[發明專利]用于航天器的發動機和包括這種發動機的航天器

有效

• 申請號: 201580035230.4
• 申請日: 2015-05-13
• 公開（公告）號: CN106662041B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: S·J·祖巴赫;F·R·J·瑪珊黛絲
• 申請（專利權）人: 賽峰飛機發動機公司
• 主分類號: F02K9/62
• 分類號: F02K9/62;F02K9/76;F02K9/97;F03H1/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 茅翊忞

一種航天航空器發動機(10)，包括具有用于噴射燃燒氣體的噴嘴(30)的化學推進器，以及霍爾效應推進器。發動機布置成使得噴嘴用作當霍爾效應推進器在操作時噴射的粒子的噴射通道。發動機可以以較低的比沖量輸送高推力或以較大的比沖量輸送相對低的推力。

技術領域

本發明涉及用于航天航空器、尤其是用于衛星的發動機領域。

背景技術

在某些應用環境中，可能期望航天航空器或者在高推力下、或者在高比沖擊下呈現兩種操作模式?？梢蕴峒皟蓚€實例:

·將衛星置于臺站上并保持其軌道：放置臺站的衛星需要高推力，以便盡可能迅速地將其轉移到地球靜止軌道；以及衛星需要高比沖量的推進，以便在十五年內保持在位；

·探索：有利的是使推進器能夠使天體物體起飛，然后一旦進入太空，使其能夠利用高比沖量的推進力。

以已知的方式，衛星推進通常借助兩種技術獲得：化學推進和電推進。這兩種推進模式在相對于推力的比沖(Isp)圖中具有相應的特定操作域：在輪廓上，化學推力使得能夠實現高推力，但是比沖保持限于450秒。相反，電推進能夠獲得高的比沖(2000s)，但是推力保持相對低。

對于衛星推進，霍爾效應推進器因此用于航天航空器的姿態和軌道控制系統(AOCS)，特別是在地球靜止衛星的AOCS中?；魻栃七M器使得能夠獲得1500s量級的非常高的比沖量(Isp)，從而使得能夠精確地控制航空器的姿態和/或位置，同時使用顯著小于在使用例如反應輪的慣性裝置的常規系統中所必要的質量和復雜度，并結合用于使其去飽和的化學推進器。

然而，提供高比沖的霍爾效應推進器通常僅實現非常低的推力。因此，包含霍爾效應推進器的AOCS通常與用于某些快速機動的化學推進器相關聯，例如軌道傳送或放置到位。然而，這具有增加航天航空器的整體成本和復雜性、損害其可靠性的缺點。

總之，現有技術(化學推進、電推進)都不能在這兩個預期的操作域中提供推進，即首先具有高推力和相對低的比沖量，其次具有高比沖量和相對低的推力。

發明內容

因此，本發明的目的是提出一種能夠在這兩個操作域中提供推力的航天航空器發動機，并且這樣做不會使航天航空器過重或復雜。

為了實現該目的，本發明提出一種航天航空器發動機，既包括具有用于噴射燃燒氣體的噴嘴的化學推進器，又包括霍爾效應推進器，發動機布置成使得所述噴嘴在霍爾效應推進器操作時用作由霍爾效應推進器噴射的粒子的噴射通道。

因此，這兩種技術、即化學推進和電推進被并入單個發動機內。通過設置某些共用的裝置，尤其是噴嘴，使以這種方式構成的發動機相對緊湊成為可能。因此，假設由于兩個推進器的同時存在而延長其運行能力，以這種方式構成的發動機保持相對簡單和便宜。

在一實施例中，霍爾效應推進器具有磁路；以及在子午線半平面上的截面中，磁路是馬蹄形的，具有通向噴嘴的下游端的氣隙；使得磁路適于在磁路的氣隙中產生磁場。

氣隙中產生的磁場較佳地是大致徑向的。

術語“上游”和“下游”在本文中相對于推進氣體在由噴嘴的中心軸線限定的方向上的正常流動方向進行定義。

磁場不一定在整個氣隙中產生，而是在其至少一部分中產生，通常位于其下游端。子午線半平面是由軸線(具體來說是噴嘴的軸線)限定的半平面。

在該實施例中，能夠在噴嘴中獲得磁場，尤其是因為不像大多數常規化學推進器噴嘴一樣是中空的且空的，而是該噴嘴包含磁路的一部分。磁路的該內部通常布置在噴嘴的軸線上，并且傳統上是軸對稱形狀，或者甚至是圍繞軸線的旋轉體的形狀。

其中磁路的截面為馬蹄形的子午線半平面較佳地圍繞噴嘴的軸線有規律地角度分布。理想地，磁路在每個子午線半平面中呈現一個這樣的截面，即圍繞噴嘴的軸線經過360°。