一种脉冲等离子体推力器储能模块的制作方法

本发明属于航天器推进技术领域，尤其涉及一种用于脉冲等离子体推力器的能量储存模块。

背景技术：

ppt(脉冲等离子体推力器)由于体积小、质量小、结构简单、精确脉冲调节以及小功率高比冲等优点特别适合用作微小卫星的姿态控制和轨道维持的微推进系统，以增强卫星使命和延长工作寿命。而ppt推力器储能模块作为其核心组件，不但是推力器质量主要承载，而且其性能直接决定了ppt推力器的整体性能，一般要求具有高储能密度、较好的力学适应性、低寄生电感量等高性能要求。

目前ppt推力器空间飞行常用储能模块为薄膜及油浸纸介等电容器，这类电容器体积大且质量重，无法满足当前微小卫星对推进系统提出的轻质量、小体积的苛刻要求，而且采用单芯或多芯线作为能量传输线，对于ppt短脉冲放电而言，具有较大的能量损耗。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种脉冲等离子体推力器储能模块，能够有效提高储能密度，确保在有限狭小空间内的集成；而且能够克服短脉冲大电流传输时的趋肤效应，确保了能量的高效传输。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种脉冲等离子体推力器储能模块，包括：封装盒、陶瓷电容器片叠层组以及两块能量传输面板；

陶瓷电容器片叠层组设置在封装盒中，由多个无极性的陶瓷电容器片排列而成，且相互之间留有间隙；陶瓷电容器片的上电极和下电极各自位于同一侧；

两块能量传输面板在封装盒内的部分，其中一块焊接各陶瓷电容器片的上电极，另一块焊接各陶瓷电容器片的下电极；能量传输面板在封装盒外的部分形成用于电容器充电的充电连接导带以及用于短脉冲放电传输的放电输运带；

封装盒内进行灌封胶灌封。

优选地，封装盒为聚酰亚胺材质的长方体盒子。

优选地，封装盒底面设有安装孔，实现封装盒与推力器的螺接固连。

优选地，所述多个无极性的陶瓷电容器片排成矩阵，上电极同朝上，下电极同朝下。

优选地，对于一块能量传输面板，其在封装盒外的部分形成位于中间的充电连接导带，以及位于两侧的放电输运带。

优选地，所述放电输运带弯折为一阶的阶梯型。

优选地，放电输运带的阶梯型由a边、b边和c边组成，a边与c边平行，b边与a边、b边与c边之间的夹角在120°～150°之间。

优选地，所述充电连接导带和放电输运带的端部穿线孔，用于进行钩焊或捆绑焊接。

优选地，能量传输面板上开设腰形应力释放孔；能量传输面板装配到封装盒之后，所述应力释放孔位于封装盒边沿，部分在封装盒内部，部分在封装盒外部。

优选地，所述灌封胶采用高绝缘低出气的特性胶；所述特性胶在10^-2pa以下的真空度下，击穿电压大于3000v/mm；所述特性胶真空低出气指数要求总质量损失小于1％，可凝聚挥发物小于0.1％。

有益效果：

(1)本发明采用陶瓷电容器片叠层，有效提高了储能密度，突破空间狭小以及轻质量严苛限制，确保在有限狭小空间的集成，使得储能模块具有体积小、质量轻的优势。

其次，采用大面积高电导率能量传输面板将电容器片叠层组连接，并且采用导带完成短脉冲放电的传输，克服了短脉冲大电流传输时的趋肤效应，确保了能量的高效传输，提升了ppt推力器的整体性能；

此外，封装盒内采用真空灌封，避免低气压放电，既实现了整体固连，确保模块在力学振动时无形变，又做到电容器叠层组与封装盒和放电极板间的柔性连接，达到减弱振动影响、保护电容器叠层组的目的，为小型化高性能的ppt推力器研制奠定技术基础。

(2)通过封装盒固连、盒内真空灌封、应力释放孔的设置以及输运带弯折结构等针对性力学适应性设计，在保证良好性能的同时，具有非常高的力学适应性。

(3)放电输运带位于封装盒端口处设置腰形应力释放孔，降低了输运带的刚度，提升其柔性。

(4)储能模块整体结构简单，便于集成组装，符合ppt推力器的小型化高性能和星载一体化设计理念，具有普遍适用性，利于工程产品化。

附图说明

图1为本发明一种脉冲等离子体推力器储能模块设计三维结构示意图。

图2为陶瓷电容器片叠层组内陶瓷电容器片布置的俯视图。

图3为本发明的能量传输面板三维结构示意图。

其中，1-封装盒，2-陶瓷电容器片叠层组，3-能量传输面板，i-安装孔，ii-放电输运带，iii-充电连接导带，a-放电输运带的穿线孔，b-腰形应力释放孔，c-充电连接导带的穿线孔。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明提供了一种脉冲等离子体推力器储能模块，包括：封装盒1、陶瓷电容器片叠层组2以及两块能量传输面板3。

