一种可以多次装填燃料的微型推力发生装置及其操作方法
【专利摘要】本发明属于航天器推进技术与姿态和轨道控制技术领域，公开了一种可以多次装填燃料的微型推力发生装置以及所发明装置的操作方法。该装置具有一个可旋转的圆形基盘，在该圆盘上布置多个以固体推进剂为燃料的、一次点火可输出一次推力脉冲的微型火箭推力发生单元。该装置还具有由燃烧室清理装置、燃料加注装置、燃烧室密封装置等组成的燃料装填系统。当推力发生单元随着圆形基盘的旋转到达指定位置后，燃料装填系统可以为该单元重新装填燃料。燃料装填系统的存在，使得推力发生单元可以多次输出推力。本发明所提供的装置及其操作方法，使得微型推力装置技术可更方便的用于更广泛的航天技术领域，如低成本微小型长航时航天器的姿态控制或轨道控制。
【专利说明】
一种可以多次装填燃料的微型推力发生装置及其操作方法
技术领域
[0001]本发明属于航天器推进技术与姿态和轨道控制技术领域。更具体的，本发明涉及适用于微小型航天器的姿态与轨道控制的、以固体推进剂为燃料的微型火箭推力发生装置。
【背景技术】
[0002]航天器是指在地球大气层以外空间飞行的各种装置。利用其飞行于外太空的优势，航天器可以执行气象观测、地质观测、通信中继、空间探测、以及航天器维护等多种任务。随着航天器应用的日益广泛，降低航天器整个生命周期成本的需求越来越强烈。使用固体推进剂的微型推力发生装置以其能有效地显著降低推进系统的干质量而得到关注。
[0003]使用固体推进剂的微推力技术是一种正在发展探索之中，尚未完全成熟的航天器推进技术。已有的固体推进剂微型推力发生装置一般是面向总质量低于10kg的微小卫星的轨道控制应用而开发的。
[0004]固体推进剂微型推力发生装置一般应用微机电系统(MEMS)技术在硅基材料上加工，且制成多层结构。一个固体推进剂微型推力发生单元一般至少包括喷口层、燃烧室层和点火电路层三层结构。喷口层由硅基材料及其上小孔构成，为固体推进剂燃烧产物提供排出通道并由此输出推力。燃烧室层由硅基材料及其中的孔洞组成，用于容纳固体推进剂并在固体推进剂燃烧室充当燃烧室。点火电路层是一个集成电路板，用于按照指令点燃燃烧室层中的固体推进剂。不同的设计方案中，点火电路层的位置不同。例如，2000年发表在《Sensors and Actuators A:Physical》上的 Lewis等人的论文 “Digitalmicropropuls1n”中介绍的TRW公司的产品，其点火电路层位于燃烧室的底部，与喷口相对的位置。又例如，2011年发表的南京理工大学余协正的硕士学位论文《MEMS固体化学微推进阵列的设计、制作及其性能研究》中介绍的南京理工大学的产品，其点火电路层位于喷口层与燃烧室层之间。由于这种推力器只能点火一次，点火后即失去推力产生能力，所以，已有的固体推进剂微型推力发生装置都设计成多行多列排列在一起的多个推力发生单元组成的推力发生单元阵列，并将其点火电路连接到逻辑控制电路中。
[0005]固体推进剂微型推力发生装置只能输出一次推力的特性影响其实际应用。例如，洪延姬等编著的《先进航天推进技术》中第7.8节中提到:对质量为10kg的人造地球卫星来说，“在一个‘标准’任务中，位置保持所需的推力器数目为每年200个-1000个”，按当前平均技术水平，这“等价于90cm2-340cm2的表面积”。若将质量10kg的微小卫星视为立方体，其一个侧面的表面积大约为1600cm2-2500cm2。容易计算，为保证卫星正常工作5年，所需推力器将覆盖几乎整个侧面。众所周知，航天器外表面需要布置温度控制装置、姿态敏感装置、有效载荷、太阳电池、通信设备等多种设备设施，若将大部分面积用于布置推力器阵列，必将影响航天器正常工作的能力。上述例子是将固体推进剂微型推力发生装置用于轨道控制的例子，如果考虑将固体推进剂微型推力发生装置用于姿态控制，推力器数量的增长将是灾难性的。以轨道周期在90分钟左右的太阳同步轨道卫星为例，如果输出控制力矩的周期为0.5秒，每次都需要输出3个轴上的控制力矩，每个轴的控制需要2个推力发生单元点火，则卫星每个轨道周期内就需要消耗64800个推力发生单元，每天需要消耗的推力发生单元个数为1036800个！
