[发明专利]一种空间推进系统用固体冷气发生器结构

说明书

一种空间推进系统用固体冷气发生器结构，包括：点火器、垫环、过滤网、支撑环组件、药柱部件、壳体、U型底盖。点火器的一端由壳体的内部向顶部伸出，并与垫环通过螺纹连接；点火器的外壁套装有过滤网；药柱部件、支撑环组件和壳体由内至外依次套装，U型底盖和壳体的内壁之间焊接固定；壳体顶部周向均布有多个圆形排气孔；药柱部件外壁与壳体内壁之间不接触，导流气体；U型底盖的外壁上沿径向向内加工有多个缺口。本发明结构点火端主排气，气体流通性好，利用高燃速药燃烧产生的热量维持其余低燃速产气剂工作。

技术领域

本发明涉及一种空间推进系统用固体冷气发生器结构，属于推进技术领域。

背景技术

为了满足快速响应，降低卫星研制过程成本，卫星朝向模块化方向发展，要求空间推进系统能够即插即用，降低总装耦合周期，减少基地的加注周期，对于传统化学推进系统、冷气推进系统采用高压氮气进行增压，无法实现推进系统预包装、即插即用，而采用固体冷气发生器可解决预包装、即插即用问题。

南京理工大学朱朋等人在CN 1103921956B《固体冷气微推进系统》，提出了一种固体冷气发生器结构，发生器出气口在底部，产气剂采用颗粒装药，装药密度低，产气量低，消极质量高，多孔装药受运输及火箭发射过程的振动影响易磨损粉化，这种结构不适用于大长径比的发生器需求。消极质量包括燃烧室壳体的厚度和气体处理层(细砂层、活性炭层)占氮气产气剂的质量。

受空间推进系统体积限制，发生器直径受到一定约束，在长度约束低的条件下，为了提高装药量需要设计一种大长径比冷气发生器，而通常气体发生器长径比低于3:1，而对于4:1以上的大长径比固体冷气发生器，一般采用柱状装药，类似于固体火箭发动机装药，但热气流沿着药柱流向喷口的过程会对药柱持续加热，产气剂燃温不可控，造成燃烧室内产生大量高温高压气体，对装药室造成严重的负面影响，小型固体发动机壳体壁厚一般在5mm～10mm之间，消极质量占比大，不能满足空间推进系统的要求。

如图6所示，发生器点火与喷口在同一方向的设计可以消除热气流对产气剂的恶劣影响，随之而来的问题是在产气剂刚点燃时，点火器以及传爆药产生的热量可以维持燃烧一定的产气剂，但是随着产气剂的持续燃烧，产气剂尾部无法接收到燃气传热，对于长径比大的产气剂，尾部产气剂未得到足够的热量，无法维持自持燃烧，易出现熄火问题。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服现有技术的不足，提出了一种新型空间推进系统用固体冷气发生器结构。排气口与点火朝向同一端，形成点火端主排气，产气剂采用实心柱形装药，增加了装填密度，实现药柱端面燃烧。在发生器尾部以铣扁形式设计微孔排气，导流部分热气体，形成对产气剂药柱的对流加热，保障产气剂尾部持续燃烧，解决了大长径比固体冷气发生器工作熄火问题。

本发明解决的技术方案为：

一种空间推进系统用固体冷气发生器结构，包括：点火器、垫环、过滤网、支撑环组件、药柱部件、壳体、U型底盖；

点火器的一端由壳体的内部向顶部伸出，并与垫环通过螺纹连接，垫环位于壳体的外部；

点火器的外壁套装有过滤网，过滤网位于壳体的内部；

药柱部件、支撑环组件和壳体由内至外依次套装，药柱部件通过支撑环组件置于点火器下方；

U型底盖置于药柱部件下方；U型底盖和壳体的内壁之间焊接固定；

壳体顶部周向均布有多个圆形排气孔；

支撑环组件用于使药柱部件外壁与壳体内壁之间不接触，药柱部件外壁与壳体内壁之间的间隙用于导流气体；

U型底盖的外壁上沿径向向内加工有多个缺口，所述多个缺口用于使药柱燃烧产生的气体流出壳体。

药柱部件的长径比大于4：1。