尽管各类微型推进器各有优点,但都同时存在一些缺点:1.由于喷管尺寸很小,基本都处于微米量级,燃气流动就需要考虑微流体流动特性,且边界层的影响将起决定性支配作用,这都增加了推力性质的不确定性。2.电推进器技术要求高,对能量有着很高精度的要求,需要许多关键组件,制造成本高。等等缺点说明,没有一种微型推进器能适合所有工作环境。我们需要根据具体技术、环境等要求进行筛选,进行多方面的比较来设计出比较适合的微型推进器。
1.3 本文研究内容
本文主要任务目标为设计一微型推进器,其推力工作时间小于等于2ms,输出冲量为0.2~0.6N·s。为实现此目标,本文主要进行了以下工作:
1) 微型推进器总体方案设计:通过查阅相关文献资料,根据理论计算,对推进
器的直径、长度、材料等进行初步选定。此外,还对燃烧室、喷管、点火装置以及密封膜片进行设计,确定其尺寸。同时还需考虑整体尺寸、质量要尽可能小,结构尽可能简单可靠。
2) 推进器装药设计:根据任务指标所给参数,选择推进剂的类型、质量文献综述、结构。
并根据工作时间来判断所选推进剂是否满足要求。初步所选GHT-1推进剂由于燃速不够,又查阅相关文献,选择了燃速很高产气量大的KP/RDX装药。此推进剂配方为82%的苦酸钾,10%的黑索今和8%的硝化棉。
3) 对微型推进器的内弹道计算:经过理论上选择设计好推进器后,需要对其进
行内弹道计算,以确定燃烧和流动特性是否满足设计要求。计算出最大压强以验证壳体强度是否满足要求。本文由于密封膜片的存在,与一般火箭弹燃烧规律不同。因此,通过原始定义自行推导了压强微分方程,并用龙格库塔法为解方程手段,使用Excel自带宏模块进行 Visual Basic编程。
2 微型推进器总体方案设计
2.1 设计目标(要求)
随着太空飞行器的发展,研制一种对太空飞行器进行姿态调整的动力装置显得非常重要,微型推进器推力小,反应速度快,是一种非常理想的姿态调控装置。本课题就是进行一种微型推进器的设计,通过微型推进器总体方案设计、装药设计、推进器结构零部件设计,掌握微型推冲器设计的基本方法和步骤,为毕业进入工作岗位打下良好的基础。