一种用于航天电推进的碘工质过滤直通阀及其使用方法

本技术属于航天电推进，涉及一种用于航天电推进的碘工质过滤直通阀。

背景技术：

1、近些年来，随着卫星通信、卫星导航、卫星遥感应用等需求的增加，商业卫星及发射需求呈现爆发式增长，而电推进技术以其高效、精准、长寿命的特点，适合用于小型和微型卫星的推进系统，特别是在深空探测、轨道修正、卫星姿态调整等任务中具有显著优势。

2、目前主流的电推进采用氙气作为工质，然而，氙工质的提纯和处理过程复杂，每年产量极少，其稀有性和高成本限制了其在航天电推进中的大规模应用。因此，寻找一种更为经济、高效且易于处理的推进剂成为了航天电推进技术发展的迫切需求。而碘工质作为一种具有潜力的替代方案，具有高密度、高比冲、低成本和易储存等优点，逐渐成为近年来航天电推进系统的研究热点。然而，碘工质的化学性质较为活泼，易与其他物质发生反应，易受到杂质、颗粒等污染物的影响，因此在输送和使用过程中需要严格的防漏控制和提纯过滤，而传统的过滤装置往往结构复杂、易堵塞，难以满足航天器对碘工质过滤的特殊需求；此外，碘工质的稳定性和流动性受温度影响较大，物理状态易改变，特别是在航天器经历的极端温度环境下，可能导致电推进系统的性能下降甚至失效。

技术实现思路

1、本发明提供了一种用于航天电推进的碘工质过滤直通阀，以解决碘工质电推进贮供系统中碘工质极端温度环境下的高效提纯过滤以及高稳定输送问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、一种用于航天电推进的碘工质过滤直通阀，所述的碘工质过滤直通阀包括前阀体1、后阀体2、第一线圈套筒3、出气口加热线圈4、密封圈5、腔体加热线圈6、励磁线圈7、第二线圈套筒8、阀套9、过滤网组件10、弹簧11、阀芯组件12。其中：所述前阀体1为水平安置的阶梯圆管结构，其从左至右依次分为第一轴段15、第二轴段16，第三轴段17，三段结构同轴且内部设有空腔，三段空腔连通、孔径依次增大，具体的：所述第一轴段15内部空腔作为碘工质的进气口18；所述第二轴段16外部设置第二线圈套筒8，所述第二线圈套筒8用于缠绕励磁线圈和腔体加热线圈6；所述第二轴段16外部两侧增设阶梯结构用于放置阀套9，所述阀套9外侧开有输线孔；所述第二轴段16内部空腔作为阀腔19，阀腔19内从左到右依次安放过滤网组件10、弹簧11、阀芯组件12，所述阀芯组件12主要由衔铁13、镶嵌阀芯14组成；所述第三轴段17内壁面与后阀座2进行孔轴配合连接，并通过密封圈5密封，所述密封圈5置于前阀体1与后阀体2的径向接触面之间，用于外漏的第一重密封。

4、所述后阀体2整体为水平安置的圆管结构，其左端为圆盘结构，圆盘结构右侧设有密封槽，用于放置密封圈5，且该侧圆盘结构沿轴向均匀布置三个导向槽28，三个导向槽28与阀芯组件12的三个导向柱23进行配合连接；圆盘结构左侧沿外圆边缘以环状结构延伸至第三轴段17内部长度重合，完成与第三轴段17内壁面的配合，同时与后阀座2主体的圆管结构形成圆环孔腔，圆环孔腔用于放置第一线圈套筒3，所述第一线圈套筒3的左侧第一个线辊结构用于缠绕出气口加热线圈4；所述圆环孔腔右侧边缘设有倒角，以便装配。

5、进一步的，所述前阀体1的第三轴段17外侧和后阀体2左端圆盘结构向右延伸的环状结构外侧接触面的外边缘处为唯一外漏点25，采用真空激光焊接工艺进行外漏密封，以进行外漏的第二重密封。

6、进一步的，所述的阀芯组件12包括衔铁13、镶嵌阀芯14，阀芯组件12的主体结构以衔铁13为主，衔铁13的材质为软磁合金cr17niti，具体的，所述衔铁13为水平布置的圆柱体，圆柱体两侧设有圆柱孔槽，其右侧圆柱孔槽内放置弹簧11，其左侧孔槽内嵌合镶嵌阀芯14，所述镶嵌阀芯14右侧设有锥形结构，用于与后阀体2的阀口22进行线接触，并通过弹簧11施加于的阀芯组件12的压力，实现阀口22密封，维持本阀为常闭状态；该密封结构采用“硬对软”密封副结构，适宜长期的碘工质密封工作；所述衔铁13右侧端面沿周向均匀布置三个导向柱23，所述三个导向柱23和后阀体2的三个导向槽28进行滑动配合；所述阀芯组件12左侧孔槽侧壁对称加工四个导气孔26，便于气态碘工质在阀腔19内的流通。进一步的，所述后阀体2为两级阶梯圆管结构，其右端孔径小于左端孔径；所述右端孔径设为阀口22，阀口22孔径为0.5mm，其左端孔径设为碘工质的出气口24，出气口24的直径为2mm。

