CN104295462B - 一种电推力器推进剂流率调节流阻器以及调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电推力器推进剂流率调节流阻器，包括活塞管路、螺母、第一垫圈、第二垫圈、节流腔以及多孔塞片；本发明的流阻器降低了多孔塞片的加工难度，有利于多孔塞片在压制、定型及线切割等过程中的工艺调试；流阻器减少了多孔塞片在推进剂流率测试过程中的工序步骤，可以使多孔塞片的推进剂流率测试一步到位，缩短了节流器的研制周期；流阻器扩大了多孔金属材料在节流器流率调节上的应用及调节范围，使得多孔金属材料制成的多孔塞片可以应用更多型号的电推力器产品及卫星平台。

Description

一种电推力器推进剂流率调节流阻器以及调节方法
技术领域
本发明涉及一种电推力器推进剂流率调节流阻器以及调节方法，可用于离子推力器、霍尔推力器等电推力器推进剂流率调节场合，属于测试计量领域。
背景技术
流阻器是离子推力器、霍尔推力器等电推力器推进剂流率调节最关键的组件。文献“多孔金属材料在微小流率节流器上的应用，《粉末冶金工业》第17卷、2007年2月、第1期、第34页～第37页”，介绍了多孔金属材料在节流器流率为1sccm～20sccm范围内的应用。在应用中，利用激光焊接的方式，将多孔塞片焊接在节流腔上，并通过“焊接—流率测试—再焊接—再流率测试”多次迭代焊接的方式，改变多孔塞片在节流腔上的有效流通面积，进而实现流率调节功能，最终满足电推力器正常工作的推进剂流率要求。
采用激光焊接的方式，将多孔塞片焊接在节流腔上对多孔塞片和节流腔之间的配合精度要求较高，不利于多孔塞片的加工，导致其在压制、定型及线切割过程中的加工难度较大，焊接合格率较差。同时，针对多孔金属材料在节流器流率为50sccm～200sccm更大范围内的应用与流率调节，由于多孔塞片的孔隙度随其设计流率的增大而增大，若继续采用激光焊接方式，在焊缝周围极为容易产生漏孔，直接导致节流腔的报废。
发明内容
本发明的目的是提供一种电推力器推进剂流率调节流阻器，改变多孔塞片在节流腔上的安装方式，使得多孔塞片在节流腔上的有效流通面积手动、实时可调。通过这种安装方式，可以降低多孔塞片的加工难度，提高合格率，扩大多孔金属材料在电推力器推进剂流率调节功能中的使用范围。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
一种电推力器推进剂流率调节流阻器，包括：活塞管路(1)、螺母(2)、第一垫圈(3)、第二垫圈(4)、节流腔(5)以及多孔塞片(6)；
所述节流腔(5)为圆柱状结构，其内部开有与节流腔(5)的圆柱体同轴的沉孔，沉孔底部开有与所述沉孔联通且与节流腔(5)同轴的通孔；所述通孔内径小于沉孔内径；节流腔(5)外圆上加工有外螺纹；
所述活塞管路(1)由一体加工的上圆柱和下圆柱组成，下圆柱的半径大于上圆柱半径；活塞管路(1)内部加工有与下圆柱同轴的通孔；所述下圆柱的外圆与节流腔(5)沉孔内圆配合；
所述螺母(2)为一端开有圆形沉孔的柱状结构，另一端开有与该圆形沉孔同轴且与活塞管路(1)上圆柱外圆配合的通孔；所述圆形沉孔的内壁加工有与节流腔(5)外圆上外螺纹配合的内螺纹；
