專利名稱：一種微型固體火箭發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種火箭發(fā)動機，具體地說，涉及一種微型固體火箭發(fā)動機，屬于固體火箭發(fā)動機技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用于微小型航天器的軌道調(diào)整、引力補償、位置保持、軌道機動及姿態(tài)控制方面。
背景技術(shù)：
微型固體火箭發(fā)動機是基于MEMS技術(shù)和其它精細加工技術(shù)的一類固體推進劑微推力器，適用于微型航天器的精確定位和姿態(tài)控制。與液體化學(xué)推力器相比，固體推進劑貯存在常壓條件下，使得固體推進劑推力器可省去貯箱、供應(yīng)管路和微閥等復(fù)雜系統(tǒng)。同時， 也使得固體推進劑推力器便于利用MEMS等微制造技術(shù)進行微型化。針對固體推進劑推力器可重復(fù)性差，單個發(fā)動機只能一次性工作的缺點，采用一塊芯片上集成多個可獨立尋址的微推力器來解決。通過將推力大小不同的推力器集成在一起，產(chǎn)生10_6-10NS的脈沖，以能夠滿足微型航天器的控制要求。清華大學(xué)陳旭鵬等人研制的微型固體火箭發(fā)動機，是一種化學(xué)推力器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 每一微型固體推進單元包括工質(zhì)貯腔、收斂擴散噴管和點火器。相應(yīng)地，整個器件由三個板狀部件疊合而成。但是，這種微型固體火箭發(fā)動機存在一些問題1)噴管尺寸小，并且要分為3層，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對工藝要求較高。2)點火器安裝在微型發(fā)動機的喉部，安裝困難，且點火電阻絲引線導(dǎo)出困難。3)微型發(fā)動機的喉部直徑較小，使得頂板和中層板的對齊和粘合工藝比較復(fù)雜。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)較為簡單，易于加工，安裝操作方便，并且具有較高的總沖的微型固體火箭發(fā)動機。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是該微型固體火箭發(fā)動機結(jié)構(gòu)由四部分組成包括噴管層、點火電阻絲、燃燒室層和端蓋層；其中噴管層，燃燒室層和端蓋層均通過MEMS技術(shù)由硅片制成。組成的若干微型固體火箭發(fā)動機集成在一塊芯片上。所述的噴管層內(nèi)部由噴管喉部和擴張段兩部分構(gòu)成，噴管層內(nèi)部的噴管喉部為正方形，擴張段出口亦為正方形。燃燒室層內(nèi)部包含燃燒室，燃燒室直徑為燃燒室長度的一半。端蓋層為厚度一定的光滑硅片。噴管層后端和燃燒室層前端沿直徑方向相對應(yīng)的位置刻有細凹槽，將細凹槽刻成半圓形狀，細凹槽的深度為點火電阻絲直徑的2/3。安裝時先將點火電阻絲連線固定在噴管層后端的細凹槽內(nèi)，將點火電阻絲與噴管喉部中心對齊，再將點火電阻絲與噴管層喉部粘合在一起。點火電阻絲被直接放置在噴管與燃燒室接口處，取消了點火藥包；裝藥直接與點火電阻絲接觸，有利于裝藥點火并充分燃燒從而產(chǎn)生較大的沖量。其次再將噴管層和燃燒室層中心對齊粘合在一起，同時使點火電阻絲連線也鑲嵌在燃燒室層前端的凹槽內(nèi)，此時噴管層后端和燃燒室層前端的細凹槽將完全對齊。然后向燃燒室內(nèi)加裝推進劑。最后將燃燒室層與端蓋層對齊粘合在一起，構(gòu)成完整的微型火箭發(fā)動機結(jié)構(gòu)。本裝置工作原理是用位于發(fā)動機前端的點火電阻絲直接點燃燃燒室內(nèi)的裝藥，裝藥在燃燒室內(nèi)燃燒產(chǎn)生高溫高壓氣體將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，高溫高壓氣體由噴管噴出將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為動能，進而產(chǎn)生推力。本實用新型的有益效果是本實用新型微型固體火箭發(fā)動機結(jié)構(gòu)較為簡單，噴管為一個不可分的整體，結(jié)構(gòu)簡化，對工藝要求較低，易于加工；安裝操作方便，并且具有較高的總沖。微型固體火箭發(fā)動機的噴管層，燃燒室層和端蓋層均通過MEMS技術(shù)由硅片制成； 組成的若干微型固體火箭發(fā)動機集成在一塊芯片上。
以下結(jié)合附圖和實施方式對本實用新型一種微型固體火箭發(fā)動機作進一步詳細說明。


圖1為本實用新型微型固體火箭發(fā)動機的點火電阻絲。圖2為本實用新型微型固體火箭發(fā)動機集成芯片。圖3為本實用新型微型固體火箭發(fā)動機剖面圖。圖中1.噴管層2.點火電阻絲3.燃燒室層4.端蓋層圖4為公知微型固體火箭發(fā)動機結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