[0006]由此可见，工程应用要求在尽可能小的面积上部署尽可能多的推力发生单元。许多研究向这一方向做了卓有成效的努力。例如，2000年Youngner等人的研究报告《MEMSMega-pixel Micro-thruster Arrays for small satellite stat1nkeeping〉〉中京尤介绍了一种在边长3.3cm的正方形内布置262144个推力发生单元的产品。
[0007]但是，这种在尽可能小的面积上部署尽可能多的推力发生单元的努力至少在以下三个方面存在不足。
[0008]第一，这种在尽可能小的面积上部署尽可能多的推力发生单元的努力仍然难以满足航天器姿态控制的需求。以上述具有262144个推力发生单元的产品为例，在一种理想的飞行状态下，前述例子中的太阳同步轨道卫星一天的飞行就需要消耗这样的占据约1cm2面积的推力发生单元4片!一个月的飞行需要120片，一年的飞行需要约1500片！
[0009]第二，这种在尽可能小的面积上部署尽可能多的推力发生单元的努力一般需要以减小单个推力发生单元的推力输出能力为代价。这就是说，为实现同样的姿态/轨道控制任务，需要消耗的推力发生单元数量增加了。显然，这一代价降低了这种努力的实际效果。
[0010]第三，这种在尽可能小的面积上部署尽可能多的推力发生单元的努力加大了与欲点燃的推力发生单元邻接的推力发生单元发生不期望的被附近温度升高所点燃的风险。要在尽可能小的面积上部署尽可能多的推力发生单元，必然要减小推力发生单元之间的距离。已有的固体推进剂微型推力发生装置大多使用电热引爆方式，即将点火电路特定点的温度升高并保持一段时间以引燃燃料。固体推进剂微型推力发生装置一般使用硅基材料制造，而硅的导热性很好。综合以上三点就能得出如下结论:在需要点燃某个推力发生单元时，与该推力发生单元相邻的推力发生单元也可能会被点燃，而且这种可能性随着推力发生单元之间距离的缩小而增大。降低这一风险的一种方法是使用导热性低的材料来制造固体推进剂微型推力发生装置。但由于现有的微机电系统(MEMS)加工设备几乎都是面向硅基材料开发的，使用非硅材料来制造固体推进剂微型推力发生装置需要研究开发新的MEMS加工技术，而这意味着大量的人力、物力、财力的投入。
【发明内容】
[0011]针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种可以多次装填燃料的微型推力发生装置及其操作方法。
[0012]为解决上述固体推进剂微型推力发生装置的现有技术的问题，本发明提供一种可以多次装填燃料的微型推力发生装置，具体描述如下:
[0013]组成装置:壳体、一个或多个可绕可旋转轴承载部件旋转的圆形基盘、圆形基盘驱动装置、温度控制系统、燃烧室清理装置、燃料加注装置、燃烧室密封装置、控制计算机系统。
[0014]各个装置之间的关系如下所述，壳体容纳圆形基盘驱动装置、温度控制系统、燃烧室清理装置、燃料加注装置、燃烧室密封装置、控制计算机系统。圆形基盘驱动装置控制圆形基盘绕可旋转轴承载部件旋转。控制计算机系统通过控制电路控制圆形基盘驱动装置、燃烧室清理装置、燃料加注装置、燃烧室密封装置，并与其它系统进行通讯。
[0015]I)所述壳体提供机械接口与电气接口，外形为U型框架，其大小尺寸应满足能够容纳圆形基盘驱动装置、温度控制系统、燃烧室清理装置、燃料加注装置、燃烧室密封装置、控制计算机系统以及四分之一的圆形基盘。
