本发明涉及一种推进装置。
背景技术：
：微纳卫星由于其成本低、重量轻、发射形式灵活等优点，开始被国际航天界所关注，并迅速发展起来，根据SpaceWorks咨询公司的评估，预计未来市场每年对50kg以下微纳卫星的需求超过400颗。通过编队组网等构建分布式空间系统，可用于空间环境探测、战术侦查与通信增强等主流宇航业务，同时，发展高能量、高精度、高通信量、高处理量、高机动性的单颗高品质微纳卫星，也具有较高的应用价值。由于未来空间任务对于轨道控制的需求，以及模块化的设计、快速组装等需求，需要发展模块化、可预包装的微推进技术。固体冷气微推进模块技术由于其安全性、可长期贮存、货架式等优点，具备发展高总冲、模块化、可预包装的微推进模块技术的基础。荷兰TNO公司(NetherlADNsOrganisationforAppliedScientificResearch)、TU(DelftDelftUniversityofTechnology)、UTwente(UniversityofTwente)三家单位联合发起了T3μPS(TNO，TUDelft，UTwenteMicroPropulsionSystem)研究，成功掌握了冷气生成器等相关技术。固体冷气生成器系统能够有效节省推进系统体积与质量，并且不需要高压储气结构以及压力调节装置，储存时间长，无泄漏，不需要高压装置，模块化，易于集成，能够根据不同的需要集成不同数量的冷气生成器。但现阶段仅有Proba-2号卫星和DelfiN3Xt卫星进行了飞行试验。但是该模块提供的总的产气量由于采用了颗粒性装药，受到了一定的限制。点火采用热丝直接加热的方式，效率以及点火可靠性较低，南京理工大学也开展了固体冷气推进技术研究，其装药形式与T3公司相似，产气率较低，并且气体洁净度不容易控制，通过细沙、活性炭等进行过滤，易碎，容易自身产生残渣，污染气源。技术实现要素：本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种高总冲固体冷气微推进装置，提高了整个推进模块的总冲量，提高了推进装置的密封性，并且可以实现多自由度控制。本发明的技术解决方案是：一种高总冲固体冷气微推进装置，包括：气室、气室端盖、穿舱接线板、温度传感器、压力传感器、冷气发生器、微型冷气推力器；气室为一端开口的圆筒状壳体，各微型冷气推力器的喷口分别安装在气室端面中心处、气室侧壁上，喷气方向分别为：沿气室轴线且与气室开口端方向相反、平行于气室端面向外且沿气室开口端有分量；气室端盖密封气室开口端，温度传感器、压力传感器、冷气发生器固定在气室内；微型冷气推力器、压力传感器、温度传感器、冷气发生器的导线集中连接在穿舱接线板上，穿舱接线板将导线引出至气室外部的控制驱动模块，穿舱接线板位于气室端盖上。所述微型冷气推力器中一个微型冷气推力器的喷口位于气室端面中心处，喷气方向沿气室轴线且与气室开口端方向相反；两个微型冷气推力器的喷口位于气室侧壁且关于过气室轴线的平面对称，喷气方向与气室端面呈10°～15°的夹角；另两个微型冷气推力器的喷口位于气室侧壁上且位于上述两个微型冷气推力器的对侧，与上述两个微型冷气推力器对称。所述冷气发生器为氮气发生器、氢气发生器或二氧化碳发生器。所述冷气发生器采用圆柱形装药，排气口位置与点火器位于同侧，排气口处装有过滤精度范围为10μm～30μm和5μm～10μm的两层烧结滤网，过滤精度范围在5μm～10μm的烧结滤网安装于最外侧，冷气发生器内推进剂的装填形式采用浇注形式或自由装填的形式。所述温度传感器、压力传感器或冷气发生器固定在安装支撑板上，安装支撑板固定在气室端盖上。还包括加排气堵头，安装在气室端面上并密封。所述气室与气室端盖连接处的壁厚气室其余部分壁厚其中，P为工作压力，Dt为气室的外径，[σ]t为许用应力，C为腐蚀余量，为安全系数。所述微型冷气推力器有5个。本发明与现有技术相比的优点在于：(1)本发明的采用了密封点少、全封闭式的结构，提高了整个模块的密封性，所有部件除了控制驱动电路外，其他部件全部集成在气室内部，导线通过穿舱接线板引出，接线板与气室端盖通过电子束焊进行连接，焊缝满足I级焊缝要求，实现高可靠密封连接，区别于现阶段将发生器直接连接于外部的方法，提高了整个模块的气密性。(2)本发明的冷气发生器采用了柱形装药的方式，将圆柱形装药一次性装填到冷气发生器内，区别于现有的冷气发生器颗粒装药技术，提高了冷气发生器的装药密度，通过装填多个冷气发生器，提高了固体冷气微推进模块的总冲量；并采用了隔热设计，阻止冷气发生器的热量传递到壳体，防止高温对控制驱动电路的影响。(3)本发明集成度高，微推进装置在96mm×96mm×96mm的外廓尺寸内，实现了整个微推进装置的集成，布置了5台微型冷气推力器，通过不同推力器的组合工作，可以实现多自由度控制，集成了控制驱动电路，实现推进系统的即插即用。