一种大推力电控固体推力器

1.本发明涉及一种采用电控固体推进剂的大推力可调、可多次启动固体火箭发动机，属于固体推力器领域。


背景技术：

2.相比于传统固体推力器，电控固体推力器实现了启停可控、推力可调，但现有的电控固体推力器技术发展不成熟，存在着诸多问题，有很大的改进空间。现有电控固体推力器主要包括同轴式电极结构和端面燃烧式电极结构的推力器。
3.同轴式电控固体推力器推力小，装药量少、工作时间短。虽然可通过并联的方式增加推力器推力，但这种设计会增加推力器自身重量，降低装药比。
4.端面燃烧式推力器是在推进剂两个端面之间施加电场，进而控制推进剂的燃烧。这种方式装药的缺点是，发动机内要给弹簧要预留一定的空间，这会大大降低推力器的装药量，同时航天器在工作时，往往处于超重或失重状态，这也会影响弹簧的性能，无法将推进剂与燃烧电极压紧，一旦推进剂和燃烧电极不再接触，推力器便会失效，进而影响航天器的正常运转。
5.因此，针对以上不足，需要提供一种能够大幅度增加装药比的电控固体推力器，实现输出大推力的目的。


技术实现要素：

6.针对现有电控固体推力器装药量小，推力小问题，本发明提供一种大推力电控固体推力器。
7.本发明所述一种大推力电控固体推力器，包括方形外壳3、绝热绝缘套4、正极接线柱5、负极接线柱6、负极7、正极8、电控固体推进剂10和喷管11；
8.方形外壳3的前侧开口端与喷管11的大口端连接，正极8和负极7固定在绝热绝缘套4内，并整体装配在方形外壳3内腔中，正极8设置有正极接线柱5，负极7设置有负极接线柱6；
9.方形外壳3的后侧底板设置有两个绝缘通孔，所述正极接线柱5、负极接线柱6从两个绝缘通孔伸出至方形外壳3的外部；
10.负极7和正极8的结构相同，负极7包括多个平行等间距的直薄片，任意两个相邻的直薄片端部由弧状板相连，负极7和正极8的弧状板相对设置于两侧，负极7和正极8的直薄片相对交叉形成等间距交错布局，负极7和正极8交错布局形成的间隙内填充电控固体推进剂10。
11.优选地，在装配前，正极8表面进行磨砂处理，并在其表面喷涂绝缘涂层9，然后在马弗炉中进行塑化。
12.优选地，绝热绝缘套4为一端开口、一端封闭的类长方形结构，绝热绝缘套4的封闭端板的内表面设置有多个与负极7和正极8的极片相适应的凹槽，使得直薄片及弧状板端部
卡装在绝热绝缘套4的凹槽内。
13.优选地，绝热绝缘套4采用石棉材料。
14.优选地，正极8和负极7均采用钛合金材料。
15.优选地，方形外壳3的前侧开口端通过螺栓1与喷管11的大口端连接。
16.优选地，还包括密封垫片2，方形外壳3与喷管11之间设置有密封垫片2。
17.本发明的有益效果：
18.(1)、本发明可以通过施加或撤出电压实现重复点火与熄火，并且可以通过需求改变加载电压，进而改变推力器推力。
19.(2)、不同于端燃式推力器电极和推进剂药柱的接触方式，省去了供给弹簧结构，在提高推力器稳定工作的同时大幅度增加了推力器的装药量，能够有效延长航天器的在轨寿命。
20.(3)、相比于同轴式推力器，本发明推力器具有更多的燃烧区域，可以提供更大的推力，并且可以尽可能减小电极片的厚度，有效提高推力器装药的质量比。
21.(4)、每组电极片之间的距离均相等，使得每个燃烧区的推进剂燃烧速率保持一定，提高推力器工作的稳定性
附图说明
22.图1是本发明所述一种电控固体推力器的平面结构示意图；
23.图2是电极的结构示意图；
24.图3是正负极配置的结构示意图；
25.图4是电极、绝缘涂层、推进剂装配的结构示意图；
26.图5是电极安装于绝热绝缘套内的原理图；
27.图中：1-螺栓、2-密封垫片、3-方形外壳、4-绝热绝缘套、5-正极接线柱、6-负极接线柱、7-负极、8-正极、9-绝缘涂层、10-电控固体推进剂、11-喷管；
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
29.本发明的电控固体推力器改变了原有电控固体推力器的电极结构，增加了推进剂的装药量，同时提高了推力器的推力，可以满足更多的使用需求。
30.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
31.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