[0016]2)所述一个或多个可绕可旋转轴承载部件旋转的圆形基盘上布置有多个可以产生推力的推力发生单元、控制电路，支撑推力发生单元阵列并为其提供机械和电气连接。
[0017]2.1)该推力发生单元包括点火装置、燃烧室、喷口，所有的推力发生单元的点火装置都与控制电路相连接。推力发生单元的点火装置是非消耗性的，其不会因推力发生单元点火而遭到破坏，以使推力发生单元可以在重新装填燃料后再次使用。为减轻或避免燃烧产物对点火装置产生冲击作用，并因此损伤或破坏点火装置，推力发生单元的点火装置可以紧贴着燃烧室的底面布置，也可以在燃烧室的顶端、环绕燃烧室外壁布置。
[0018]2.2)该控制电路包括点火逻辑电路、信号电路，控制计算机系统通过信号电路控制圆形基盘驱动装置、燃烧室清理装置、燃料加注装置、燃烧室密封装置，并与其它系统进行通讯。
[0019]3)所述圆形基盘驱动装置可以是步进电机及相应的传动装置等附件，其可以与圆形基盘可旋转轴承载部件连接或者与具有轮齿结构的圆形基盘边缘连接，在控制计算机系统的指令下，驱动圆形基盘转过指定的角度。圆形基盘驱动装置与圆形基盘边缘连接的方案相对于与圆形基盘中心轴连接的优势在于，可以为圆形基盘提供更好的机械固定，并且具有较小的圆形基盘中心轴支撑结构。
[0020]4)所述温度控制系统用于接受处理测量燃烧室的温度信号，并通过信号电路与控制计算机系统进行通讯。
[0021]5)所述燃烧室清理装置用于清理具有空燃烧室的推力发生单元，其包括可旋转刷头、燃烧残渣回收管道、尘渣收纳装置，可旋转刷头清理燃烧室并将燃料尘渣通过燃烧残渣回收管道推入尘渣收纳装置。
[0022]5.1)该可旋转刷头与推力发生单元的燃烧室的尺寸大小保持匹配以便保证充分的旋转清扫。
[0023]5.2)该燃烧残渣回收管道的排列方向与半径平行并指向圆形基盘的圆心。
[0024]5.3)该尘渣收纳装置与燃烧残渣回收管道保持紧密的连接以防尘渣外泄。
[0025]6)所述燃料加注装置用于向空燃烧室中注入燃料，其包括燃料加注头、燃料运输管道、燃料贮箱。
[0026]6.1)该燃料加注头用于测量燃烧室的温度并向空燃烧室注入燃料，加注的过程中应保证两者连接的密封性以防燃料外泄。
[0027]6.2)该燃料运输管道的排列方向与半径平行并指向圆形基盘的圆心。
[0028]6.3)该燃料贮箱与燃料运输管道保持紧密的连接以防燃料外泄。
[0029]7)所述燃烧室密封装置用于密封新加注了燃料的燃烧室，其包括燃烧室密封剂加注头、密封剂运输管道、燃烧室密封剂贮箱。
[0030]7.1)该燃烧室密封剂加注头用密封剂密封住加注燃料后的燃烧室以防燃料外泄。
[0031]7.2)该密封剂运输管道的排列方向与半径平行并指向圆形基盘的圆心。
[0032]7.3)该燃烧室密封剂贮箱与密封剂运输管道保持紧密的连接以防燃料外泄。
[0033]8)所述控制计算机系统用于控制圆形基盘驱动装置、燃烧室清理装置、燃料加注装置、燃烧室密封装置。
[0034]本发明中通过圆形基盘的旋转，因进行过点火而失去了推力输出能力的推力发生单元将逐步运动到壳体内，依次通过燃烧室清理装置、燃料加注装置、燃烧室密封装置，并接受上述三装置在该单元上进行相应的操作。在完成燃料的重新装填后，该推力发生单元又随着圆形基盘的旋转逐步离开壳体，到达壳体外可以执行点火指令以输出推力的位置。同时，通过圆形基盘的旋转，燃烧室里装有燃料的推力发生单元将取代因进行过点火而失去了推力输出能力的推力发生单元，到达可以执行点火指令以输出推力的位置。使用两个同轴安装的可旋转圆形基盘时，两个圆形基盘可以在控制计算机系统的指令下，在同一时间、以同样的角速率变化规律、向相反的方向旋转同样大小的角度，以抵消绝大部分由于圆形基盘旋转带来的对航天器姿态的扰动。