(4)本发明为多舱段设计，通过支撑板实现了气室的一定隔离，将线缆与发生器舱段进行隔离，降低出口气体与导线的直接接触，防止气体对导线焊点的影响。附图说明图1为本发明的固体冷气微推进模块安装示意图。图2为本发明的微型冷气推力器布局图。图3为本发明的侧面微型冷气推力器安装图。图4为本发明的固体冷气微推进模块结构仰视图。图5为本发明的固体冷气微推进模块结构剖视图。图6为本发明的固体冷气微推进模块结构图。图7为本发明的冷气发生器示意图。具体实施方式如图1～图6所示，一种高总冲固体冷气微推进装置，包括气室1、气室端盖2、控制驱动模块3、穿舱接线板4、温度传感器5、压力传感器6、冷气发生器7、加排气堵头8、多台微型冷气推力器10、推力器安装座11、安装支撑板12；可以实现即插即用。当需要进行姿轨控时，由控制驱动模块3驱动冷气发生器7进行点火，产生所需要的氮气注入到模块的气室1中。由控制驱动模块3驱动微型冷气推力器10组件的微型电磁阀的工作脉宽，实现作用力以及力矩的输出，同时，由压力传感器6、温度传感器5实时采集气室1内的压力、温度参数，确定气室1内气体量。当压力低于一定的阈值(1000Pa～0.1MPa)时，控制驱动模块3驱动下一路的冷气发生器7点火工作，气体再次加注到气室1内，直至所有的冷气发生器7全部用完。如图7所示，冷气发生器7可以采用氮气发生器、氢气发生器、二氧化碳发生器等。冷气发生器7采用圆柱形装药，排气口位置与点火器位于同侧，排气口处装有过滤精度范围为10μm～30μm和5μm～10μm的两层烧结滤网，过滤精度范围在5μm～10μm的烧结滤网安装于最外侧，推进剂可以采用浇注形式或者制成圆柱形结构进行自由装填。微型冷气推力器10安装1～5个，可以实现多自由度的控制，微型冷气推力器10安装模块气室1内。所有发生器组件安装在气室1内。压力传感器6、温度传感器5安装在气室1内。微型冷气推力器10、压力传感器6、温度传感器5、冷气发生器7等，所有的导线，通过穿舱接线板4将导线引出。穿舱接线板4与控制驱动模块3通过导线进行连接。气室1与气室端盖2，通过电子束焊进行焊接。本发明的安装过程如下：(1)安装冷气发生器7到安装支撑板12上。冷气发生器7外形为圆柱形结构，推进剂采用柱形装药，提高装药密度，推进剂可采用氮气、氢气、二氧化碳等一种发生剂，点火器自带螺纹，通过螺纹安装到安装支撑板12上。(2)安装压力传感器6。压力传感器6通过电子束焊或者O型圈等实现与安装支撑板12的连接。(3)安装pt100温度传感器5。pt100温度传感器5通过电子束焊或者O型圈等实现与安装支撑板12的连接。(4)穿舱接线板4与气室端盖2进行电子束焊。穿舱接线板4与气室端盖2进行电子束焊，焊深为0.5mm～1mm，满足I级焊缝要求。(5)发生器电装。通过软导线实现穿舱接线板与冷气发生器7、pt100温度传感器5、压力传感器6的连接，导线外加装软套管等。(6)模块气室1安装多台微型冷气推力器10，实现多自由度控制，在推力器安装气室1上端安装1～5台微型冷气推力器10。将微型冷气推力器10安装到推力器安装座11上，通过电子束焊将推力器安装座11安装到推力器安装模块气室1上，将微型冷气推力器10的引出导线在气室端盖2上通过压片进行固定。微型冷气推力器10通过推力器固定螺母9进行锁紧。微型冷气推力器10与轴线成一定夹角α(通常α角度范围为10°～15°)，够实现如下表所示的多自由度控制。表1多自由度控制所启动微型冷气推力器编号表控制自由度微型冷气推力器编号偏航+XAB偏航-XCD俯仰+YCD(转90°)俯仰-YAB(转90°)滚转AD滚转CBZ方向正速度ABCDZ方向负速度E(7)安装支撑板12通过螺钉13实现与气室端盖2的连接。(8)气室1和气室端盖2通过电子束焊进行连接。气室1主体结构采用圆柱形结构，增强其耐压能力，对安装气室端盖2进行加强，根据压力通过如下公式计算，通过有限元软件进行强度应力分析：根据发生器7工作后，峰值压力为P，气室直径Dt；无焊缝部分的气室1壁厚计算。假设气室1受内压时，其壁面均匀受力，其壁厚Sc为：其中，P为工作压力，Dt为气室(1)的外径，[σ]t为许用应力，C为腐蚀余量；有焊缝部分假设球壳受内压时，其壁面均匀受力，其壁厚Scw为：其中，为安全系数，取值范围为1.5～2。焊接深度需要高于壁厚Sc，焊缝满足I级焊缝要求。(9)控制驱动模块3与穿舱接线板4通过导线进行连接。气室1等完成电子束焊焊接后，通过导线实现控制驱动模块3与穿舱接线板4的连接，控制驱动模块3能够实现压力、温度等数据采集。控制驱动模块3采用I2C或者CAN与星载计算机通信。穿舱接线板4为高压密封穿舱使用接线端子，其外壳为钛合金材质，接线针为可伐合金外部镀金。(10)气室1安装气体加排气堵头8。加排气堵头8安装于气室端面上，实现对外排气以及加气测试、模块检漏等。加排气堵头8采用软密封实现与气室1的密封。本发明说明书未详细说明部分属于本领域人员公知常识。当前第1页1 2 3