32.具体实施方式一：下面结合图1至5说明本实施方式，本实施方式所述一种大推力电控固体推力器，包括方形外壳3、绝热绝缘套4、正极接线柱5、负极接线柱6、负极7、正极8、电控固体推进剂10和喷管11；
33.方形外壳3的前侧开口端与喷管11的大口端连接，正极8和负极7固定在绝热绝缘
套4内，并整体装配在方形外壳3内腔中，正极8设置有正极接线柱5，负极7设置有负极接线柱6；
34.方形外壳3的后侧底板设置有两个绝缘通孔，所述正极接线柱5、负极接线柱6从两个绝缘通孔伸出至方形外壳3的外部；正极接线柱5一侧连接正极，另一侧通过绝热绝缘套4上的伸出方形外壳3外侧，连接电源正极；负极接线柱6一侧连接负极，另一侧通过绝热绝缘套上4的通孔伸出方形外壳3外侧，连接电源负极；
35.负极7和正极8的结构相同，负极7包括多个平行等间距的直薄片，任意两个相邻的直薄片端部由弧状板相连，负极7和正极8的弧状板相对设置于两侧，负极7和正极8的直薄片相对交叉形成等间距交错布局，负极7和正极8交错布局形成的间隙内填充电控固体推进剂10。所述正极8和负极7具有相同的结构设计，给出一个实施例，正极8和负极7均包含5个电极片，侧面具有圆弧状。
36.在装配前，正极8表面进行磨砂处理，并在其表面喷涂绝缘涂层9，然后在马弗炉中进行塑化。
37.绝热绝缘套4为一端开口、一端封闭的类长方形结构，绝热绝缘套4的封闭端板的内表面设置有多个与负极7和正极8的极片相适应的凹槽，使得直薄片及弧状板端部卡装在绝热绝缘套4的凹槽内。电控固体推进剂10在固化前把药浆浇注在正极8、负极7和绝热绝缘套4所形成的半封闭的空间内。
38.绝热绝缘套4采用石棉材料。
39.正极8和负极7均采用钛合金材料。
40.方形外壳3的前侧开口端通过螺栓1与喷管11的大口端连接。
41.方形外壳3与喷管11之间设置有密封垫片2。
42.电极片交叉排列，在电极片之间装填电控固体推进剂，在正极片上涂有绝缘涂层，防止推进剂快速燃烧。正负接线柱分别接直流电源的正负极，通过调节直流电源的输入功率可以控制推进剂的燃烧速率，进而控制推力器的推力。该发明中电极有直薄和曲面两段式构成，采用直薄片，具有极小的厚度，有利于增加推力器的装药量，提高装药比；直薄电极片之间距离相等，保证每组电极片之间的推进剂能够同步燃烧，该设计既能够获得较大推力，又提高了推力器的装药量，还可以满足推进剂可控的工作要求，实现推力器大推力模式下的重复启动和推力可调。
43.本实施方式重点在于包括两个电极：正极8和负极7。在本发明中，改变了以往电控固体推力器的电极结构，优化了推进剂与电极的接触方式。相比之下，在提高推力器装药量的同时，也提高了推力器的推力。
44.正负电极交错排布，所有的电极间距均保持相等，这种方式可以保证每个单元内电控固体推进剂的燃速保持恒定。这种电极结构极其排布方式，是原有同轴式推力器电极结构的进步，采用该电极排布方式的推力器具有较高的装药比，同时可以满足多单元电控固体推进剂同时燃烧，可以产生更大的推力。
45.装配过程为：首先将正极8的表面进行磨砂处理，然后将绝缘涂层9喷涂在处理后的正极8表面，最后将电极放入马弗炉进行塑化处理。将处理过的正极8和负极7的电极片相互交错，然后将正极8和负极7的接线柱穿过绝热绝缘层4的通孔，并将正极8和负极7固定在相应的凹槽内。组成结构参见图3和图5所示。
46.其次，将组装好的组件在方形外壳3的开口端装入。
47.再次，将未固化的电控固体推进剂10药浆浇注至正极8、负极7和绝热绝缘壳4所围成的半封闭的空间内。放置在35℃的烘箱内固化7-10天。
48.最后，将喷管11与方形壳3开口端用螺栓固定，完成推力器组装。
49.主要的工作过程为：本发明中的正极接线柱和负极接线柱分别与直流电源的负极和正极连接。根据推力需求，设置初始的点火电压。本发明使用的电控固体具有良好的导电性，可以实现更好的燃烧。推力器中所有的电极间距均相等，可以使不同单元内的电控固体推进剂保持相同的燃烧。接通电路，电控固体推进剂在正极和负极间燃烧产生高温高压燃气，经喷管加速喷出后产生推力，本发明中多个单元的电控固体推进剂可以同时燃烧，所以本推力器可以产生巨大的推力，以满足更多的使用需求。若根据实际情况进行推力调节，可以通过改变调节电压来实现。当需要推力器停车时，关闭电源即可实现。再次加载电压时，推力器实现二次点火。整个过程是可以重复的。
50.虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例中。