[0035]本发明中燃料加注装置的加注头在进行加注动作前，首先伸入推力发生单元的燃烧室测量燃烧室的温度，温度控制系统接受并处理测量的温度信号，控制计算机系统对燃烧室温度测量结果进行评估，当测量结果低于预定值时，进行燃料加注，否则收回燃料加注头，中止本次燃料加注操作。
[0036]本发明还提供一种可以多次装填燃料的微型推力发生装置的操作方法。该方法包括以下步骤:
[0037]第一步，将可以多次装填燃料的微型推力发生装置中的推力发生单元编号，并按推力发生单元中是否具有燃料，形成可用推力发生单元列表和不可用推力发生单元列表；
[0038]第二步，控制计算机系统发出点火指令后，将所使用的推力发生单元的编号记入不可用推力发生单元列表，并在该推力发生单元推力输出结束后驱动圆形基盘旋转，使该推力发生单元向燃烧室清理装置运动；
[0039]第三步，当该推力发生单元到达燃烧室清理装置后，驱动燃烧室清理装置动作，将可旋转刷头伸入该推力发生单元的燃烧室并进行旋转清扫，将可旋转刷头清扫下来的燃料尘渣推入尘渣收纳装置，清扫结束后，收回可旋转刷头，停止燃烧室清理装置动作，等待圆形基盘下一次转动；
[0040]第四步，当该推力发生单元离开燃烧室清理装置，到达燃料加注装置后，驱动燃料加注装置动作，将燃料加注头伸入该推力发生单元的燃烧室，测量燃烧室的温度；
[0041]第五步，对燃烧室温度测量结果进行评估，当测量结果低于预定值时，进行燃料加注，否则收回燃料加注头，中止本次燃料加注操作；
[0042]第六步，当所加注的燃料量达到预定值后，停止燃料加注装置动作；
[0043]第七步，当燃料加注装置动作停止后，驱动燃烧室密封装置动作，将燃烧室密封剂加注头伸入该推力发生单元的喷口，注入燃烧室密封剂，完成后收回燃烧室密封剂加注头，停止燃烧室密封装置动作；
[0044]第八步，控制计算机系统将该推力发生单元编号从不可用推力发生单元列表中删除，记入可用推力发生单元列表。
[0045]本发明提供的上述操作方法中，第一步生成的可用推力发生单元列表可以提供给姿态或轨道控制系统，用于生成点火指令，而生成的不可用推力发生单元列表将作为燃烧室清理装置、燃料加注装置和燃烧室密封装置工作的依据。
[0046]本发明提供的上述操作方法中，第三步对燃烧室进行清理的目的是清除燃烧室中残存的燃烧产物和/或未燃烧的燃料，保证重新加注燃料后点火装置能顺利点燃燃料。
[0047]本发明提供的上述操作方法中，第七步对燃烧室进行密封的目的是将所加注的燃料固定在燃烧室内，避免由于因圆形基盘受到冲击可能导致的燃料泄露。
【附图说明】
[0048]图1是作为本发明的一个实施例的可以多次装填燃料微型推力发生装置组成的示意图。
[0049]图2是图1中壳体的局部剖视示意图。
[0050]图3是圆形基盘驱动装置位于圆形基盘边缘的本发明的一个实施例的圆形基盘驱动机构的示意图。
[0051 ]图中序号说明如下:
[0052]序号I是圆形基盘。
[0053]序号2是推力发生单元。
[0054]序号3是圆形基盘驱动装置。
[0055]序号4是可旋转轴承载部件。
[0056]序号5是燃烧室清理装置的可旋转刷头、燃料加注装置的加注头、燃烧室密封装置的加注头三者之一。
[0057]序号6是壳体。
[0058]序号7是燃烧室密封装置的密封剂运输管道。
[0059]序号8是燃料加注装置的燃料运输管道。
[0060]序号9是燃烧室清理装置的燃烧残渣回收管道。
[0061 ]序号10是温度控制系统。
[0062]序号11是控制计算机系统。
[0063]序号12是燃烧室密封装置的密封剂贮箱。
[0064]序号13是燃料加注装置的燃料贮箱。
