[发明专利]一种空间用固体冷气发生器产气剂药柱固定结构

说明书

一种空间用固体冷气发生器产气剂药柱固定结构，包括：交叉波形轴向缓冲支撑环、径向缓冲固定臂。交叉波形轴向缓冲支撑环由多层波形弹簧组成，交叉波形轴向缓冲支撑环的一端固定连接径向缓冲固定臂的顶部，交叉波形轴向缓冲支撑环的另一端顶靠点火器；径向缓冲固定臂用于将药柱装卡在固体冷气发生器的壳体内，使药柱位于点火器的下方；径向缓冲固定臂支撑在药柱的外壁和固体冷气发生器壳体的内壁之间，使药柱和固体冷气发生器壳体互不接触，且药柱和固体冷气发生器壳体之间的间隙用于导流气体。经过试验验证，采用本发明固定结构的气体产气剂未发生产气剂断裂问题。对该抗力学振动的固体冷气产气剂固定结构已经成功在轨应用，已经成功完成轨控。

技术领域

本发明涉及一种空间用固体冷气发生器产气剂药柱固定结构，属于推进技术领域。

背景技术

为了满足快速响应，降低卫星研制过程成本，卫星朝向模块化方向发展，要求空间推进系统能够即插即用，降低总装耦合周期，减少基地的加注周期，对于传统化学推进系统、冷气推进系统采用高压氮气进行增压，无法实现推进系统预包装、即插即用，而采用固体冷气发生器可解决预包装、即插即用问题。

南京理工大学朱朋等人在CN 1103921956 B《固体冷气微推进系统》，提出了一种固体冷气发生器结构，如说明书附图所示，发生器出气口在底部，产气剂采用颗粒装药，装药密度低，产气量低，消极质量高，多孔装药受运输及火箭发射过程的振动影响易磨损粉化，这种结构不适用于大长径比的发生器需求。消极质量包括燃烧室壳体的厚度和气体处理层(细砂层、活性炭层)占氮气产气剂的质量。

采用柱形装药可以克服上述缺点，有效提高发生器单位体积的产气量。大长径比药柱类似于固体火箭发动机装药，不同之处在于固体火箭发动机中，复合固体推进剂装药为浇筑成型，直接浇筑在发动机壳体内壁，与壳体一体成型，无需二次处理。单基或双基推进剂采用压制工艺成柱形，但推进剂本身添加有含能联合剂，药柱自身机械强度高，其力学性能能够满足火箭发射及运输过程的力学要求，无需施加保护措施。

固体冷气发生器受限于工作条件，产气剂药柱采用粉末颗粒压制成型，在经历火箭发射阶段时，药柱与固定结构碰撞后，易出现粉末化、破碎，严重时甚至发生断裂，对系统产品产生污染，造成多个发生器的串烧、熄火等问题，严重影响系统工作安全。

传统的产气剂药柱支撑环由镀锌钢板折弯而成，硬度较大而弹性小，对振动的缓冲作用有限，对药柱起不到保护作用，力学振动时药柱容易断裂。药柱断裂后，在后续振动过程中，断裂面之间相互作用，不断摩擦碰撞，大量的产气剂形成粉末逃逸到发生器外部，形成了较大的断裂空隙。由于该空隙较大，在药柱进行端面燃烧(符合平行层燃烧规律)的过程中，产气剂传热路径阻断了热量传递，如图6所示。同时由于气体产气剂反应放出的热量相对较低，在出现热量传递阻断的条件下，仅通过对流换热不足以实现自持燃烧，因此产气剂无法维持在工作温度范围内，引起熄火故障，导致产气量不足。

按照典型的空间环境力学条件，对固体冷气发生器进行力学试验，发现发生器会掉出较多的细碎药粉，取下发生器摇晃，可以听到药柱与发生器壳体碰撞的声音。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种空间用固体冷气发生器产气剂药柱固定结构，交叉波形轴向缓冲支撑环结构，实现对产气剂的轴向缓冲固定臂；产气剂整个药柱的约束固定结构，起到产气剂径向固定作用，包裹整个产气剂，能起到自约束固体气体产气剂作用。本发明通过轴向缓冲支撑环结构和径向固定作用起到对气体产气剂的保护，可以起到良好的抗力学作用。

本发明的技术方案是：

一种空间用固体冷气发生器产气剂药柱固定结构，包括：交叉波形轴向缓冲支撑环、径向缓冲固定臂；

交叉波形轴向缓冲支撑环由多层波形弹簧组成，

交叉波形轴向缓冲支撑环的一端固定连接径向缓冲固定臂的顶部，交叉波形轴向缓冲支撑环的另一端顶靠点火器；