所述第一垫圈(3)和第二垫圈(4)均为纯银材料的环形结构体，外圆与节流腔(5)沉孔内壁配合，内径大于节流腔(5)通孔和活塞管路(1)通孔的内径；第一垫圈(3)和第二垫圈(4)相对的端面均加工有圆形的凹槽，从而在环形结构体的内圆的侧壁上形成台阶面；
所述第二垫圈(4)的凹槽向上置于节流腔(5)沉孔底部上，所述多孔塞片(6)置于第二垫圈(4)之上，多孔塞片(6)一端的外缘与第二垫圈(4)的内圆台阶面配合，第一垫圈(3)的凹槽向下置于第二垫圈(4)之上，其内圆台阶面与多孔塞片(6)下端的外缘配合；活塞管路(1)的下圆柱置于节流腔(5)的沉孔内；所述活塞管路(1)的上圆柱从螺母(2)的通孔穿出，所述节流腔(5)的外螺纹旋入螺母(2)的沉孔内；
所述两个垫圈处于未发生形变状态时，螺母(2)的沉孔底面与所述节流腔(5)的上端面之间留有间隙。
所述节流腔(5)的沉孔底面上加工有一圈牙型凸起；所述活塞管路(1)的下圆柱的下底面加工有一圈牙型凸起。
所述第一垫圈(3)和第二垫圈(4)的内径比所述节流腔(5)通孔和活塞管路(1)的通孔内径至少大3mm。
所述第一垫圈(3)和第二垫圈(4)的凹槽深度小于0.5mm。
所述节流腔(5)、活塞管道(1)与螺母(2)均采用不锈钢材料加工。
一种基于上述流阻器的调节方法，包括如下步骤：
(1)、将节流腔(5)的通孔接通电推力器推进剂储存装置，活塞管路(1)的通孔接通电推力器，然后调节推进剂储存装置的储存压力，使节流腔(5)的通孔内推进剂压力值保持在要求的压力值范围内；
(2)、采用推进剂流率测试装置测试节流腔(5)通孔内推进剂流率；
(3)、不断拧紧螺母(2)，控制第一垫圈(3)和第二垫圈(4)的形变，直至多孔塞片(6)有效流通面积使节流腔(5)通孔内推进剂流率满足电推力器正常工作要求。
本发明具有如下有益效果：
(1)本发明的流阻器降低了多孔塞片的加工难度，有利于多孔塞片在压制、定型及线切割等过程中的工艺调试；
(2)本发明的流阻器减少了多孔塞片在推进剂流率测试过程中的工序步骤，可以使多孔塞片的推进剂流率测试一步到位，缩短了节流器的研制周期；
(3)本发明的流阻器扩大了多孔金属材料在节流器流率调节上的应用及调节范围，使得多孔金属材料制成的多孔塞片可以应用更多型号的电推力器产品及卫星平台。
附图说明
图1为本发明电推力器推进剂流率调节流阻器的结构示意图。
其中,1-活塞管路，2-螺母，3-第一垫圈，4-第二垫圈，5-节流腔，6-多孔塞片。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明的电推力器推进剂流率调节流阻器，包括活塞管路1、螺母2、第一垫圈3、第二垫圈4、节流腔5以及多孔塞片6；节流腔5为圆柱状结构，其内部开有与节流腔5圆柱体同轴的沉孔，沉孔底部开有与节流腔5圆柱体同轴的通孔；通孔内径小于沉孔内径；节流腔5外圆端面上加工有外螺纹；
活塞管路1由一体加工的上圆柱和下圆柱组成，下圆柱的半径大于上圆柱半径；活塞管路1内部加工有与下圆柱同轴的通孔；下圆柱的外圆与节流腔5沉孔内圆配合；
螺母2为一端开有圆形沉孔的柱状结构，另一端开有与该圆形沉孔同轴且与活塞管路1上圆柱外圆配合的通孔；圆形沉孔的内壁端面加工有与节流腔5外螺纹配合的内螺纹；