[0065]序号14是燃烧室清理装置的尘渣收纳装置。
[0066]序号14是轮齿。
【具体实施方式】
[0067]为了更好的理解本发明，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步的说明。
[0068]图1所展示的是本发明的可以多次装填燃料的微型推力发生装置的一个实施例，其中，圆形基盘驱动装置与圆形基盘中心轴连接。图1中，部件5是燃烧室清理装置的可旋转刷头、燃料加注装置的加注头、燃烧室密封装置的加注头三者之一，且展示的是其伸出并与圆形基盘上某个推力发生单元相连接后的情景。部件6是壳体，其承载燃烧室清理装置、燃料加注装置和燃烧室密封装置等装置，并通过部件4所指示的可旋转轴承载部件和部件3所指示的圆形基盘驱动装置。部件I是圆形基盘，其承载由多个部件2所指示的推力发生单元组成的推力发生单元阵列并为其提供电气连接。由部件2所指示的众多推力发生单元中的每一个均具有唯一的编号，并在任意给定的时刻唯一的位于可用推力发生单元列表和不可用推力发生单元列表两者之一中。
[0069]如图1所示，夹持圆形基盘I的壳体6与圆形基盘I之间保持合理的间隙，在对燃烧室进行清理、燃料加注、燃烧室密封操作的过程中，利用可旋转刷头或加注头形成安装在壳体中的相应装置与圆形基盘上的相应推力发生单元的燃烧室的密闭环境，以防止不期望的燃料、密封剂或燃烧残余物泄露，以及由此引起的对本微型推力发生装置的结构或机构和/或搭载本微型推力发生装置的航天器的结构或机构的影响。
[0070]如图1所示的可以多次装填燃料微型推力发生装置，其中圆形基盘驱动装置3是步进电机驱动系统。
[0071]图1所示的可以多次装填燃料微型推力发生装置的操作方法的一个实施例可描述如下:
[0072]假设具有编号(2，3，6)的推力发生单元2当前位于可用推力发生单元列表中。当具有编号(2，3，6)的推力发生单元6按照指令点火并完成了推力输出后，将编号为(2，3，6)的推力发生单元从可用推力发生单元列表中删除，增加到不可用推力发生单元列表中。可以多次装填燃料微型推力发生装置指令圆形基盘驱动装置3动作，带动圆形基盘I向预定方向绕中心轴转过预定角度，使编号为(2，3，6)的推力发生单元离开其输出推力时所在位置。随着其它单元相继输出推力或者随着时间推移，可以多次装填燃料微型推力发生装置指令圆形基盘驱动装置3继续带动圆形基盘I向预定方向绕中心轴转动，直到编号(2，3，6)的推力发生单元进入壳体包裹内，并与燃烧室清理装置的可旋转刷头5对齐。这时，可以多次装填燃料微型推力发生装置指令燃烧室清理装置动作，在预定的圆形基盘驱动装置最长动作周期内执行燃烧室清理程序。圆形基盘驱动装置3在可以多次装填燃料微型推力发生装置指令下继续带动圆形基盘I向预定方向绕中心轴转动，使编号(2，3，6)的推力发生单元与燃料加注装置的加注头对齐。这时，可以多次装填燃料微型推力发生装置指令燃料加注装置动作，在不大于1/2个预定的圆形基盘驱动装置最长动作周期内向编号(2，3，6)的推力发生单元的燃烧室内注入预定量的燃料，完成燃料加注程序。然后，可以多次装填燃料微型推力发生装置指令燃烧室密封装置动作，在不大于1/2个预定的圆形基盘驱动装置最长动作周期内向编号(2，3，6)的推力发生单元的燃烧室内注入给定量的密封剂，完成对所加注燃料的密封操作。最后，可以多次装填燃料微型推力发生装置指令加注头与圆形基盘脱离接触，并将编号(2，3，6)的推力发生单元从不可用推力发生单元列表中删除，增加到可用推力发生单元列表中。