7、进一步的，所述第一线圈套筒3整体为两个串联线辊结构，左侧的第一个线辊结构两侧设有挡板，用于限制第一个线辊结构上的出气口加热线圈4的缠绕位置，右侧的第二个线辊结构两侧设有挡板，其左侧挡板即第一个线辊结构右侧挡板，其端面设有贯穿的u形孔槽，用于输线，其右侧设有挡板，便于第一线圈套筒3的装配。

8、进一步的，所述第二线圈套筒8外侧先缠绕励磁线圈7，通过励磁线圈7对阀芯组件12的施加足够的电磁吸力，所述励磁线圈7外侧再缠绕腔体加热线圈6，用于对所述阀腔19内部进行加热；所述励磁线圈7与所述出气口加热线圈4和所述腔体加热线圈6均反向缠绕，以免产生励磁效应。所述励磁线圈7采用耐高温漆包线，通电后会在电磁阀内部形成电磁回路，对阀芯组件12产生电磁吸力，用于控制阀芯组件12水平向左移动，进而打开阀口22，所述阀芯组件12水平移动距离为2mm；所述加热线圈6同样采用耐高温漆包线。

9、进一步的，所述过滤网组件10包括筒体20和过滤网21；所述筒体20两侧设有多孔挡板，其内部沿周向均匀设置四个支撑柱27，用于支撑和固定过滤网21，所述过滤网21采用聚四氟乙烯(ptfe)滤膜叠加而成，以过滤流经气态碘工质；聚四氟乙烯(ptfe)滤膜的过滤精度优于5μm，空隙率大于85％，微孔尺寸均匀，扩散流小，耐碘腐蚀，耐高温达260℃，可以长期稳定过滤流经气态碘工质。

10、进一步的，所述前阀体1、后阀体2、弹簧11、筒体20的材质均为哈氏合金c276；所述密封圈5、镶嵌阀芯14的材质均为聚四氟乙烯(ptfe)；所述衔铁13外部镀有聚四氟乙烯涂层，可以有效避免了气态碘工质输送过程中与管路发生反应，同时，所选材质在摩擦的过程中均几乎不产生碎屑，避免了多余物的产生。

11、进一步的，通过出气口加热线圈4、腔体加热线圈6对进气口18、阀腔19、阀口22、出气孔24、阀芯组件12的导气孔26进行持续加热，防止气态碘工质降温凝结，以免堵塞管路。所述腔体加热线圈6的设置温度为90℃，所述出气口加热线圈4的设置温度为95℃。

12、一种用于航天电推进的碘工质过滤直通阀的使用方法，在使用过程中，需配合碘工质电推进贮存装置一同使用，具体包括以下步骤：

13、在输送气态碘工质之前接通出气口加热线圈4和腔体加热线圈6，对进气口18、阀腔19、阀口22、出气孔24、导气孔26进行持续加热，待升温稳定后，在确保碘工质电推进贮存装置已将固态碘工质稳定转换位气态碘工质的前提下，接通励磁线圈7，此时，衔铁13在电磁吸力的作用下，带动阀芯组件12，克服弹簧11弹力，水平向左运动，阀口22开启；气态碘工质经从前阀体1的出气口18通过过滤网组件10对流经气态碘工质进行提纯过滤后，流入阀腔19，再经由导气孔26流至阀口22，从阀口22流出，最后通过出气口24完成气态碘工质的输送，此时，断开励磁线圈7，阀芯组件12在弹簧11弹力的作用下，水平向右运动，阀口22关闭；出气口加热线圈4和腔体加热线圈6继续维持加热，在温度降到气态碘工质完全沉淀之后，断开出气口加热线圈4和腔体加热线圈6，完成气态碘工质的高效提纯过滤以及高稳定输送。

14、进一步的，所述的阀腔19内气态碘工质的工作压力为0.2mpa。

15、进一步的，所述的腔体加热线圈6的设置温度为90℃±2℃，出气口加热线圈4的设置温度为95℃±2℃，通过梯度加热的方式，抵消阀口22处产生的节流效应。

16、进一步的，所述的阀口22在开关过程中需要精确控制，以确保气态碘工质的稳定输送，通过三个导向柱23和三个导向槽28互配合，控制阀芯组件的对中性，以免阀腔19内部的气态碘工质在本阀处于常闭状态下发生泄漏。

17、本发明的有益效果如下：

18、本发明提供了一种用于航天电推进的碘工质过滤直通阀，利用高流量、高精度的聚四氟乙烯(ptfe)滤膜，能够长期有效过滤碘工质中的杂质、碘颗粒，确保输送的气态碘工质的纯净度；通过巧妙的结构设计和严格的碘工质接触材料选择，解决气态碘工质输送过程中的内外泄露以及管路腐蚀问题；采用梯度加热线圈对阀体内的气态碘工质持续加热，防止气态碘工质降温凝结，保持其输送的稳定性，同时抵消阀口处节流效应的影响。能够实现碘工质电推进贮供系统中碘工质极端温度环境下的高效提纯过滤以及高稳定输送。