[发明专利]一种用于微纳卫星的电弧点火器

说明书

本发明公开了一种用于微纳卫星的电弧点火器，包括点火器壳体、点火药柱、液体氧化剂、喷嘴固定件、喷嘴、端盖、导电通道、两个电极压块、两个绝缘套、两个电极；在点火器壳体的头部通过喷嘴固定件固定喷嘴，尾部固定端盖，点火药柱固定在点火器壳体内，在点火药柱的头部中心开有圆形凹槽作为预燃室，在圆形凹槽一侧开有与其直接连通的弧形槽；端盖上开有中心通孔，并设置两个电极，电极外通过绝缘套隔离，两个电极分别伸入点火药柱的弧形槽的两端后再沿弧形槽向其中心蜿蜒，分别通过电极压块固定，两个蜿蜒的电极端部通过导电通道实现连通。本发明点火瞬时功率低，且可以实现固液混合发动机的多次启停，适用于有多次机动需求的微纳卫星平台。

技术领域

本发明属于发动机点火技术，具体涉及一种用于微纳卫星的电弧点火器。

背景技术

近年来，随着科技的不断进步，进入外空的门槛不断降低，微纳卫星在民用和商用领域不断拓展。因其成本低、研制周期短，已经呈现“爆发式”增长的趋势。在轨活跃的微纳卫星中，有46.6%为技术试验卫星，而不同轨道高度的空间环境有显著的差异，实现大规模的轨道机动，对于元器件和技术应对不同空间环境的验证也具有重大意义。

目前的卫星的变轨主要通过星载推力器实现，推力器常见的点火方式有催化点火、等离子体点火、火炬点火等，但这些方式都存在功率过高的问题，限制了其在微纳卫星上的应用。

CN201410599049.3公开了《一种直流电发火的次钝感型电点火具》，采用新点火药剂、新药头药剂、改进装药空间、对桥丝结构的优化，解决了电点火具的电阻、绝缘电阻、安全电流、发火电流、瞬发度和防静电等技术要求和能量输出要求。但是其点火过程无法实现可控地停止，在一次点火后，全部点火药均燃烧殆尽，不能实现第二次或更多次点火，无法实现多次可靠的点火。

伍鹏在《基于单片机控制的姿控发动机电弧点火系统》一文中，采用高压包产生高电压击穿空气，击穿产生的高温电弧直接点燃氧化剂和燃料的混合气体。然而电压的大小只是决定了能不能击穿空气，当空气击穿之后，决定电弧的是电弧的功率，而电弧功率来源于电弧放电电路输出的功率，点燃混合气体需要电路提高足够的功率。在这篇文章中点火的瞬时功率高达到了24W，若使用于微纳卫星平台，会对卫星的电源系统造成极大的负担。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于微纳卫星的电弧点火器，应用于微纳卫星固液混合推力器上，以解决微纳卫星空间大范围多次机动时多次点火的需求。

实现本发明的技术解决方案为：一种用于微纳卫星的电弧点火器，包括点火器壳体、点火药柱、液体氧化剂、喷嘴固定件、喷嘴、端盖、导电通道、两个电极压块、两个绝缘套、两个电极；点火器壳体为圆筒状，喷嘴通过喷嘴固定件固定在点火器壳体的头部，端盖固定在点火器壳体的尾部，点火药柱固定在点火器壳体内，点火药柱的头部与端盖的尾部接触，点火药柱的尾部与喷嘴的头部之间不接触形成燃烧腔；点火药柱上开有中心通孔作为氧化剂的第二流道，在点火药柱的头部中心开有圆形凹槽作为预燃室，所述圆形凹槽与第二流道连通，点火药柱的头部还开有一个位于圆形凹槽一侧的弧形槽，弧形槽和圆形凹槽直接开设第一通道连通；端盖上开有中心通孔作为氧化剂的第一流道，端盖上还设有两个电极安装孔，两个电极安装孔关于中心通孔对称分布，每个电极安装孔内设有一个电极，电极和电极安装孔之间通过绝缘套隔离，两个电极分别伸入点火药柱的弧形槽的两端后再沿弧形槽向其中心蜿蜒，分别通过电极压块固定，两个蜿蜒的电极端部通过导电通道实现连通；

对电极施加电压，当电极末端的导电通道两端的电压超过阈值时，在导电通道的诱导下，在两个电极之间发生电击穿，产生高温电弧，进而产生高温的碳氢蒸气，启动一段时间后氧化剂流从上游的第一流道中进入预燃室，与高温碳氢蒸气接触开始燃烧形成火焰核，并在向下传播中不断热解并点燃点火药柱，在燃烧腔中形成高温高压的环境，进一步促进燃料的热解，与氧化剂气体掺混后形成扩散燃烧，进一步提升火焰的温度与燃烧腔内压力，通过喷嘴喷出后实现后续主装药的可靠点燃；在点火器多次点火后初始导电通道被消耗殆尽的情况下，点火药柱燃烧后的物质仍然在两个电极之间起到诱导电弧的作用。