[0073]在上述操作方法中，所加注燃料的量可以由控制计算机系统的指令进行改变。这种加注燃料量的改变可以基于由航天器上负责控制和管理的计算机系统根据此前的航天器的姿态或轨道控制指令及姿态或轨道测量结果，按照基于区间算术法则，利用航天器姿态或轨道控制系统模型进行的计算结果得到。这样做的好处可以是微型推力发生单元消耗速率的降低，以及姿态或轨道控制效率的提高。
[0074]图2所展示的是与图1对应的本发明的可以多次装填燃料微型推力发生装置的一个实施例的另一视图，主要用于展示壳体所搭载的燃烧室清理装置、燃料加注装置、燃烧室密封装置的结构。部件I是圆形基盘。部件2是推力发生单元。部件3是圆形基盘驱动装置。部件5是燃烧室清理装置的可旋转刷头、燃料加注装置的加注头、燃烧室密封装置的加注头三者之一，在图2中展示的位置为加注头。部件6是壳体。部件7是燃烧室密封装置的密封剂运输管道。部件8是燃料加注装置的燃料运输管道。部件9是燃烧室清理装置的燃烧残渣回收管道。部件10是温度控制系统。部件11是控制计算机系统。部件12是燃烧室密封装置的密封剂贮箱。部件13是燃料加注装置的燃料贮箱。部件14是燃烧室清理装置的尘渣收纳装置。
[0075]如图2所示的可以多次装填燃料微型推力发生装置的壳体上布置有多个部件5所指示的可旋转刷头或加注头，其由进给驱动机构、密封圈、旋转驱动机构或阀门及阀门控制机构等部分组成，可在进给驱动机构控制下从壳体伸出并接触圆形基盘I的表面或者推力发生单元2的内部，阀门控制机构可以控制阀门的开闭，以控制相应管路的开闭。这些可旋转刷头5或者加注头5中任何一个或多个可以同时或分别按照控制计算机系统9的指令在预定时间段内建立并保持与预定推力发生单元2的密闭连接，并进行相应的操作，如:清理燃烧室并收集燃烧室里的尘渣、向燃烧室内加注预定质量的燃料或密封剂。控制计算机系统11用于管理可以多次装填燃料微型推力发生装置，控制可以多次装填燃料微型推力发生装置上各种装置或系统的操作，管理可用推力发生单元列表和不可用推力发生单元列表，并与所连接的航天器上的其它计算机系统或其它系统进行信息和指令交互。温度控制系统10对可以多次装填燃料微型推力发生装置的壳体的预定部位，如燃料贮箱、密封剂贮箱，进行温度检测与温度控制，其中温度控制功能可以由温度控制系统10自主进行，也可接受并执行控制计算机系统11的指令。尘渣收纳装置14具有排放通道及装置，可以按照控制计算机系统的指令，在预定时间内将所收纳的尘渣的一部分或者全部排出到可以多次装填燃料微型推力发生装置外。
[0076]在图2所示的可以多次装填燃料微型推力发生装置上，推力发生单元2沿圆形基盘I的半径布置，并保持相邻推力发生单元之间的距离不小于预定的最小间距。
[0077]在图2所示的可以多次装填燃料微型推力发生装置上，燃料运输管道和密封剂运输管道分别与不同的加注头连接，因此，燃料加注装置的加注头和燃烧室密封装置的加注头是不同的两组加注头。这一实施例的操作方法中，当燃料加注结束后，控制计算机系统10发出的圆形基盘I旋转指令将包括以下相继指令:燃料加注头与圆形基盘I脱离接触、圆形基盘I旋转给定角度、对应的燃烧室密封装置的加注头伸出并与刚与燃料加注头脱离接触的推力发生单元建立密闭连接。
[0078]图2所示的可以多次装填燃料微型推力发生装置也可以是燃料加注装置和燃烧室密封装置共用加注头的。这只需要每个加注头具有两个阀门及阀门控制机构，且两个阀门分别与燃料运输管道和密封剂运输管道连接。
[0079]图3中展示的是本发明的可以多次装填燃料微型推力发生装置的另一个实施例。其中，部件I是圆形基盘。部件15是圆形基盘I边缘上布置的轮齿。部件4是可旋转轴承载部件。部件3是圆形基盘驱动装置。部件6是壳体。可旋转轴承载部件4及其附件提供圆形基盘I和壳体6的机械与电气连接。圆形基盘驱动装置3通过其边缘上的轮齿与圆形基盘I边缘上的轮齿15相连接，为圆形基盘I的旋转提供驱动。
