一种N₂O微推力器实验装置的制作方法

专利名称：一种N₂O微推力器实验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种N2O微推力器实验装置，属于空间微推进技术领域。
背景技术：
随着航天技术的发展，微推力器在航天器方面的应用十分广泛。微推力器是可 以实现精确冲量控制并用于精确控制飞行器姿态，具有体积小、响应速度快、可靠性高 等特点。微推力器可有多种工质，传统微推进常用冷气推进，工质主要采用氮气，廉价 无毒，但比冲较低；而化学推进往往基于胼等有毒、易燃推进剂。随着世界各国对环保 问题的关注，采用氧化亚氮这一无毒推进剂，可以突破传统为推进系统的限制并改善推 进效率，是当前微推进一个新的发展趋势。N2O在加热到520°C以上时，发生放热式分 解，产物为氮气和氧气，在推力室前端设置装有特定催化剂的分解室，可以降低自维持 分解启动温度，从而降低微推力器功率，减少微推力器负荷。N2O微推力器比冲与N2O 分解温度有密切关系有密切关系，分解温度越高，比冲也越高，减少微推力器热量损失 有利于提升微推力器性能。现有N2O微推力器体积较大，连接结构复杂，拆卸及装填 催化剂不方便，推力室及喷管过厚向外传导了较多热量，推力及比冲性能得不到有效提高。

发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种简单、可靠的N2O微推力器 实验装置，可以方便地研究影响N2O微推力器的性能参数。本发明的一种N2O微推力器实验装置，包括N2O进气接管嘴、前多孔板、催化 分解室、测压接管嘴、微喷管、后多孔板、测温接管嘴和催化剂颗粒；催化分解室内部两端设置台阶面，中间充填催化剂颗粒，前多孔板和后多孔板 分别通过台阶面固定在催化分解室的两端，N2O进气接管嘴与催化分解室前端连接从而 将前多孔板固定，微喷管前端通过与催化室后端配合保证同轴度，微喷管前端与催化分 解室后端固定连接，后多孔板与微喷管之间空间为推力室，测温接管嘴固定连接在催化 分解室中间，测压接管嘴固定连接在后多孔板与微喷管之间的推力室上。本发明的优点在于(1)催化分解室中前多孔板、后多孔板固定安装结构简单可靠，更换拆卸方 便；(2)催化剂颗粒固定在前多孔板、后多孔板，更换方便；(3)N2O进气接管嘴与催化分解室螺纹连接具有简单可靠、拆卸方便、体积小、 质量轻特点；(4)N2O进气接管嘴与催化分解室采用紫铜密封圈密封，密封简单可靠，拆卸方 便，可重复使用；(5)温度传感器、压力传感器分别通过测温接管嘴、测压接管嘴测量参数，传感器可更换；(6)N2O微推力器实验装置整体体积与质量较小，向外界传导热量少，利于提升 微推力器性能；(7)本发明中N2O微推力器实验装置的启动温度为350°C，并有效减少了向外界 的热量传导。


