[發明專利]基于電阻加熱及燃燒室高溫引燃的離子推進劑電點火方法

在審

• 申請號: 202110498413.7
• 申請日: 2021-05-08
• 公開（公告）號: CN113123901A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 李國岫;李雷;李洪萌
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: F02K9/95
• 分類號: F02K9/95
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 黃曉軍

本發明提供了一種基于電阻加熱及燃燒室高溫引燃的離子推進劑電點火方法。包括由電極區和燃燒區組成點火裝置，離子推進劑通過入口進入到點火裝置的電極區，在離子推進劑流經電極區時導通所述電極區的電流，利用離子推進劑自有阻抗產生電流熱效應，離子推進劑被電流熱效應加熱發生蒸發分解反應，離子推進劑蒸發分解后的氣態混合物流出電極區進入燃燒區，在燃燒區被高溫引燃，實現離子推進劑點火。本發明利用離子推進劑自有電阻在通電狀態下產生熱量實現加熱離子推進劑自身，從而實現離子推進劑的蒸發和分解。將電能轉化為離子推進劑的能量，轉化效率高。通過高溫點燃離子推進劑蒸發分解的氣態產物，能夠實現穩定的點火。

技術領域

本發明涉及推進劑點火技術領域，尤其涉及一種基于電阻加熱及燃燒室高溫引燃的離子推進劑電點火方法。

背景技術

過去幾十年以來，無水肼單組元推進劑被廣泛用于衛星的姿軌控制、小衛星推進系統以及導彈動力系統等。但是肼毒性大，可致癌，易燃易爆，需要昂貴的地面支持和保障系統，這無疑增加了發動機制造和發射的成本。基于對綠色無毒推進劑的需求，上世紀開始航天技術人員便開始高能綠色無毒單組元液體推進劑的研究，目前被認為具有應用前景的單組元綠色無毒推進劑主要有ADN(二硝酰胺銨，Ammonium dinitramide)基單組元液體推進劑和HAN(硝酸羥胺，hydroxylammonium nitrate)基單組元液體推進劑。而且基于綠色無毒推進劑的空間發動機已經實現在軌驗證。

目前，現有技術中的一種在軌空間發動機結構主要由噴注系統、催化床、燃燒室和噴管幾部分組成，如圖1所示。在空間發動機工作過程中，推進劑通過霧化噴嘴噴射進入發動機的催化床中，在已經加熱至高溫的催化床的作用下，推進劑在催化床內逐漸蒸發和分解，并且推進劑中的組分發生分解反應，并生成大量的氧化性產物，氧化性產物與推進劑中的燃料在燃燒室中進行燃燒反應產生高溫高壓的氣體，燃燒產生的高溫氣體通過噴管噴出發動機從而產生推力。

推進劑的分解過程主要在催化床中進行，在發動機啟動前需將催化床預熱到一定溫度，催化床中的催化劑可以降低推進劑分解過程中的活化能，促進推進劑的分解過程，因此，催化劑對推進劑的分解過程有重要的作用。而在發動機運行過程中，推進劑燃燒具有很高的燃燒溫度，而催化劑在高溫下容易失活，因此會縮短發動機的壽命。另一方面，由于發動機啟動前需要一定的時間對催化床進行預熱，因此，發動機無法實現緊急情況下的冷啟動。

上述現有技術中的在軌空間發動機結構的缺點為：目前ADN基或HAN基空間發動機的啟動過程和分解燃燒過程都需要利用催化床的催化作用才能實現。而催化床的催化作用完全由催化劑顆粒的活性決定，隨著催化劑的長期使用，催化劑長期暴漏在高溫條件下，其活性會逐漸降低，催化劑的催化作用會逐漸減弱，因此，催化劑的活性直接決定空間發動機的壽命。催化劑在高溫下易失活的問題直接影響發動機的壽命，因此目前的催化劑無法實現高性能大推力發動機的壽命要求。

目前的ADN基或HAN基空間發動機嚴重依賴催化劑的工作特性，因此空間發動機無法實現發動機冷啟動，催化劑高溫易失活壽命短而且難以應用在高性能的大推力空間發動機。在發動機啟動時，催化床需要預熱到目標溫度，才能實現空間發動機啟動過程，因此無法在緊急情況下實現發動機的冷啟動。

發明內容

本發明的實施例提供了一種基于電阻加熱及燃燒室高溫引燃的離子推進劑電點火方法，以實現離子推進劑穩定的點火。

為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案。

一種基于電阻加熱及燃燒室高溫引燃的離子推進劑電點火方法，由電極區和燃燒區組成點火裝置，包括：

離子推進劑通過入口進入到點火裝置的電極區，在所述離子推進劑流經所述電極區時導通所述電極區內電極間的電流，利用所述電極間的離子推進劑自有阻抗產生電流熱效應，所述離子推進劑被所述電流熱效應加熱發生蒸發分解反應，所述離子推進劑蒸發分解后的氣態混合物流出所述電極區進入所述燃燒區，在所述燃燒區被高溫引燃，實現所述離子推進劑點火。