[发明专利]吸气式太阳能热微推力器

摘要

本发明提供的一种吸气式太阳能热微推力器，主要包括主体、进气道、扩压管、聚光系统，换热结构、喷管；可应用在距离地面120～300km大气层内的超低轨道卫星上，通过汇聚的太阳能加热进入微推力器的空气获得高温气体，经喷管喷出后产生大小为0.02～2N之间的推力，非常适用于该类卫星的姿态调控与阻力补偿；由于该微推力器的工质主要采用稀薄大气，并利用太阳能进行加热，因此飞行器只需自带少量推进剂，从而减轻推力器重量，增强轨道机动能力、增加飞行器的有效载荷并且延长飞行器的在轨时间；同时由于补充推进剂的使用，即可以提高推进系统所产生的推力，又能够扩大飞行器的空间应用范围。

主权项

一种吸气式太阳能微推力器，包括主体(1)、进气道(2)、扩压管(3)、聚光系统，换热结构(4)、喷管(5)；所述主体(1)为立方体构型；所述进气道(2)的入口位于主体(1)侧面，进气道(2)、扩压管(3)、换热结构(4)与喷管(5)依次密闭相连，喷管(5)的出口位于与进气道(2)的入口所在侧面相对的另一侧面；所述进气道(2)为旋转体结构，所述旋转体的母线由两段曲线(2.1)、(2.2)构成，所述曲线(2.1)、(2.2)由截取圆周的1/4段获得，曲线(2.1)向内凹，其所在圆周的圆心A在所述旋转体外，曲线(2.2)向外凸，其所在圆周的圆心B在所述旋转体内，曲线(2.1)位于进气道(2)的入口端，曲线(2.2)位于进气道(2)的出口端，曲线(2.2)的自由端C距离旋转对称轴(2.3)的垂直距离与扩压管(3)的入口的半径相等；所述扩压管(3)为轴对称结构，进口端(3.1)设计为圆形，与进气道(2)的出口密闭连接，出口端(3.2)设计为方形结构，与换热结构(4)的入口密闭衔接，在扩压管(3 )壁面的中部位置存在数个沿扩压管周向均匀排布的小孔(3.3)，作为加入补充推进剂的入口；所述聚光系统包括：反射镜(6)、主聚光器(7)、二次聚光器(8)和支撑杆(9)；所述主聚光器(7)由位于主体(1)上表面的凹面构成，所述凹面呈旋转抛物面设计；所述抛物面的几何中心处有一圆孔(7.1)，用于放置二次聚光器(8)的透镜(8.1)，圆孔(7.1)面积与二次聚光器(8)的透镜接收面的面积相等；圆孔(7.1)四周均匀分布着螺纹孔(9.1)，支撑杆(9)一端插入螺纹孔(9.1)内，通过螺纹连接的方式将反射镜(6)固定在主聚光器(7)上；反射镜(6)的镜面为凹面，所述凹面也呈旋转抛物面设计，反射镜(6)的凹面朝向主聚光器(7)的凹面；反射镜(6)和主聚光器(7)的对称轴重合；主聚光器(7)与反射镜(6)二者的旋转抛物面的焦点重合；所述二次聚光器(8)是折射式二次聚光器，主要包括三部分：透镜(8.1)、能量提取器(8.3)以及支撑板(8.2)；所述二次聚光器(8)安放在反射镜(6)正下方、主聚光器(7)中心的圆孔中；所述二次聚光器(8)的透镜下半部和能量提取器(8.3)插入到换热结构(4)的辐射换热腔(4.1)中，能量提取器(8.3)为三棱锥结构；所述换热结构(4)包括：换热层板，辐射换热腔(4.1)，隔热板(4.4)；所述换热层板包括翅片(4.3)和翅片管道(4.2)；翅片(4.3)附着在翅片管道(4.2)的主体部分的外壁，翅片管道(4.2)的主体部分采用横截面为椭圆形的柱状结构，该椭圆的长轴方向设置为与扩压管中轴方向平行；为了放置二次聚光器(8)，在翅片管道(4.2)中设有圆柱形空腔作为辐射换热腔(4.1)，该空腔(4.1)与翅片管道(4.2)共同一条中轴线，辐射换热腔(4.1)底部设计成圆锥形；将二次聚光器(8)的支撑板(8.2)夹持在固定板(11)和翅片管道(4.2)的上底面之间，通过螺钉(12)将固定板(11)、翅片管道(4.2)上底面固定在隔热板(4.4)上；所述喷管(5)设计为锥形结构。