第一垫圈3和第二垫圈4均为纯银材料的环形结构体，垫圈外圆与节流腔5沉孔内壁配合，其内径大于节流腔5通孔和活塞管路1通孔的内径；第一垫圈3和第二垫圈4相对的端面均加工有圆形的凹槽，从而在环形结构体的内圆侧壁上形成台阶面；
第二垫圈4的凹槽向上置于节流腔5沉孔底部，多孔塞片6置于第二垫圈4之上，多孔塞片6一端的端面与第二垫圈4的内圆台阶面配合，第一垫圈3的凹槽向下置于多孔塞片6之上，其内圆台阶面与多孔塞片6另一端的端面的配合；活塞管路1的下圆柱置于节流腔5的沉孔内；活塞管路1的上圆柱从螺母2的通孔穿出，节流腔5的外螺纹旋入螺母2的内螺纹；
两个垫圈处于未发生形变状态时，螺母2的沉孔底面与所述节流腔5的上端面之间留有间隙。
本发明的电推力器推进剂流率调节流阻器的工作原理如下：
节流腔5沉孔的底部放置第二垫圈4，节流腔5与第二垫圈4采用刀口密封，第二垫圈4采用纯银材质，一端表面加工凹槽，凹槽的内径与多孔塞片6的外径一致，安装中凹槽向上，节流腔5用不锈钢加工，第二垫圈4的通孔内径比节流腔5的通孔内径至少大3mm；多孔塞片6嵌入第二垫圈4的凹槽中；材质及结构形式与第二垫圈4一致的第一垫圈3倒置于节流腔5中，并确保多孔塞片6嵌入第一垫圈3的凹槽中。由于多孔塞片6的厚度一般为1mm，第一垫圈3和第二垫圈4的凹槽深度均需小于0.5mm，两垫圈叠加后形成的圆盘形空腔的高度小于1mm，使得拧紧螺母2后，垫圈与多孔塞片之间互相挤压，两垫圈产生形变。原则上凹槽的深度越小越好，能将多孔塞片6稳定的固定在两垫圈之间即可。当两个垫圈处于未发生形变状态时，螺母2的沉孔底面与节流腔5的上端面之间留有间隙，给节流腔5在螺母2中旋紧留有适当余度。
活塞管路1安装到节流腔5的沉孔中，活塞管路1采用不锈钢加工，并与第一垫圈3采用刀口密封形式。为了确保在最大预紧力的情况下，形变后的垫圈内径不小于活塞管路1通孔和节流腔5通孔的内径，即防止形变后的垫圈不被挤压进入活塞管路1通孔和节流腔5通孔内造成堵塞，活塞管路1通孔和节流腔5通孔的内径比第一垫圈3、第二垫圈4的通孔内至少小3mm；螺母2与节流腔5螺纹联接，通过拧紧螺母2，在满足活塞管路1与第一垫圈3、节流腔5与第二垫圈4密封性的基础上，利用螺母2的拧紧力，使得两垫圈发生形变，垫圈的通孔内径减小，进而改变多孔塞片6在节流腔5上的有效流通面积，实现流率调节的功能。
节流腔5的通孔作为进气口接通电推力器推进剂储存装置，活塞管路1的通孔作为出气口接电推力器的放电室，放电室与外太空联通，当电推力器推进剂储存装置提供一定的压力后，由于通孔另一端近似真空，在压力差作用下，推进剂从节流腔5一端通过多孔塞片6流至活塞管路1一端，最后进入放电室。通过改变多孔塞片6的有效流通面积，即可调节推进剂流率，最终向电推力器放电室提供正常工作所需的推进剂流率。
一种电推力器推进剂流率调节流阻器的调节方法：
(1)将节流腔5的通孔接通电推力器推进剂储存装置，活塞管路1的通孔接通电推力器，然后调节推进剂储存装置的储存压力，使节流腔5通孔内的推进剂压力值始终保持在要求的指标压力值范围内。
(2)采用推进剂流率测试装置测试在螺母2现有拧紧力条件下节流腔5的通孔内推进剂流率。