图1是本发明的一种N2O微推力器实验装置的结构示意图；图2是本发明催化分解室的结构示意图；图3是本发明前多孔板的结构示意图；图4是本发明后多孔板的结构示意图；图5是本发明N2O进气接管嘴的结构示意图。图中I-N2O进气接管嘴2-紫铜密封圈3-前多孔板4-催化分解室 5-测压接管嘴6-微喷管7-后多孔板 8-测温接管嘴9-催化剂颗粒10-分解室 101-密封面 401-台阶面
具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。本发明是一种N2O微推力器实验装置，如图1所示，包括N2O进气接管嘴1、紫 铜密封圈2、前多孔板3、催化分解室4、测压接管嘴5、微喷管6、后多孔板7、测温接 管嘴8和催化剂颗粒9。如图2所示，催化分解室4内部两端设置台阶面401，中间充填催化剂颗粒9， 前多孔板3、后多孔板7分别如图3、图4所示，中间设置若干棋盘式布置直径小于或者 等于Φ0.5ιηιη的通孔，通孔布置形式为棋盘式，每两个孔间隔0.8mm 1mm，在主要保 证布置形式，孔数量在孔板直径范围内越多越好，前多孔板3和后多孔板7分别通过台阶 面401固定在催化分解室4的两端，后多孔板7、前多孔板3的外径与催化分解室4内径 均为间隙配合。N2O进气接管嘴1与催化分解室4前端通过螺纹连接将前多孔板3固定。 如图5所示，N2O进气接管嘴1上还设有密封面101，紫铜密封圈2位于密封面101，用 于N2O进气接管嘴1与催化分解室4之间的密封。微喷管6前端通过与催化室4后端配 合保证同轴度，微喷管6前端与催化分解室4后端固定连接。后多孔板7与微喷管6之 间的空间为推力室10，测温接管嘴8固定连接在催化分解室4中间，温度传感器通过测温 接管嘴8监测催化剂颗粒9的温度。测压接管嘴5固定连接在后多孔板7与微喷管6之 间的推力室10上，压力传感器通过测压接管嘴5测量N2O微推力器推力室10的压力。本发明中N2O微推力器实验装置各部件均可更换，其中前多孔板3、后多孔板7 和N2O进气接管嘴1可自由拆卸，其余部件通过焊接成为一体。即微喷管6与催化分解 室4、测温接管嘴8与催化分解室4、测压接管嘴5与催化分解室4均为焊接固定。N2O微推力器实验装置上游风0压力和流量可调，N2O从进气接管嘴1进入催化分解室4自维持分解，测压接管嘴5、测温接管嘴8分别用来监测催化床启动温度和推力 室压力，分解后的混合气体(主要是氧气和氮气混合物)通过微喷管6排出，产生推力。本发明中除密封圈2采用紫铜外，N2O进气接管嘴1、前多孔板3、催化分解室 4、测压接管嘴5、微喷管6、后多孔板7、测温接管嘴8材料均为lCrl8Ni9Ti。N2O微推力器实验装置用于考察推力器性能，对微喷管6及喉部同轴度有一定要 求，微喷管6前端通过与催化室4后端配合保证同轴度，再进行焊接固定。安装时，先 将后多孔板7布置在催化分解室4后端台阶面上，然后充填一定量催化剂颗粒9，另一端 布置前多孔板3，之后将紫铜密封圈2安装至N2O进气接管嘴1密封面，最后将N2O进气 接管嘴1与催化分解室4通过螺纹连接紧固。为保证安装及定位方便，后多孔板7和前 多孔板3外径与催化分解室4内径均为间隙配合。为避免N2O进气接管嘴1与催化分解 室4进行螺纹连接时，与紫铜密封圈2前多孔板3产生过定位，优先考虑紫铜密封圈2的 压缩量，再设计前多孔板3厚度，安装完成后，紫铜密封圈2的压缩量满足要求，同时前 多孔板3与N2O进气接管嘴1的端面，以及催化分解室4的台阶面有一定间隙，既能固定 催化分解室4内的催化剂颗粒9，又不会产生过定位，整个N2O微推力器实验装置密封面 均为粗糙度1.6。测温接管嘴8布置在催化室催化分解室4中间，温度传感器测量端在中 心，监测催化剂颗粒9温度，为是否开始催化分解实验提供参考。测压接管嘴5布置在 催化室后多孔板7与微喷管6之间的推力室10上，用来测量N2O微推力器推力室压力。N2O微推力器实验装置工作流程如下1、安装将风0微推力器实验装置组装完成至如图1所示，然后在催化分解室4外部安装 外置式加热器，固定微推力器，并在N2O进气接管嘴1前连接好上游供应管路。2、调压根据预先的仿真结果及试验设计，调节N2O压力流量参数至设计值。3、加热启动外置式加热器，同时监测催化分解室4的温度传感器温度值，当温度值为 350°C时，停止加热。4、热试上述准备工作完成后，开启供应管路电磁阀，N2O从N2O进气接管嘴1进入催 化分解室4，在一定温度催化剂的作用下开始自维持分解，分解后的混合气体通过微喷管 6排除，产生推力。工作一定时间后，关闭电磁阀，热试结束。
权利要求
1.一种N2O微推力器实验装置，其特征在于，包括N2O进气接管嘴、前多孔板、催 化分解室、测压接管嘴、微喷管、后多孔板、测温接管嘴和催化剂颗粒；催化分解室内部两端设置台阶面，中间充填催化剂颗粒，前多孔板和后多孔板分别 通过台阶面固定在催化分解室的两端，N2O进气接管嘴与催化分解室前端连接从而将前 多孔板固定，微喷管前端通过与催化分解室后端配合保证同轴度，微喷管前端与催化分 解室后端固定连接，后多孔板与微喷管之间空间为推力室，测温接管嘴固定连接在催化 分解室中间，测压接管嘴固定连接在后多孔板与微喷管之间的推力室上。
2.根据权利要求1所述的一种N2O微推力器实验装置，其特征在于，N2O微推力器实 验装置还包括紫铜密封圈，N2O进气接管嘴上还设有密封面，紫铜密封圈位于密封面。
3.根据权利要求1所述的一种N2O微推力器实验装置，其特征在于，前多孔板、后多 孔板中间设置若干直径小于或者等于0.5mm的通孔，通孔布置形式为棋盘式，每两个通 孔间隔0.8mm 1mm。
4.根据权利要求1所述的一种N2O微推力器实验装置，其特征在于，前多孔板、后多 孔板的外径与催化分解室内径均为间隙配合。
5.根据权利要求1所述的一种N2O微推力器实验装置，其特征在于，N2O进气接管 嘴与催化分解室前端通过螺纹连接。
6.根据权利要求1所述的一种N2O微推力器实验装置，其特征在于，所述的微喷管与 催化分解室、测温接管嘴与催化分解室、测压接管嘴与催化分解室均为焊接固定。
全文摘要
本发明公开了一种N2O微推力器实验装置，属于空间微推进技术领域，包括N2O进气接管嘴、紫铜密封圈、前多孔板、催化分解室、测压接管嘴、微喷管、后多孔板、测温接管嘴、催化剂颗粒；N2O微推力器实验装置各部件均可更换，其中前多孔板、后多孔板和N2O进气接管嘴可自由拆卸，其余部件通过焊接成为一体；前多孔板、后多孔板通过催化分解室的台阶面固定，中间充填催化剂颗粒，N2O进气接管嘴与催化分解室通过螺纹连接将前多孔板固定；微推力器实验装置上游N2O压力和流量可调，N2O从进气接管嘴进入催化室自维持分解，测温接管嘴、测压接管嘴分别用来监测催化床启动温度和推力室压力。本发明可以方便地研究影响N2O微推力器性能的相关参数。
文档编号G01L5/00GK102012293SQ20101052828
公开日2011年4月13日 申请日期2010年11月2日 优先权日2010年11月2日
发明者方杰, 李茂 , 蔡国飙, 韩乐 申请人:北京航空航天大学