[发明专利]一种基于音速喷嘴流量控制的碘工质电推进储供系统

说明书

本发明公开了一种基于音速喷嘴流量控制的碘工质电推进储供系统，该系统包括控制模块、方形碘储罐、碘储罐压力传感器、开关自锁阀、调压气容、调压气容压力传感器、音速喷嘴组件、阴极供给管路和阳极供给管路；方形碘储罐、开关自锁阀、调压气容和音速喷嘴组件通过管路依次连接；音速喷嘴组件阴极出口与阴极供给管路连接，阳极出口与阳极供给管路连接；调压气容压力传感器安装于调压气容与音速喷嘴组件之间的管路上；调压气容加热器包覆于调压气容外表面；管路控温模块包覆于除方形碘储罐和调压气容外的管路部件上。本发明更有利于碘工质电推进储供系统的模块化设计，降低成本的同时提升了高温环境下的系统可靠性和流量精确控制能力。

技术领域

本发明涉及一种空间电推进技术领域，具体涉及一种基于音速喷嘴流量控制的碘工质电推进储供系统。

背景技术

近年来，碘工质电推进系统逐渐成为商业小卫星平台青睐的电推进技术。相比起传统的氙工质电推进系统，碘工质推进系统存储密度高，价格便宜，在商业卫星领域具有其独特优势。

碘工质电推进储供系统是存储固体碘，并将碘蒸汽以精确流量供给到电推力器的系统。该系统将固体碘存储在储罐中，推进系统工作时需要首先通过加热将固体碘升华为碘蒸汽，然后通过各种控制手段精确控制碘蒸汽分别供给到电推力器的阴极和阳极。与传统的氙工质电推进系统储供系统工作在高压、常温、气态环境不同，碘工质电推进储供系统工作在低压、高温环境，且可能存在固态碘微粒局部凝结。一般情况下，系统工作时，整个碘工质储罐压力仅有千帕量级，但温度达到90℃，后端供给系统温度更是达到120℃，若局部温度偏低则还可能造成碘微粒的局部凝结。碘的凝结和系统高温对系统的精确流量控制和长寿命稳定工作带来极大困难。

典型的碘储罐为圆柱形，加热方式包括外部缠绕式加热和内部端面辐射式加热。典型的供给系统流量控制方式包括比例调节阀控制和热节流阀控制两类。碘工质存储方面，圆柱形储罐不利于系统模块化设计。外部缠绕式储罐加热方式效率低，响应慢，不利于能量管理和储罐压力调节。内部端面辐射式加热的加热面积有限，压力控制响应速度慢。碘工质供给方面，比例调节阀为频繁动作的活动部件，内部还包含非金属材料，高温环境和存在碘微粒凝结可能的情况下，其长期工作可靠性低。热节流阀控制流量同时受上游压力、下游压力以及碘蒸汽温度的影响，控制起来存在响应慢、控制率复杂等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有系统的碘储罐为圆柱形，加热方式包括外部缠绕式加热和内部端面辐射式加热。典型的供给系统流量控制方式包括比例调节阀控制和热节流阀控制两类。碘工质存储方面，圆柱形储罐不利于系统模块化设计。外部缠绕式储罐加热方式效率低，响应慢，不利于能量管理和储罐压力调节。内部端面辐射式加热的加热面积有限，压力控制响应速度慢。碘工质供给方面，比例调节阀为频繁动作的活动部件，内部还包含非金属材料，高温环境和存在碘微粒凝结可能的情况下，其长期工作可靠性低。热节流阀控制流量同时受上游压力、下游压力以及碘蒸汽温度的影响，控制起来存在响应慢、控制率复杂等问题。本发明提供了解决上述问题的一种基于音速喷嘴流量控制的碘工质电推进储供系统。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于音速喷嘴流量控制的碘工质电推进储供系统，包括方形碘储罐、管路控温模块、调压气容加热器、调压气容、调压气容压力传感器、音速喷嘴组件和控制模块；

所述方形碘储罐、调压气容和音速喷嘴组件通过管路依次连接；

所述管路控温模块、所述调压气容加热器和所述调压气容压力传感器均与所述控制模块连接；

所述调压气容加热器用于对所述调压气容进行加热；

所述管路控温模块包括温度传感器，所述温度传感器用于采集系统管路部件的温度信息，并将所述温度信息发送给所述控制模块；

所述调压气容压力传感器安装于所述方形碘储罐与调压气容之间的管路上，用于采集所述调压气容的压力信息，并将所述压力信息发送给所述控制模块；