[發明專利]一種基于音速噴嘴流量控制的碘工質電推進儲供系統

有效

• 申請號: 202110576071.6
• 申請日: 2021-05-26
• 公開（公告）號: CN113306746B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 黎康
• 申請（專利權）人: 成都天巡微小衛星科技有限責任公司
• 主分類號: B64G1/22
• 分類號: B64G1/22;B64G1/26;F03H99/00
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 林菲菲

本發明公開了一種基于音速噴嘴流量控制的碘工質電推進儲供系統，該系統包括控制模塊、方形碘儲罐、碘儲罐壓力傳感器、開關自鎖閥、調壓氣容、調壓氣容壓力傳感器、音速噴嘴組件、陰極供給管路和陽極供給管路；方形碘儲罐、開關自鎖閥、調壓氣容和音速噴嘴組件通過管路依次連接；音速噴嘴組件陰極出口與陰極供給管路連接，陽極出口與陽極供給管路連接；調壓氣容壓力傳感器安裝于調壓氣容與音速噴嘴組件之間的管路上；調壓氣容加熱器包覆于調壓氣容外表面；管路控溫模塊包覆于除方形碘儲罐和調壓氣容外的管路部件上。本發明更有利于碘工質電推進儲供系統的模塊化設計，降低成本的同時提升了高溫環境下的系統可靠性和流量精確控制能力。

技術領域

本發明涉及一種空間電推進技術領域，具體涉及一種基于音速噴嘴流量控制的碘工質電推進儲供系統。

背景技術

近年來，碘工質電推進系統逐漸成為商業小衛星平臺青睞的電推進技術。相比起傳統的氙工質電推進系統，碘工質推進系統存儲密度高，價格便宜，在商業衛星領域具有其獨特優勢。

碘工質電推進儲供系統是存儲固體碘，并將碘蒸汽以精確流量供給到電推力器的系統。該系統將固體碘存儲在儲罐中，推進系統工作時需要首先通過加熱將固體碘升華為碘蒸汽，然后通過各種控制手段精確控制碘蒸汽分別供給到電推力器的陰極和陽極。與傳統的氙工質電推進系統儲供系統工作在高壓、常溫、氣態環境不同，碘工質電推進儲供系統工作在低壓、高溫環境，且可能存在固態碘微粒局部凝結。一般情況下，系統工作時，整個碘工質儲罐壓力僅有千帕量級，但溫度達到90℃，后端供給系統溫度更是達到120℃，若局部溫度偏低則還可能造成碘微粒的局部凝結。碘的凝結和系統高溫對系統的精確流量控制和長壽命穩定工作帶來極大困難。

典型的碘儲罐為圓柱形，加熱方式包括外部纏繞式加熱和內部端面輻射式加熱。典型的供給系統流量控制方式包括比例調節閥控制和熱節流閥控制兩類。碘工質存儲方面，圓柱形儲罐不利于系統模塊化設計。外部纏繞式儲罐加熱方式效率低，響應慢，不利于能量管理和儲罐壓力調節。內部端面輻射式加熱的加熱面積有限，壓力控制響應速度慢。碘工質供給方面，比例調節閥為頻繁動作的活動部件，內部還包含非金屬材料，高溫環境和存在碘微粒凝結可能的情況下，其長期工作可靠性低。熱節流閥控制流量同時受上游壓力、下游壓力以及碘蒸汽溫度的影響，控制起來存在響應慢、控制率復雜等問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：現有系統的碘儲罐為圓柱形，加熱方式包括外部纏繞式加熱和內部端面輻射式加熱。典型的供給系統流量控制方式包括比例調節閥控制和熱節流閥控制兩類。碘工質存儲方面，圓柱形儲罐不利于系統模塊化設計。外部纏繞式儲罐加熱方式效率低，響應慢，不利于能量管理和儲罐壓力調節。內部端面輻射式加熱的加熱面積有限，壓力控制響應速度慢。碘工質供給方面，比例調節閥為頻繁動作的活動部件，內部還包含非金屬材料，高溫環境和存在碘微粒凝結可能的情況下，其長期工作可靠性低。熱節流閥控制流量同時受上游壓力、下游壓力以及碘蒸汽溫度的影響，控制起來存在響應慢、控制率復雜等問題。本發明提供了解決上述問題的一種基于音速噴嘴流量控制的碘工質電推進儲供系統。

本發明通過下述技術方案實現：

一種基于音速噴嘴流量控制的碘工質電推進儲供系統，包括方形碘儲罐、管路控溫模塊、調壓氣容加熱器、調壓氣容、調壓氣容壓力傳感器、音速噴嘴組件和控制模塊；

所述方形碘儲罐、調壓氣容和音速噴嘴組件通過管路依次連接；

所述管路控溫模塊、所述調壓氣容加熱器和所述調壓氣容壓力傳感器均與所述控制模塊連接；

所述調壓氣容加熱器用于對所述調壓氣容進行加熱；

所述管路控溫模塊包括溫度傳感器，所述溫度傳感器用于采集系統管路部件的溫度信息，并將所述溫度信息發送給所述控制模塊；

所述調壓氣容壓力傳感器安裝于所述方形碘儲罐與調壓氣容之間的管路上，用于采集所述調壓氣容的壓力信息，并將所述壓力信息發送給所述控制模塊；