[发明专利]一种流量控制装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种流量控制装置及方法，属于推力器领域。

背景技术

单组元推力器以无水肼作为液体推进剂，推力器工作时通过无水肼在催化床内的催化分解反应，将化学能转化为内能，形成高温高压的燃气，通过喷管做功，产生推力。目前，典型的小流量(10mg/s～200mg/s质量流量)单组元推力器的工作寿命在几十小时左右。其中一个制约寿命的重要因素是常规的单组元推力器一般采用喷注器内的毛细管、或喷注器喷注面板上的小孔实现推进剂的流量控制。为实现小的推进剂流量，毛细管内径或喷注面板上的小孔直径往往很小(约0.05mm～0.3mm)。而喷注器与催化床相连，在推力器工作时长期经历高温过程，液体推进剂在高温下挥发产生的残留可溶性杂质、以及催化剂颗粒在化学反应过程中失效产生的碎裂残渣极易堵塞毛细管或喷注面板小孔，导致推力器整体失效。

贵州航天红光机械制造有限公司公开号为CN104265507A的专利公开了一种肼类小推力单组元发动机的催化床喷注器，该喷注器采用径向喷注方式，其结构包括喷注管、催化床、喷注盘。该喷注盘与催化床前端配合连接，两者之间设有环形喷注腔，喷注腔的筒壁上均匀设置喷注微孔，实现推进剂的流量控制和喷注，推进剂进入催化床后发生催化反应并做功。该方法主要存在以下缺陷：

(1)通过均匀设置的数个喷注微孔，要实现较小的推进剂质量流量(几十毫克/秒液体推进剂)，每个喷注微孔的直径会很小，加工困难，零件一致性较差。

(2)小直径微孔在长期高温点火过程中易发生由于液体推进剂在高温下挥发产生的残留可溶性杂质、以及催化剂颗粒在化学反应过程中失效产生的碎裂残渣导致的堵塞，导致推力器失效，无法实现长寿命的使用要求。

为此需要对常规单组元推力器结构组成上的改进，以提高推力器整体对于工作过程中杂质、残渣等的纳污能力，提高小流量单组元推力器的工作寿命。

发明内容

本发明的技术解决问题：为了克服现有技术的不足，提供一种流量控制装置及方法，以提高推力器整体对于工作过程中杂质、残渣等的纳污能力，提高小流量单组元推力器的工作寿命。

本发明的技术解决方案是：

一种流量控制装置，包括流体阻尼、电磁阀、喷注器、辐射散热片和催化床，流体阻尼内部设置有对推进剂进行节流的流体通道，流体阻尼与电磁阀一端入口连接，电磁阀内部设有推进剂流道，推进剂流道与流体通道相通，电磁阀内部推进剂流道内径大于流体阻尼内部流体通道内径，电磁阀与催化床通过喷注器连接；

喷注器内部设有喷注器毛细管和喷注器变截面毛细管，喷注器毛细管的内径小于喷注器变截面毛细管的内径，电磁阀内部的推进剂流道与喷注器毛细管的一端连接，喷注器毛细管的另一端与喷注器变截面毛细管的一端连接，喷注器变截面毛细管的另一端置于催化床中，喷注器毛细管对经过流体阻尼节流后的推进剂进行辅助节流；

辐射散热片与变截面毛细管连接，对高温的变截面毛细管辐射散热。

辐射散热片采用具有发射率高于0.8的金属材料。

辐射散热片的周向包络小于电磁阀的周向包络。

流体阻尼节流的温度低于100℃。

喷注器变截面毛细管与喷注器毛细管长度之比为1：2。

催化床为前床和后床双层结构，前床采用催化能力强的小颗粒催化剂，且在前床和喷注器之间交错设置耐高温隔离网；后床采用耐高温性能的大颗粒催化剂，抑制催化剂的失效、碎裂。

一种流量控制方法，具体步骤为：

(1)将推进剂注入流体阻尼的节流通道中，节流通道温度低于100℃，对推进剂进行初步节流，节流后推进剂流量为60mg/s～100mg/s；

(2)初步节流的推进剂通过电磁阀，注入喷注器的喷注器毛细管，进行二次节流，节流后推进剂流量为45mg/s～55mg/s；

(3)经过二次节流后的推进剂注入较喷注器毛细管内径大的喷注器变截面毛细管，并对喷注器变截面毛细管外表面进行强化辐射散热；

(4)将经过喷注器变截面毛细管的推进剂注入催化床，发生催化分解反应，产生高温高压燃气。

推进剂注入压力为1.5MPa～2.0MPa。

对喷注器变截面毛细管外表面进行强化辐射散热，致喷注器变截面毛细管温度降低100℃～150℃。

本发明与现有技术相比具有以下优点：