[发明专利]具有推力增程模块的MEMS微推力器阵列芯片

说明书

本发明涉及一种具有推力增程模块的MEMS微推力器阵列芯片，包括由下至上依次设置的点火层、药室层和推力增程模块；所述推力增程模块的上表面设置有外喷孔，推力增程模块的下表面设置有内喷孔，内喷孔和外喷孔之间设置有单晶硅薄膜，作为内外喷孔之间的隔膜；内喷孔内壁生长或者沉积高能纳米含能膜作为推力增程模块的推进剂。本发明在不改变核心机结构和性能参数的情况下，通过增加推力增程模块实现对MEMS微推力器阵列芯片关键技术指标的调控，有利于实现MEMS微推力器阵列芯片的批量化、低成本化、系列化和型谱化。

技术领域

本发明涉及一种微推力器阵列芯片，特别是一种具有推力增程模块的MEMS微推力器阵列芯片。

背景技术

微纳卫星和微纳卫星星座已经成为当前国际重要研究热点之一，各航天大国均开展了相关研究。由于受到体积和载荷能力的限制，目前已发射和在研的微纳卫星均未具备完整的姿轨控能力，仅具备有限的轨道机动能力。基于MEMS技术和微电子技术的MEMS微推进系统应运而生，成为微小卫星和微小卫星星座等微型航天器姿轨控技术的有力竞争者。

随着MEMS技术的进步，MEMS微推进器阵列芯片的微药室直径已经进入亚毫米尺度，有利于提高MEMS微推力器单元的集成度和微型化、轻量化。但是，随着微药室直径的降低，MEMS微推力单元能够提供的推力也在降低，在集成度的提高和微推力性能之间存在技术矛盾。

目前，MEMS微推力器阵列芯片的主流结构仍然是TRW公司在20世纪90年代提出的“三明治”结构，即由MEMS微推力器单元由点火层、药室层和喷孔层构成。在传统的“三明治”结构中，改变MEMS微推力器单元技术指标需要对微推力器的设计参数和结构参数作出修改，研制周期长、成本高，不利于产品的批量生产和系列化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有推力增程模块的MEMS微推力器阵列芯片，解决MEMS微推力技术在集成度和微推力/微冲量等性能指标之间的矛盾。

实现本发明目的的技术方案为：一种具有推力增程模块的MEMS微推力器阵列芯片，包括由下至上依次设置的点火层、药室层和推力增程模块；

所述推力增程模块的上表面设置有外喷孔，推力增程模块的下表面设置有内喷孔，内喷孔和外喷孔之间设置有单晶硅薄膜，作为内外喷孔之间的隔膜；内喷孔内壁生长或者沉积高能纳米含能膜作为推力增程模块的推进剂。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：

(1)本发明通过修改推力增程模块的孔径和高能纳米含能膜的微结构和膜厚等参数，可以方便的对MEMS微推力器阵列芯片的微推力和微冲量等性能进行修改，不必修改核心机的结构和工艺参数，有利于实现MEMS微推力器阵列芯片的批量生产和系列化，有利于增强MEMS微推力系统的工艺柔性和性能柔性；

(2)高能纳米含能膜具有能量密度高、燃速高、稳定燃烧的临界直径小、比冲大等优点，且含能膜与MEMS工艺兼容，可批量制备。

附图说明

图1是本发明中的推力增程模块的结构图。

图2(a)和图2(b)分别是具有喷孔层和没有喷孔层的MEMS微推力器阵列芯片结构图。

具体实施方式

结合图1，图2，一种具有推力增程模块的MEMS微推力器阵列芯片，包括由下至上依次设置的点火层、药室层和推力增程模块；

所述推力增程模块的上表面设置有外喷孔，推力增程模块的下表面设置有内喷孔，内喷孔和外喷孔之间设置有单晶硅薄膜，作为内外喷孔之间的隔膜；内喷孔内壁生长或者沉积高能纳米含能膜作为推力增程模块的推进剂。

所述高能纳米含能膜为多孔硅纳米含能膜、CuO纳米线/Al含能膜、Mg纳米线/聚四氟乙烯或者CuO/Al可反应性多层膜。