(3)根据推进剂流率测试装置的推进剂流率数据，不断拧紧螺母2，控制第一垫圈3和第二垫圈4的形变量，直至第一垫圈3和第二垫圈4发生形变后，通过多孔塞片6有效流通面积的推进剂流率满足电推力器正常工作要求。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电推力器推进剂流率调节流阻器，其特征在于，包括：活塞管路(1)、螺母(2)、第一垫圈(3)、第二垫圈(4)、节流腔(5)以及多孔塞片(6)；
所述节流腔(5)为圆柱状结构，其内部开有与节流腔(5)的圆柱体同轴的沉孔，沉孔底部开有与所述沉孔联通且与节流腔(5)同轴的通孔；所述通孔内径小于沉孔内径；节流腔(5)外圆上加工有外螺纹；
所述活塞管路(1)由一体加工的上圆柱和下圆柱组成，下圆柱的半径大于上圆柱半径；活塞管路(1)内部加工有与下圆柱同轴的通孔；所述下圆柱的外圆与节流腔(5)沉孔内圆配合；
所述螺母(2)为一端开有圆形沉孔的柱状结构，另一端开有与该圆形沉孔同轴且与活塞管路(1)上圆柱外圆配合的通孔；所述圆形沉孔的内壁加工有与节流腔(5)外圆上外螺纹配合的内螺纹；
所述第一垫圈(3)和第二垫圈(4)均为纯银材料的环形结构体，外圆与节流腔(5)沉孔内壁配合，内径大于节流腔(5)通孔和活塞管路(1)通孔的内径；第一垫圈(3)和第二垫圈(4)相对的端面均加工有圆形的凹槽，从而在环形结构体的内圆的侧壁上形成台阶面；
所述第二垫圈(4)的凹槽向上置于节流腔(5)沉孔底部上，所述多孔塞片(6)置于第二垫圈(4)之上，多孔塞片(6)一端的外缘与第二垫圈(4)的内圆台阶面配合，第一垫圈(3)的凹槽向下置于第二垫圈(4)之上，其内圆台阶面与多孔塞片(6)下端的外缘配合；活塞管路(1)的下圆柱置于节流腔(5)的沉孔内；所述活塞管路(1)的上圆柱从螺母(2)的通孔穿出，所述节流腔(5)的外螺纹旋入螺母(2)的沉孔内；
所述第一垫圈(3)和第二垫圈(4)处于未发生形变状态时，螺母(2)的沉孔底面与所述节流腔(5)的上端面之间留有间隙。
2.如权利要求1所述的一种电推力器推进剂流率调节流阻器，其特征在于，所述节流腔(5)的沉孔底面上加工有一圈牙型凸起；所述活塞管路(1)的下圆柱的下底面加工有一圈牙型凸起。
3.如权利要求1所述的一种电推力器推进剂流率调节流阻器，其特征在于，所述第一垫圈(3)和第二垫圈(4)的内径比所述节流腔(5)通孔和活塞管路(1)的通孔内径至少大3mm。
4.如权利要求1所述的一种电推力器推进剂流率调节流阻器，其特征在于，所述第一垫圈(3)和第二垫圈(4)的凹槽深度小于0.5mm。
5.如权利要求1所述的一种电推力器推进剂流率调节流阻器，其特征在于，所述节流腔(5)、活塞管路(1)与螺母(2)均采用不锈钢材料加工。
6.一种基于权利要求1所述的流阻器的调节方法，包括如下步骤：
(1)、将节流腔(5)的通孔接通电推力器推进剂储存装置，活塞管路(1)的通孔接通电推力器，然后调节推进剂储存装置的储存压力，使节流腔(5)的通孔内推进剂压力值保持在要求的压力值范围内；
(2)、采用推进剂流率测试装置测试节流腔(5)通孔内推进剂流率；
(3)、不断拧紧螺母(2)，控制第一垫圈(3)和第二垫圈(4)的形变，直至多孔塞片(6)有效流通面积使节流腔(5)通孔内推进剂流率满足电推力器正常工作要求。
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