[發明專利]具有推力增程模塊的MEMS微推力器陣列芯片

有效

• 申請號: 201711042484.6
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107902109B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 王守旭;朱健;姜國慶;匡蕾;夏燕
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: B64G1/40
• 分類號: B64G1/40;F02K9/14;F02K9/32
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發明涉及一種具有推力增程模塊的MEMS微推力器陣列芯片，包括由下至上依次設置的點火層、藥室層和推力增程模塊；所述推力增程模塊的上表面設置有外噴孔，推力增程模塊的下表面設置有內噴孔，內噴孔和外噴孔之間設置有單晶硅薄膜，作為內外噴孔之間的隔膜；內噴孔內壁生長或者沉積高能納米含能膜作為推力增程模塊的推進劑。本發明在不改變核心機結構和性能參數的情況下，通過增加推力增程模塊實現對MEMS微推力器陣列芯片關鍵技術指標的調控，有利于實現MEMS微推力器陣列芯片的批量化、低成本化、系列化和型譜化。

技術領域

本發明涉及一種微推力器陣列芯片，特別是一種具有推力增程模塊的MEMS微推力器陣列芯片。

背景技術

微納衛星和微納衛星星座已經成為當前國際重要研究熱點之一，各航天大國均開展了相關研究。由于受到體積和載荷能力的限制，目前已發射和在研的微納衛星均未具備完整的姿軌控能力，僅具備有限的軌道機動能力。基于MEMS技術和微電子技術的MEMS微推進系統應運而生，成為微小衛星和微小衛星星座等微型航天器姿軌控技術的有力競爭者。

隨著MEMS技術的進步，MEMS微推進器陣列芯片的微藥室直徑已經進入亞毫米尺度，有利于提高MEMS微推力器單元的集成度和微型化、輕量化。但是，隨著微藥室直徑的降低，MEMS微推力單元能夠提供的推力也在降低，在集成度的提高和微推力性能之間存在技術矛盾。

目前，MEMS微推力器陣列芯片的主流結構仍然是TRW公司在20世紀90年代提出的“三明治”結構，即由MEMS微推力器單元由點火層、藥室層和噴孔層構成。在傳統的“三明治”結構中，改變MEMS微推力器單元技術指標需要對微推力器的設計參數和結構參數作出修改，研制周期長、成本高，不利于產品的批量生產和系列化。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有推力增程模塊的MEMS微推力器陣列芯片，解決MEMS微推力技術在集成度和微推力/微沖量等性能指標之間的矛盾。

實現本發明目的的技術方案為：一種具有推力增程模塊的MEMS微推力器陣列芯片，包括由下至上依次設置的點火層、藥室層和推力增程模塊；

所述推力增程模塊的上表面設置有外噴孔，推力增程模塊的下表面設置有內噴孔，內噴孔和外噴孔之間設置有單晶硅薄膜，作為內外噴孔之間的隔膜；內噴孔內壁生長或者沉積高能納米含能膜作為推力增程模塊的推進劑。

與現有技術相比，本發明的顯著優點為：

(1)本發明通過修改推力增程模塊的孔徑和高能納米含能膜的微結構和膜厚等參數，可以方便的對MEMS微推力器陣列芯片的微推力和微沖量等性能進行修改，不必修改核心機的結構和工藝參數，有利于實現MEMS微推力器陣列芯片的批量生產和系列化，有利于增強MEMS微推力系統的工藝柔性和性能柔性；

(2)高能納米含能膜具有能量密度高、燃速高、穩定燃燒的臨界直徑小、比沖大等優點，且含能膜與MEMS工藝兼容，可批量制備。

附圖說明

圖1是本發明中的推力增程模塊的結構圖。

圖2(a)和圖2(b)分別是具有噴孔層和沒有噴孔層的MEMS微推力器陣列芯片結構圖。

具體實施方式

結合圖1，圖2，一種具有推力增程模塊的MEMS微推力器陣列芯片，包括由下至上依次設置的點火層、藥室層和推力增程模塊；

所述推力增程模塊的上表面設置有外噴孔，推力增程模塊的下表面設置有內噴孔，內噴孔和外噴孔之間設置有單晶硅薄膜，作為內外噴孔之間的隔膜；內噴孔內壁生長或者沉積高能納米含能膜作為推力增程模塊的推進劑。

所述高能納米含能膜為多孔硅納米含能膜、CuO納米線/Al含能膜、Mg納米線/聚四氟乙烯或者CuO/Al可反應性多層膜。