[0080]图3所示的实施例中，圆形基盘驱动装置3可以是步进电机及相应的传动装置等附件。
[0081 ]图3所示的实施例可以使用与前面结合图1描述的操作方法相同或相似的操作方法操作。
【主权项】
1.一种可以多次装填燃料的微型推力发生装置，其包括: 可绕中心轴旋转的圆形基盘，圆形基盘上布置有多个可以产生推力的推力发生单元、以及点火逻辑控制电路、温度控制系统，每个推力发生单元包括点火装置、燃烧室、喷口，所有的推力发生单元的点火装置都与点火逻辑电路相连接； 圆形基盘驱动装置，用于控制圆形基盘绕中心轴的旋转； 燃烧室清理装置，用于清理具有空燃烧室的推力发生单元，其包括可旋转刷头、尘渣收纳装置； 燃料加注装置，用于向空燃烧室中注入燃料，其包括燃料加注头、燃料输送系统、燃料贮箱； 燃烧室密封装置，用于密封新加注了燃料的燃烧室，其包括燃烧室密封剂加注头、燃烧室密封剂输送系统、燃烧室密封剂贮箱； 控制计算机系统，用于控制点火逻辑电路、圆形基盘驱动装置、燃烧室清理装置、燃料加注装置、燃烧室密封装置，并与其它系统进行通讯； 壳体，用于容纳圆形基盘驱动装置、燃烧室清理装置、燃料加注装置、燃烧室密封装置、控制计算机系统、温度控制系统、以及圆形基盘的一部分，并提供机械接口与电气接口。2.如权利要求1所述的微型推力发生装置，其圆形基盘上的推力发生单元沿圆形基盘半径布置。3.如权利要求1-2所述的微型推力发生装置，其圆形基盘驱动装置为安装在圆形基盘中心轴上的步进电机及传动装置。4.如权利要求1-3所述的微型推力发生装置，其圆形基盘边缘具有齿轮齿，圆形基盘驱动装置为与圆形基盘边缘的齿轮相连接的步进电机及传动装置。5.如权利要求1-4所述的微型推力发生装置，其中包括两个可绕同一中心轴旋转的圆形基盘。6.如权利要求1-5所述的微型推力发生装置，其两个圆形基盘可在控制计算机指令下同时等量向相反的方向旋转。7.如权利要求1-6所述的微型推力发生装置，其燃料加注装置和燃烧室密封装置共用同一组加注头。8.—种权利要求1-7所述微型推力发生装置的操作方法，包括以下步骤: 步骤I，将微型推力发生系统中的推力发生单元编号，并按推力发生单元中是否具有燃料，形成可用推力发生单元列表和不可用推力发生单元列表； 步骤2，控制计算机系统发出点火指令后，将所使用的推力发生单元的编号记入不可用推力发生单元列表，并在该推力发生单元推力输出结束后驱动圆形基盘旋转，使该推力发生单元向燃烧室清理装置运动； 步骤3，当该推力发生单元到达燃烧室清理装置后，驱动燃烧室清理装置动作，将可旋转刷头伸入该推力发生单元的燃烧室并进行旋转清扫，将可旋转刷头清扫下来的燃料尘渣推入尘渣收纳装置，清扫结束后，收回可旋转刷头，停止燃烧室清理装置动作，等待圆形基盘下一次转动； 步骤4，当该推力发生单元离开燃烧室清理装置，到达燃料加注装置后，驱动燃料加注装置动作，将燃料加注头伸入该推力发生单元的燃烧室，测量燃烧室的温度； 步骤5，对燃烧室温度测量结果进行评估，当测量结果低于预定值时，进行燃料加注，否则收回燃料加注头，中止本次燃料加注操作； 步骤6，当所加注的燃料量达到预定值后，停止燃料加注装置动作； 步骤7，当燃料加注装置动作停止后，驱动燃烧室密封装置动作，将燃烧室密封剂加注头伸入该推力发生单元的喷口，注入燃烧室密封剂，完成后收回燃烧室密封剂加注头，停止燃烧室密封装置动作； 步骤8，控制计算机系统将该推力发生单元编号从不可用推力发生单元列表中删除，记入可用推力发生单元列表。
【文档编号】F02K9/95GK105863881SQ201610207706
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月6日
【发明人】朱宏玉, 王海涌, 胡肖肖, 刘琦
【申请人】北京航空航天大学