局，体积小，重量轻，且可靠性高。技术研发人员：康亮杰,吴蔚锋,路飞,李乐,刘鹏,董义磊,王一丞受保护的技术使用者：上海空间推进研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/9