本實施例是一種微型固體火箭發(fā)動機。該微型固體火箭發(fā)動機結(jié)構(gòu)由四部分組成，包括噴管層1、點火電阻絲2、燃燒室層3和端蓋層4 ；其中，噴管層1和燃燒室層3粘合在一起；點火電阻絲2和噴管層粘合在一起；燃燒室層3與端蓋層4粘合在一起的。噴管層，燃燒室層和端蓋層均通過MEMS技術(shù)由硅片制成；組成的若干微型固體火箭發(fā)動機集成在一塊芯片上。如
圖1所示，本實用新型微型固體火箭發(fā)動機的點火電阻絲2連線鑲嵌在刻有細凹槽的噴管層1后端與燃燒室層3前端沿直徑方向相對應(yīng)的位置，將點火電阻絲與噴管喉部中心對齊，并將點火電阻絲2與噴管層1喉部粘合在一起，噴管層1后端與燃燒室層3前端的細凹槽完全對齊，點火電阻絲2直接點燃燃燒室內(nèi)的裝藥。圖2、圖3展示了本實用新型微型固體火箭發(fā)動機的基本結(jié)構(gòu)。將噴管層1和燃燒室層3中心對齊粘合在一起；將點火電阻絲與噴管喉部中心對齊，點火電阻絲2與噴管層喉部粘合在一起，燃燒室層3與端蓋層4粘合在一起。噴管層，燃燒室層和端蓋層均通過MEMS 技術(shù)由硅片制成，集制成在一塊芯片上。微型固體火箭發(fā)動機制作過程(1)分別加工出符合工藝要求的噴管層，點火電阻絲，燃燒室層(其前端刻有細凹槽)和端蓋層。噴管層，燃燒室層和端蓋層均通過MEMS技術(shù)由硅片制成。其中噴管內(nèi)部由噴管喉部和擴散段兩部分構(gòu)成，噴管喉部是邊長為50微米的正方形，擴張段出口為邊長253微米的正方形，擴張角為35. 3度，噴管層厚度為500微米。燃燒室層內(nèi)部包含燃燒室，燃燒室直徑為燃燒室長度的一半，燃燒室直徑為500微米，燃燒室長度為1000微米。端蓋層唯一厚度為300微米的光滑硅片。噴管層后端和燃燒室層前端沿直徑方向相對應(yīng)的位置刻有細凹槽，細凹槽刻成半圓形狀，細凹槽的深度為點火電阻絲直徑的2/3。(2)首先將點火電阻絲連線固定在噴管層后端的細凹槽內(nèi)，再將點火電阻絲與噴管層喉部粘合在一起，并將點火電阻絲與噴管喉部中心對齊；點火電阻絲被直接放置在噴管與燃燒室接口處，取消了點火藥包。(3)將噴管層和燃燒室層中心對齊粘合在一起，同時將點火電阻絲連線鑲嵌在燃燒室層前端的凹槽內(nèi)，并將噴管層后端與燃燒室層前端的細凹槽完全對齊。(4)向燃燒室內(nèi)加裝推進劑；推進劑直接與點火電阻絲接觸，有利于裝藥點火并充分燃燒從而產(chǎn)生較大的沖量。(5)將燃燒室層與端蓋層對齊粘合在一起。 (6)結(jié)構(gòu)完整的微型固體火箭發(fā)動機制作完成。 圖4為前面背景技術(shù)部分所提到的公知的一種化學(xué)推力器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。每一微型固體推進單元包括工質(zhì)貯腔、收斂擴散噴管和點火器。整個器件由三個板狀部件疊合而成。
權(quán)利要求1.一種微型固體火箭發(fā)動機，包括噴管層、點火電阻絲、燃燒室層和端蓋層，其特征在于組成的若干微型火箭發(fā)動機集成在一塊硅芯片上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型固體火箭發(fā)動機，其特征在于所述的噴管層內(nèi)部由噴管喉部和擴張段組成，噴管喉部為正方形，擴張段出口亦為正方形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型固體火箭發(fā)動機，其特征在于所述的燃燒室層內(nèi)部包含燃燒室，燃燒室直徑為燃燒室長度的一半。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型固體火箭發(fā)動機，其特征在于所述的噴管層后端和燃燒室層前端沿直徑方向相對應(yīng)的位置刻有細凹槽，細凹槽呈半圓形狀，細凹槽的深度為點火電阻絲直徑的2/3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型固體火箭發(fā)動機，其特征在于所述的點火電阻絲鑲嵌在噴管層后端與燃燒室層前端的細凹槽內(nèi)，點火電阻絲與噴管喉部中心對齊粘合在一起； 噴管層與燃燒室層中心對齊粘合在一起；燃燒室層與端蓋層對齊粘合在一起。
專利摘要本實用新型涉及一種微型固體火箭發(fā)動機，其結(jié)構(gòu)由四部分組成包括噴管層、點火電阻絲、燃燒室層和端蓋層；其中噴管層和燃燒室層粘合在一起；點火電阻絲和噴管層粘合在一起；燃燒室層與端蓋層粘合在一起；噴管層、燃燒室層和端蓋層均通過MEMS技術(shù)由硅片制成；組成的若干微型固體火箭發(fā)動機集成在一塊芯片上。本實用新型一種微型固體火箭發(fā)動機結(jié)構(gòu)較為簡單，噴管為一個不可分的整體，對工藝要求較低，易于加工；安裝操作方便，并且具有較高的總沖。
文檔編號F02K9/26GK201972812SQ201120047439
公開日2011年9月14日 申請日期2011年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月24日
發(fā)明者劉凱, 劉迎吉, 吳素麗, 張斌, 胡松啟 申請人:西北工業(yè)大學(xué)