陶瓷电容器片叠层组2由多个无极性的陶瓷电容器片按照电极同向的方式排列而成，且相互之间留有间隙。陶瓷电容器片可以采用寄生电感小、储能密度高的商用标准陶瓷电容器片。为了提高陶瓷电容器片储能密度，这些陶瓷电容器片可以排成如图2所示的矩阵，上电极同朝上，下电极同朝下。

两块能量传输面板3分别位于陶瓷电容器片叠层组2之上和之下，在上的能量传输面板焊接所有陶瓷电容器片的上电极，在下的能量传输面板焊接所有陶瓷电容器片的下电极。这种结构能够保证形成叠层组的所有电容器片之间上、下电极分别良好连接，有效降低了寄生电感，实现能量高效传输。

封装盒1为一面开口的聚酰亚胺材质的长方体盒子，其底面有六个安装孔i，实现盒与推力器的螺接固连。聚酰亚胺材质能够实现良好电隔离和确保具有所需的结构强度。

将焊接完毕的叠层组放置于该封装盒1内，并采用灌封胶进行真空灌封，实现焊接完毕后的叠层组与封装盒的柔性连接，保护了叠层组，通过封装盒底部的六个安装孔i与ppt推力器进行螺杆固连接，从而实现了储能模块的“外刚内柔”，能够极大减弱力学振动对电容器叠层组的影响，保证其长寿命高可靠的工作。其中，灌封胶最好采用高绝缘低出气特性胶。高绝缘低出气特性胶的高绝缘是指10^-2pa以下的真空度下，击穿电压大于3000v/mm，低出气是指特性胶真空低出气指数要求总质量损失小于1％，可凝聚挥发物小于0.1％。

在装入封装盒后，能量传输面板3部分位于盒内，部分裸露在盒外。如前所述，能量传输面板3在封装盒内的部分，分别焊接陶瓷电容器片的上电极和下电极；而裸露在盒外的部分，如图1所示形成用于电容器充电的充电连接导带iii以及用于短脉冲放电传输的放电输运带ii。

本发明能量传输面板的结构如图3所示。在面板的一端形成位于中间的充电连接导带iii，以及位于两侧的放电输运带ii。其中，放电输运带ii弯折为一阶的阶梯型，这样使得储能模块与放电极板之间存在一定的形变，起到缓冲作用，实现柔性连接，提升力学适应性。具体来说，放电输运带ii的一阶阶梯型由a边、b边和c边组成，a边与c边平行，b边与a边和c边之间的夹角在120°～150°之间，这样在提供形变的同时，还可以避免过度弯折造成损坏。

充电连接导带iii上开穿线孔(图3中的c)，用于进行钩焊或捆绑焊接。同理，放电输运带ii的端部也开设穿线孔(图3中的a)，用于进行钩焊或捆绑焊接。

此外，在能量传输面板3上开设腰形应力释放孔(图2中的b)，该应力释放孔位于封装盒1边沿，部分在封装盒1内部，部分在封装盒1外部。应力释放孔能够降低输运带的刚度，提升其柔性。

使用时，将电源模块甩出的两根充电单芯线分别上下充电连接导带iii，即将单芯线的金属部分通过穿线孔(图3中的c)完成与导带的捆绑，然后焊接；四个放电输运带结构ii分别与四个放电电极通过捆绑穿线孔(图2中的a)完成捆绑，然后焊接。

当将该储能模块应用于25w级ppt推力器时，储能模块最大外轮廓为120mm×40mm×30mm，具体尺寸为封装盒1：90mm×42mm×22mm；叠层电容器2：85mm×40mm×18mm；能量传输面板3：0.3mm的厚度。

用1个储能模块作为25w级ppt推力器充放电的储能模块，储能模块分别对应两个推力器喷头，通过封装盒上面的螺孔，将储能模块与推力器进行螺接连接；储能模块放电输运带分别与推力器喷头的正负两个电极进行捆绑然后焊接，保证良好接触，降低接触电阻。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。